CN111234341A - 大口径管材专用的高强度高韧性hdpe玻纤母粒及其制备方法 - Google Patents

大口径管材专用的高强度高韧性hdpe玻纤母粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒及其制备方法，首先按照以下组分及重量份进行备料：基体树脂：100份；玻璃纤维：25‑35份；增韧剂：10‑30份；润滑剂：0.2‑2份；抗氧剂：0.1‑2份；相容剂：5‑10份；然后将基体树脂、玻璃纤维、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、相容剂通过螺杆挤出机熔融、混炼，经过冷却、切粒后，最终形成大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒。本发明采用强剪切的螺纹块组合，并将玻璃纤维的进料口提前，加大玻璃纤维在双螺杆中的剪切力和剪切时间，降低玻璃纤维的长度；选用POE接枝马来酸酐作为主要的相容剂，提高增韧剂和玻璃纤维的相容性，增加母粒的强度和韧性；选用多种树脂以及增韧剂进行配合使用，调节体系的冲击性能。

Description

大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃纤维填充母粒，尤其是涉及一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒及其制备方法。
背景技术
玻纤母粒作为高强度的填充母粒，具有弹性模量高，冲击强度低，韧性差的力学特点，同时具有性能优异、耐腐蚀、环境友好的特点。大口径HDPE双壁缠绕管普遍存在单重高、环刚度低的缺陷，为了提高大口径管材的环刚度，满足工程使用要求，需要通过添加高模量高韧性的玻纤母粒，增加管材配方的弯曲模量，提高管材的力学性能。
目前市面上使用的玻纤产品主要是高强度的玻纤母粒。该母粒通过添加玻璃纤维、均聚PP和相容剂对聚丙烯进行增强处理，使材料获得超高的弯曲模量和弯曲强度。但是该母粒在大口径管材运用上会存在以下几个缺陷：1)高模量的玻纤母粒韧性差，管材的结构壁厚度较高时，管材容易出现脆性断裂；2)高模量的玻纤母粒韧性差，导致其在管材配方中的添加量少，达不到大口径高环刚度管材的模量要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，由以下重量份的组分制备而成：
基体树脂：100份；
玻璃纤维：25-35份；
增韧剂：10-30份；
润滑剂：0.2-2份；
抗氧剂：0.1-2份；
相容剂：5-10份。
优选地，所述基体树脂选自高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或低密度聚乙烯等树脂中的一种或多种组合。
优选地，所述玻璃纤维选自无碱连续玻璃纤维、中碱连续玻璃纤维或高强度连续玻璃纤维等玻璃纤维中的一种或多种组合。
优选地，所述增韧剂选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、氯化聚乙烯、三元乙丙橡胶或乙烯-辛烯共混物POE中的一种或多种的混合物。
优选地，所述相容剂选自HDPE接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐或PP接枝马来酸酐等中的一种或其他商业化的相容剂。
优选地，所述润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺或其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、TAF或硅酮粉中的一种或多种组合。
优选地，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂中的一种或多种组合。
优选地，所述受阻酚类抗氧剂包括型号为BHT、2246、1010、1076等；
所述亚磷酸酯类抗氧剂包括型号为抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧化剂618等；
所述含硫抗氧剂包括型号为DLTDP、DSTDP、DMTDP、DTDTP等；
所述复合抗氧剂包括型号为抗氧剂215、抗氧剂225、抗氧剂561、抗氧剂900等。
第二方面，本发明提供一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：按照以下组分及重量份进行备料：基体树脂：100份；玻璃纤维：25-35份；增韧剂：10-30份；润滑剂：0.2-2份；抗氧剂：0.1-2份；相容剂：5-10份；
步骤二：将基体树脂、玻璃纤维、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、相容剂通过螺杆挤出机熔融、混炼，经过冷却、切粒后，最终形成大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒。
所述玻璃纤维进料口往下料口移动两节加热套、挤出机螺杆的螺纹块组合重新设计，适当增加螺杆的剪切力。
本发明将玻璃纤维通过特殊进料口，与基体树脂在双螺杆中进行剪切混合，熔融混炼后经过冷却、切粒等步骤，最终形成具有高强度和高韧性的HDPE玻纤母粒。本发明的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，具有高强度、高韧性、耐冲击、耐蠕变等优点，主要应用于大口径(DN800以上)排水管，如HDPE双壁缠绕管、HDPE双壁波纹管。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益技术效果：
1、采用强剪切的螺纹块组合，并将玻璃纤维的进料口提前，加大玻璃纤维在双螺杆中的剪切力和剪切时间，降低玻璃纤维的长度；
2、选用POE接枝马来酸酐作为主要的相容剂，提高增韧剂和玻璃纤维的相容性，增加母粒的强度和韧性；
3、选用多种树脂以及增韧剂进行配合使用，调节体系的冲击性能。
附图说明
图1显示了玻璃纤维进料口位置的改变。
具体实施方式
一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，由以下重量份的组分制备而成：
基体树脂：100份；
玻璃纤维：25-35份；
增韧剂：10-30份；
润滑剂：0.2-2份；
抗氧剂：0.1-2份；
相容剂：5-10份。
