CN111944223A - 一种耐热聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚乙烯复合材料的技术领域，公开了一种耐热聚乙烯材料及其制备方法，其技术方案要点包括如下重量份的组份：聚乙烯80‑100份、乙二醇3‑5份、钛白粉1‑3份、玻璃纤维3‑5份、聚甲基丙烯酸甲酯6‑8份、聚丙烯酸钠2‑4份、氨基丙基三乙氧基硅烷2‑4份、硬脂酸0.4‑0.6份、增塑剂2‑4份、抗氧剂1‑2份、着色剂0.1‑0.5份、填料1.2‑3份。本发明具有通过玻璃纤维提升该一种耐热聚乙烯材料的刚性以及耐热性，同时具有耐腐蚀并延长使用寿命的效果；在玻璃纤维与聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚丙烯酸钠结合后，提升该耐热聚乙烯材料各组份分子间的作用力，进而获得的耐热聚乙烯材料具有在有效控制生产成本的前提下，显著提升聚乙烯材料的耐热性，进而达到有效延长使用寿命的效果。

Description

一种耐热聚乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚乙烯复合材料技术领域，特别涉及一种耐热聚乙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯是乙烯经过聚合得到的热塑性树脂。聚乙烯无臭、无毒，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。
公开号为CN109384995A的中国专利公开了一种抗老化、耐腐蚀的PE排水管及其制备方法，该PE排水管由如下重量份数的原料制成：聚乙烯原料40-60份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5-12份、2-巯基苯并咪唑1-2份、聚丙烯酸钠2-4份、N，N-二(2-乙基己基)-2-苯并噻唑基亚磺酰胺5-12份、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基 )钛酸酯4-12份、氨基丙基三乙氧基硅烷3-8份、丁基羟基茴香醚3-7份、增塑剂1-2份和抗氧剂2-4份。
但是由于采用的相应原料组份的该PE排水管在高温的情况下不具备长久的使用寿命，影响到该PE排水管的使用与成本，有待改进。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种耐热聚乙烯材料，具有耐热性强、成本低且使用寿命长的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种耐热聚乙烯材料，包括如下重量份的组份：
聚乙烯 80-100份；
乙二醇 3-5份；
钛白粉 1-3份；
玻璃纤维3-5份；
聚甲基丙烯酸甲酯 6-8份；
聚丙烯酸钠 2-4份；
氨基丙基三乙氧基硅烷 2-4份；
硬脂酸0.4-0.6份；
增塑剂 2-4份；
抗氧剂 1-2份；
着色剂0.1-0.5份；
填料1.2-3份。
通过采用上述技术方案，通过玻璃纤维有效提升该聚乙烯材料的刚性以及耐热性，同时具有耐腐蚀并延长该聚乙烯材料使用寿命的效果；在玻璃纤维与聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚丙烯酸钠结合后，提升该耐热聚乙烯材料的各组份分子间的作用力，进而获得的耐热聚乙烯材料具有在有效控制生产成本的前提下，显著提升聚乙烯材料的耐热性，进而达到有效延长使用寿命的效果。
本发明的进一步设置为：所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯。
通过采用上述技术方案，邻苯二甲酸二乙酯起到改善高分子材料的性能、降低生产成本并提高生产效益的作用，通过减弱树脂分子间的次价键，有效增加分子键的移动性，进而在降低树脂分子的结晶性后增加树脂分子的可塑性与柔韧性，降低该聚乙烯材料的加工难度。
本发明的进一步设置为：所述抗氧剂包括重量比为1：1的抗氧剂264和抗氧剂1010。
通过采用上述技术方案，抗氧剂1010的熔点较高，在120-125℃之间，具有热稳定性高的特点，适于高温条件下使用，进而将起到延长制品使用寿命的作用；而抗氧剂264的熔点较低，在69-71℃之间，具有无臭、无味以及良好的热稳定性的特点，因此抗氧剂1010与抗氧剂264相互配合将有效防止该聚乙烯材料与氧气反应而缩短使用寿命。
本发明的进一步设置为：所述着色剂为碳黑。
通过采用上述技术方案，炭黑的表面具有多种不同的含氧官能团如羧基、内脂基、酚基、羰基等，从而在紫外线将塑料表面的分子分解成自由基时，该多种含氧官能团与生成的自由基发生结合反应，起到消除这些基团的作用，防止聚合物的进一步分解。