优选地，所述基体树脂选自高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或低密度聚乙烯等树脂中的一种或多种组合。优选地，所述玻璃纤维选自无碱连续玻璃纤维、中碱连续玻璃纤维或高强度连续玻璃纤维等玻璃纤维中的一种或多种组合。优选地，所述增韧剂选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、氯化聚乙烯、三元乙丙橡胶或乙烯-辛烯共混物POE中的一种或多种的混合物。优选地，所述相容剂选自HDPE接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐或PP接枝马来酸酐等中的一种或其他商业化的相容剂。优选地，所述润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺或其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、TAF或硅酮粉中的一种或多种组合。优选地，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂中的一种或多种组合。优选地，所述受阻酚类抗氧剂包括型号为BHT、2246、1010、1076等；所述亚磷酸酯类抗氧剂包括型号为抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧化剂618等；所述含硫抗氧剂包括型号为DLTDP、DSTDP、DMTDP、DTDTP等；所述复合抗氧剂包括型号为抗氧剂215、抗氧剂225、抗氧剂561、抗氧剂900等。
大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：按照以下组分及重量份进行备料：基体树脂：100份；玻璃纤维：25-35份；增韧剂：10-30份；润滑剂：0.2-2份；抗氧剂：0.1-2份；相容剂：5-10份；
步骤二：将基体树脂、玻璃纤维、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、相容剂通过螺杆挤出机熔融、混炼，经过冷却、切粒后，最终形成大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒。
参考图1，所述玻璃纤维进料口往下料口移动两节加热套、挤出机螺杆的螺纹块组合重新设计，适当增加螺杆的剪切力。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1以PP树脂0份(即不添加PP)为例：
HDPE树脂：100份；
LLDPE树脂：15份
增韧剂POE：1.5份；
玻璃纤维：35份
POE接枝马来酸酐：2份
PP接枝马来酸酐：3份
TAF：0.5份
硅酮粉：0.5份
聚乙烯蜡：1份；
硬脂酸锌：0.2份
抗氧剂168：0.2份；
抗氧剂1010:0.2份
将HDPE、PP、LLDPE、POE、石蜡、硬脂酸锌、抗氧剂168、抗氧剂1010、TAF、硅酮粉按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得专用料；专用料进入双螺杆挤出机主喂料口、玻璃纤维从侧喂料口加入，经过熔融、剪切、混炼、挤出、冷却、切粒，最后得到大口径管材专用的高模量高强度HDPE玻纤母粒。具体性能如下表：
拉伸强度MPa 断裂伸长率％ 弯曲强度MPa 弯曲模量MPa 冲击强度J/m
55 10 5400 82 420
实施例2以PP树脂10份为例：
HDPE树脂：100份；
PP树脂：10份
LLDPE树脂：10份
增韧剂POE：10份；
玻璃纤维：30份
POE接枝马来酸酐：3份
PP接枝马来酸酐：2份
TAF：0.5份
硅酮：0.5份
聚乙烯蜡：1份；
硬脂酸锌：0.2份
抗氧剂168：0.2份；
抗氧剂1010:0.2份
将HDPE、PP、LLDPE、POE、石蜡、硬脂酸锌、抗氧剂168、抗氧剂1010、TAF、硅酮粉按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得专用料；专用料进入双螺杆挤出机主喂料口、玻璃纤维从改进后的侧喂料口加入，经过熔融、剪切、混炼、挤出、冷却、切粒，最后得到大口径管材专用的高模量高强度HDPE玻纤母粒。具体性能如下表：
拉伸强度MPa 断裂伸长率％ 弯曲强度MPa 弯曲模量MPa 冲击强度J/m
51 8 4900 75 450
实施例3
一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，由以下重量份的组分制备而成：
基体树脂：100份；
玻璃纤维：35份；
增韧剂：30份；
润滑剂：2份；
抗氧剂：2份；
相容剂：10份。
其中，所述基体树脂选自高密度聚乙烯。所述玻璃纤维选自无碱连续玻璃纤维，所述增韧剂选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述相容剂选自HDPE接枝马来酸酐，所述润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡与TAF1:1:1的组合，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂，所述受阻酚类抗氧剂包括型号为BHT、2246、1010、1076等。
大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：按照以下组分及重量份进行备料：基体树脂：100份；玻璃纤维：35份；增韧剂：30份；润滑剂：2份；抗氧剂：2份；相容剂：10份；
步骤二：将基体树脂、玻璃纤维、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、相容剂通过螺杆挤出机熔融、混炼，经过冷却、切粒后，最终形成大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒。参考图1，所述玻璃纤维进料口往下料口移动两节加热套、挤出机螺杆的螺纹块组合重新设计，适当增加螺杆的剪切力。
实施例4
一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，由以下重量份的组分制备而成：
基体树脂：100份；
玻璃纤维：30份；
增韧剂：20份；
润滑剂：1份；
抗氧剂：1份；
相容剂：8份。
其中，所述基体树脂选自高密度聚乙烯100份，还额外添加10重量份的聚氯乙烯。所述玻璃纤维选自中碱连续玻璃纤维，所述增韧剂选自苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体，所述相容剂选自POE接枝马来酸酐，所述润滑剂选自乙烯基双硬脂酰胺或其衍生物，所述抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂；所述亚磷酸酯类抗氧剂包括型号为抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧化剂618等。
大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：按照以下组分及重量份进行备料：基体树脂：100份；玻璃纤维：30份；增韧剂：20份；润滑剂：1份；抗氧剂：1份；相容剂：8份；
步骤二：将基体树脂、玻璃纤维、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、相容剂通过螺杆挤出机熔融、混炼，经过冷却、切粒后，最终形成大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒。
参考图1，所述玻璃纤维进料口往下料口移动两节加热套、挤出机螺杆的螺纹块组合重新设计，适当增加螺杆的剪切力。
实施例5
一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，由以下重量份的组分制备而成：
基体树脂：100份；
玻璃纤维：25份；
增韧剂：10份；
润滑剂：0.2份；
抗氧剂：0.1份；
相容剂：5份。
其中，所述基体树脂选自高密度聚乙烯100份，还额外添加10重量份的低密度聚乙烯。所述玻璃纤维选高强度连续玻璃纤维等玻璃纤维，所述增韧剂选自三元乙丙橡胶或乙烯-辛烯共混物POE，所述相容剂选自PP接枝马来酸酐，所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯，所述抗氧剂选自复合抗氧剂，所述复合抗氧剂包括型号为抗氧剂215、抗氧剂225、抗氧剂561、抗氧剂900等。
大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：按照以下组分及重量份进行备料：基体树脂：100份；玻璃纤维：25份；增韧剂：10份；润滑剂：0.2份；抗氧剂：0.1份；相容剂：5份；
步骤二：将基体树脂、玻璃纤维、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、相容剂通过螺杆挤出机熔融、混炼，经过冷却、切粒后，最终形成大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒。
参考图1，所述玻璃纤维进料口往下料口移动两节加热套、挤出机螺杆的螺纹块组合重新设计，适当增加螺杆的剪切力。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，其特征在于，由以下重量份的组分制备而成：
基体树脂：100份；
玻璃纤维：25-35份；
增韧剂：10-30份；
润滑剂：0.2-2份；
抗氧剂：0.1-2份；
相容剂：5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，其特征在于，所述基体树脂选自高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或低密度聚乙烯树脂中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，其特征在于，所述玻璃纤维选自无碱连续玻璃纤维、中碱连续玻璃纤维或高强度连续玻璃纤维中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，其特征在于，所述增韧剂选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、氯化聚乙烯、三元乙丙橡胶或乙烯-辛烯共混物POE中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，其特征在于，所述相容剂选自HDPE接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐或PP接枝马来酸酐中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，其特征在于，所述润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺或其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、TAF或硅酮粉中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的一种大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒，其特征在于，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂中的一种或多种组合；
所述受阻酚类抗氧剂包括型号为BHT、2246、1010、1076；
所述亚磷酸酯类抗氧剂包括型号为抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧化剂618；
所述含硫抗氧剂包括型号为DLTDP、DSTDP、DMTDP、DTDTP；
所述复合抗氧剂包括型号为抗氧剂215、抗氧剂225、抗氧剂561、抗氧剂900。
8.权利要求1-7中任一项所述大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照以下组分及重量份进行备料：基体树脂：100份；玻璃纤维：25-35份；增韧剂：10-30份；润滑剂：0.2-2份；抗氧剂：0.1-2份；相容剂：5-10份；
步骤二：将基体树脂、玻璃纤维、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、相容剂通过螺杆挤出机熔融、混炼，经过冷却、切粒后，最终形成大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒。
9.根据权利要求8所述大口径管材专用的高强度高韧性HDPE玻纤母粒的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维为合股。
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