本发明的进一步设置为：所述填料包括重量比为1：1：1的硫酸钙、海泡石和蒙脱土。
通过采用上述技术方案，着色剂与蒙脱土表面的带负电的硅酸盐片层通过静电作用而堆积，将有效避免碳黑所引起的粉尘问题；与此同时，硫酸钙的颗粒直径为5-50μm，将起到有效的填充作用，增加该聚乙烯材料的结构强度；通过蒙脱土的表面带负电的硅酸盐片层，从而在与海泡石混合后，与聚乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯进行物理交联，从而令聚乙烯由线性分子结构变成三维网状结构，从而提升该耐热聚乙烯材料的维卡软化温度。
本发明的第二个目的在于提供一种耐热聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照重量份，称取80-100份聚乙烯、3-5份乙二醇、1-3份钛白粉、6-8份聚甲基丙烯酸甲酯、2-4份聚丙烯酸钠、2-4份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.4-0.6份硬脂酸、2-4份邻苯二甲酸二乙酯、0.5-1份抗氧剂264、0.5-1份抗氧剂1010、0.1-0.5份碳黑、0.4-1份硫酸钙、0.4-1份海泡石以及0.4-1份蒙脱土并置入80-100℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤2、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为180-200℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.2-2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤3、将步骤2中的颗粒料以及3-5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为180-200℃，挤出成复合材料线束；
步骤4、复合材料线束切割，检验合格后入库。
通过采用上述技术方案，获得的聚乙烯材料具有耐热性强，并有效延长使用寿命的效果。
本发明的进一步设置为：在步骤1中，按照重量份，称取80-100份聚乙烯、3-5份乙二醇、1-3份钛白粉、6-8份聚甲基丙烯酸甲酯、2-4份聚丙烯酸钠、2-4份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.4-0.6份硬脂酸、2-4份邻苯二甲酸二乙酯、0.6-1份抗氧剂264、0.6-1份抗氧剂1010、0.1-0.5份碳黑、0.5-0.9份硫酸钙、0.5-0.9份海泡石以及0.5-0.9份蒙脱土。
通过采用上述技术方案，获得的耐热聚乙烯材料具有耐热性强、成本低且使用寿命长的效果。
本发明的有益效果是：
1.通过显著降低制作难度，达到有效降低生产制造成本的目的；
2.通过显著提升该聚乙烯材料的耐热性能，在经过长时间的日照后使得该聚乙烯材料仍具备保持足够硬度与强度的效果；
3.使用寿命长。
具体实施方式
下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种耐热聚乙烯材料，包括如下重量份的组份：
聚乙烯 80份、乙二醇 3份、钛白粉 1份、玻璃纤维3份、聚甲基丙烯酸甲酯 6份、聚丙烯酸钠 2份、氨基丙基三乙氧基硅烷 2份、硬脂酸0.4份、邻苯二甲酸二乙酯 2份、抗氧剂2640.6份、抗氧剂1010 0.6份、碳黑0.1份、硫酸钙0.5份、海泡石0.5份、蒙脱土0.5份。
一种耐热聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照重量份，称取80份聚乙烯、3份乙二醇、1份钛白粉、6份聚甲基丙烯酸甲酯、2份聚丙烯酸钠、2份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.4份硬脂酸、2份邻苯二甲酸二乙酯、0.6份抗氧剂264、0.6份抗氧剂1010、0.1份碳黑、0.5份硫酸钙、0.5份海泡石以及0.5份蒙脱土并置入86℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤2、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为188℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.2-2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤3、将步骤2中的颗粒料以及3份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为185℃，挤出成复合材料线束；
步骤4、复合材料线束定型、切割，检验合格后入库。
实施例二
一种耐热聚乙烯材料，包括如下重量份的组份：
聚乙烯 85份、乙二醇 3份、钛白粉 1份、玻璃纤维3份、聚甲基丙烯酸甲酯 6份、聚丙烯酸钠 2份、氨基丙基三乙氧基硅烷 2份、硬脂酸0.4份、邻苯二甲酸二乙酯 2份、抗氧剂2640.7份、抗氧剂1010 0.7份、碳黑0.2份、硫酸钙0.6份、海泡石0.6份、蒙脱土0.6份。
一种耐热聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照重量份，称取85份聚乙烯、3份乙二醇、1份钛白粉、6份聚甲基丙烯酸甲酯、2份聚丙烯酸钠、2份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.4份硬脂酸、2份邻苯二甲酸二乙酯、0.7份抗氧剂264、0.7份抗氧剂1010、0.2份碳黑、0.6份硫酸钙、0.6份海泡石以及0.6份蒙脱土并置入83℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤2、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为195℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.2-2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤3、将步骤2中的颗粒料以及3份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为190℃，挤出成复合材料线束；
步骤4、复合材料线束定型、切割，检验合格后入库。
实施例三
一种耐热聚乙烯材料，包括如下重量份的组份：
聚乙烯 90份、乙二醇 4份、钛白粉 2份、玻璃纤维4份、聚甲基丙烯酸甲酯 7份、聚丙烯酸钠 3份、氨基丙基三乙氧基硅烷3份、硬脂酸0.5份、邻苯二甲酸二乙酯 3份、抗氧剂2640.8份、抗氧剂1010 0.8份、碳黑0.3份、硫酸钙0.7份、海泡石0.7份、蒙脱土0.7份。
一种耐热聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照重量份，称取90份聚乙烯、4份乙二醇、2份钛白粉、7份聚甲基丙烯酸甲酯、3份聚丙烯酸钠、3份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.5份硬脂酸、3份邻苯二甲酸二乙酯、0.8份抗氧剂264、0.8份抗氧剂1010、0.3份碳黑、0.7份硫酸钙、0.7份海泡石以及0.7份蒙脱土并置入95℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤2、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为200℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.2-2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤3、将步骤2中的颗粒料以及4份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为188℃，挤出成复合材料线束；
步骤4、复合材料线束定型、切割，检验合格后入库。
实施例四
一种耐热聚乙烯材料，包括如下重量份的组份：
聚乙烯 95份、乙二醇 5份、钛白粉 3份、玻璃纤维5份、聚甲基丙烯酸甲酯 8份、聚丙烯酸钠 4份、氨基丙基三乙氧基硅烷 4份、硬脂酸0.6份、邻苯二甲酸二乙酯 4份、抗氧剂2640.9份、抗氧剂1010 0.9份、碳黑0.4份、硫酸钙0.8份、海泡石0.8份、蒙脱土0.8份。
一种耐热聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照重量份，称取95份聚乙烯、5份乙二醇、3份钛白粉、8份聚甲基丙烯酸甲酯、4份聚丙烯酸钠、4份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.6份硬脂酸、4份邻苯二甲酸二乙酯、0.9份抗氧剂264、0.9份抗氧剂1010、0.4份碳黑、0.8份硫酸钙、0.8份海泡石以及0.8份蒙脱土并置入93℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤2、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为185℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.2-2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤3、将步骤2中的颗粒料以及5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为190℃，挤出成复合材料线束；
步骤4、复合材料线束定型、切割，检验合格后入库。
实施例五
一种耐热聚乙烯材料，包括如下重量份的组份：
聚乙烯 100份、乙二醇 5份、钛白粉3份、玻璃纤维5份、聚甲基丙烯酸甲酯 8份、聚丙烯酸钠4份、氨基丙基三乙氧基硅烷4份、硬脂酸0.6份、邻苯二甲酸二乙酯 4份、抗氧剂264 1份、抗氧剂1010 1份、碳黑0.5份、硫酸钙0.9份、海泡石0.9份、蒙脱土0.9份。
一种耐热聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照重量份，称取100份聚乙烯、5份乙二醇、3份钛白粉、8份聚甲基丙烯酸甲酯、4份聚丙烯酸钠、4份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.6份硬脂酸、4份邻苯二甲酸二乙酯、1份抗氧剂264、1份抗氧剂1010、0.5份碳黑、0.9份硫酸钙、0.9份海泡石以及0.9份蒙脱土并置入95℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤2、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为185℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.2-2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤3、将步骤2中的颗粒料以及5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为185℃，挤出成复合材料线束；
步骤4、复合材料线束定型、切割，检验合格后入库。
采用以下对比例：
对比例1：对比例1和实施例3的不同是在于，未加入玻璃纤维；
对比例2：对比例2和实施例3的不同是在于，未加入蒙脱土；
对比例3：对比例3和实施例3的不同是在于，未加入硫酸钙；
对比例4：对比例4和实施例3的不同是在于，未加入海泡石。
针对实施例1至5以及对比例1至4的耐热聚乙烯材料进行性能测试，测试方法如下：
一、耐热性
利用马丁耐热实验，即在按50±3℃/h等速升温加热空气内试样承受一定的弯曲应力，测试试样自由端令加荷杠杆臂端产生规定下降高度时的温度，并以之作为评价塑料高温变形趋势的方法，测试标准为GB/T 1699-2003。变形趋势程度的标度规定如下：I、II、III、IV、V，其中I是变形趋势最强的，并且V是变形趋势最弱的。
二、维卡软化温度测定
维卡软化温度是将热塑性塑料放置在液体传热介质中，在10N±0.2N的负荷下按5±0.5 ℃/6min的等速升温条件下，试样被1平方毫米的压针头压入1毫米时的温度，对应的国标是GB/T 1633-2000。
三、抗紫外线性
“紫外线暴露试验”的条件是在双灯式封闭型碳弧下暴露720小时，或在氙弧下暴露1000小时。在这些条件下燃烧性等级保持不变则为合格，测试标准为ASTM G-154。抗紫外线性能程度的标度规定如下：I、II、III、IV、V，其中I是抗紫外线能力最强的，并且V是抗紫外线能力最弱的。
实施例1至5以及对比例1至4的性能测试结果见表一：
表一 实施例1至5以及对比例1至4的性能测试结果
测试项目 耐热性 维卡软化温度测定（单位/℃） 抗紫外线性
实施例1 V 103.9 IV
实施例2 V 104.6 IV
实施例3 V 108.4 V
实施例4 V 107.1 IV
实施例5 V 105.7 IV
对比例1 II 92.6 V
对比例2 II 82.8 V
对比例3 IV 95.1 IV
对比例4 III 86.4 IV
通过分析获得的表一中的数据：
由于玻璃纤维具有的良好的机械强度、耐热性以及抗腐蚀性，对比实施例3与对比例1，可以得知玻璃纤维将有效提升该聚乙烯材料的刚性以及耐热性，同时具有耐腐蚀并延长该聚乙烯材料使用寿命的效果；与此同时，在玻璃纤维与聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚丙烯酸钠结合后，将有效提升该耐热聚乙烯材料的各组份分子间的作用力，进而获得的耐热聚乙烯材料具有在有效控制生产成本的前提下，显著提升聚乙烯材料的耐热性，进而达到有效延长该聚乙烯材料使用寿命的效果。
由于邻苯二甲酸二乙酯具有通过减弱树脂分子间的次价键，有效增加分子键的移动性，进而在降低树脂分子的结晶性后增加树脂分子的可塑性与柔韧性的效果，因此将起到改善高分子材料的性能、降低加工生产难度与生产成本并提高生产效益的作用。
由于抗氧剂1010的熔点位于120-125℃之间，且具有热稳定性高的特点，适于高温条件下使用，进而将起到延长制品使用寿命的作用；与此同时，抗氧剂264的熔点位于69-71℃之间，具有无臭、无味以及良好的热稳定性的特点，因此在抗氧剂1010与抗氧剂264相互配合时将有效防止该聚乙烯材料与氧气反应而缩短使用寿命。
由于炭黑的表面具有多种不同的含氧官能团如羧基、内脂基、酚基、羰基等，因此在紫外线将塑料表面的分子分解成自由基时，该多种含氧官能团与生成的自由基发生结合反应，起到消除这些基团的作用，防止聚合物的进一步分解，从而达到延长该聚乙烯材料使用寿命的效果。
又由于炭黑将与蒙脱土表面的带负电的硅酸盐片层通过静电作用而堆积，将有效避免碳黑所引起的粉尘问题；与此同时，硫酸钙的颗粒直径为5-50μm，将起到有效的填充作用，增加该聚乙烯材料的结构强度并延长其使用寿命；并通过蒙脱土的表面带负电的硅酸盐片层与海泡石混合，再与聚乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯进行物理交联，从而令聚乙烯由线性分子结构变成三维网状结构，从而提升该耐温聚乙烯材料的维卡软化温度，获得具有耐热性强、成本低且使用寿命长效果的聚乙烯材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，但凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和润饰，这些修改和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐热聚乙烯材料，其特征在于，包括如下重量份的组份：
聚乙烯 80-100份；
乙二醇 3-5份；
钛白粉 1-3份；
玻璃纤维3-5份；
聚甲基丙烯酸甲酯 6-8份；
聚丙烯酸钠 2-4份；
氨基丙基三乙氧基硅烷 2-4份；
硬脂酸0.4-0.6份；
增塑剂 2-4份；
抗氧剂 1-2份；
着色剂0.1-0.5份；
填料1.2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种耐热聚乙烯材料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯。
3.根据权利要求1所述的一种耐热聚乙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂包括重量比为1：1的抗氧剂264和抗氧剂1010。
4.根据权利要求1所述的一种耐热聚乙烯材料，其特征在于：所述着色剂为碳黑。
5.根据权利要求1所述的一种耐热聚乙烯材料，其特征在于：所述填料包括重量比为1：1：1的硫酸钙、海泡石和蒙脱土。
6.一种耐热聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、按照重量份，称取80-100份聚乙烯、3-5份乙二醇、1-3份钛白粉、6-8份聚甲基丙烯酸甲酯、2-4份聚丙烯酸钠、2-4份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.4-0.6份硬脂酸、2-4份邻苯二甲酸二乙酯、0.5-1份抗氧剂264、0.5-1份抗氧剂1010、0.1-0.5份碳黑、0.4-1份硫酸钙、0.4-1份海泡石以及0.4-1份蒙脱土并置入80-100℃的高温混合机内混合10min，获得初步混合料；
步骤2、将初步混合料置入造粒机内，控制转速为20r/min，温度为180-200℃并搅拌10min，制得颗粒直径为1.2-2mm的颗粒料，并静置等待颗粒料的温度降至室温；
步骤3、将步骤2中的颗粒料以及3-5份玻璃纤维置入双螺杆挤出机内，控制温度为180-200℃，挤出成复合材料线束；
步骤4、复合材料线束切割，检验合格后入库。
7.根据权利要求6所述的一种耐热聚乙烯材料的制备方法，其特征在于：在步骤1中，按照重量份，称取80-100份聚乙烯、3-5份乙二醇、1-3份钛白粉、6-8份聚甲基丙烯酸甲酯、2-4份聚丙烯酸钠、2-4份氨基丙基三乙氧基硅烷、0.4-0.6份硬脂酸、2-4份邻苯二甲酸二乙酯、0.6-1份抗氧剂264、0.6-1份抗氧剂1010、0.1-0.5份碳黑、0.5-0.9份硫酸钙、0.5-0.9份海泡石以及0.5-0.9份蒙脱土。
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