CN112795099A

CN112795099A - 一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料及其制备方法

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Publication number: CN112795099A
Application number: CN202110059828.4A
Authority: CN
Inventors: 周玉成; 宋钰; 陈熙
Original assignee: Orinko Advanced Plastics Co Ltd
Current assignee: Orinko Advanced Plastics Co Ltd
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2041-01-18
Also published as: CN112795099B

Abstract

本发明公开一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料及其制备方法，聚丙烯增强材料包括下述原料，各原料的质量配比如下：聚丙烯65—76、短切玻璃纤维20—30、相容剂4—5、硅烷偶联剂0.2—0.3、抗氧剂0.1—0.2、润滑剂0.1—0.2。制备方法包括如下步骤：S1、选料；S2、混合溶液制备；S3、短切玻璃纤维表面处理；S4、混合搅拌；S5、初料制作；S6、切粒。本发明采用拉丝级均聚PP基材、短切玻璃纤维、相容剂、润滑剂及抗氧剂制得，得益于聚丙烯材料相对低廉的成本，相比传统的聚苯醚和丙烯晴‑丁二烯‑苯乙烯工程塑料，在家用集成水路板的应用上材料降本可达40％，且工程塑料注塑成型困难，对注塑设备规格要求高的问题也得到了解决。

Description

一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子技术领域，具体涉及一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料及其制备方法。

背景技术

随着现今工业化的快速发展，近二十年来，各个地区水资源污染严重，这直接影响到人们饮用水资源的安全，虽然城市自来水出厂都是安全合格的，但是自来水经管道长途运送后，易受二次污染，铁锈、泥沙、细菌等会再次对自来水的水质造成影响。同时，自来水烧开后，依然无法去除水垢、重金属、挥发性物质及细菌尸体等污染。且自来水经氯气消毒后，可会有余氯存在于水中，余氯超标的危害同样不容小觑。研究表明：水污染可危害人体生殖功能、神经系统、导致人体患胆结石、肾结石等。残留的余氯受热后，产生三氯甲烷，可引发前列腺癌和膀胱癌。这与人们追求健康品质的需求产生矛盾，健康类产品逐渐从升级选择演变为必要选择，因此家用净水器行业的国内发展也走上了高速通道。根据奥维云网监测数据，2020上半年，净水器线上市场实现销售额36.0亿元，同比增长22.5％；实现销售量231.6万台，同比增长27.0％。

其中净水器的种类根据其内部水路结构分有管路连接和集成水路连接两大种类。管路连接的净水器安装繁琐，接头多，复杂，安装效率低，漏水概率高；集成水路的净水器安装效率高，产品组装简洁，漏水、漏电概率低。因此开发一款集成水路板专用高分子材料很有意义。

聚丙烯(PP)具有比重轻、价格低廉、机械性能好和耐热性能佳等优良的物理性能和加工性，更重要的是很容易实现不含铅、镉类重金属。且耐水解(冷水)，耐化学性(余氯，臭氧)，这就满足了成为集成水路板材料的基本要求。

但是集成水路板有两项测试难达标：爆破压力试验和十万次水锤试验。水路板内存在水锤现象，在水路板中运动的液体，由于阀门或水泵突然关闭，使得液体流速和动量发生急剧的变化，从而引起液体压力的骤然变化，这所产生的增压波和减压波交替进行，对管壁或阀门的作用如锤击一样，会产生很大的能量。这就对集成水路板材料提出了很高的要求。

基于以上原因，开发一种良好加工性能、高强度、耐水解(冷水)、高爆破、满足水锤测试、国标食品级要求的高强度高爆破聚丙烯增强材料就变得十分有意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料及其制备方法，制备的用于净水器集成水路板的聚丙烯材料具有良好加工性能、高强度、耐水解(冷水)、高爆破、满足水锤测试、国标食品级要求等特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：聚丙烯65—76、短切玻璃纤维20—30、相容剂4—5、硅烷偶联剂0.2—0.3、抗氧剂0.1—0.2、润滑剂0.1—0.2。

进一步的，所述聚丙烯为融指为2-5g/10min的拉丝级别均聚聚丙烯。

进一步的，所述短切玻璃纤维为直径为13-15μm、短切长度3-4.5mm、含水率≤3％的无碱玻纤。

进一步的，所述硅烷偶联剂为丁二烯基三乙氧基硅烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物中的至少一种。

进一步的，所述相容剂为接枝率1.5-2.0％的聚丙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种。

进一步的，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、选料

按质量配比称取各种原料；

S2、混合溶液制备

将称取的硅烷偶联剂与乙醇混合，制备质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液；

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流，室温静置，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重，得表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入处理好的短切玻璃纤维，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料；

S6、切粒

对上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用净水器水路板专用高强度高爆破聚丙烯增强材料。

进一步的，所述S3中控制搅拌回流10—15min，室温静置11—13h，电热恒温鼓风干燥箱中温度75—83℃。

进一步的，所述S4中控制混合机高速混合时间为2—10min。

进一步的，所述S5中控制挤出机的机筒温度为205—210℃，螺杆转速为400—600r/min，真空度为-0.04—0.1MPa。

本发明的有益效果：

1、本发明提出的净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，相比于传统集成水路板的高分子材料具有良好加工性能、高强度、耐水解(冷水)、高爆破、满足水锤测试和国标食品级要求的特点；

2、本发明提出的净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，采用拉丝级均聚PP基材、短切玻璃纤维、相容剂、润滑剂及抗氧剂制得，得益于聚丙烯材料相对低廉的成本，相比传统的聚苯醚和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯工程塑料，在家用集成水路板的应用上材料降本可达40％，且工程塑料注塑成型困难，对注塑设备规格要求高的问题也得到了解决。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的聚丙烯增强材料制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，下列实施例中所采用的聚丙烯为融指为2-5g/10min的拉丝级别均聚聚丙烯；短切玻璃纤维为直径为13-15μm、短切长度3-4.5mm、含水率≤3％的无碱玻纤；硅烷偶联剂为丁二烯基三乙氧基硅烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si-69)中的至少一种；相容剂为接枝率1.5-2.0％的聚丙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种；润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

实施例1

一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：聚丙烯(神华化工有限公司，牌号：均聚PPS1003，熔指2-5g/10min)76；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)20；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)4；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.3；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.2；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.2。

如图1所示，一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、选料

按上述质量配比称取各种原料，称取拉丝级均聚聚丙烯76千克，短切玻璃纤维20千克，相容剂4千克，硅烷偶联剂0.3千克，抗氧剂0.2千克，润滑剂0.2千克；

S2、混合溶液制备

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流10min，室温静置12h，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重，得表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合2min；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入处理好的短切玻璃纤维，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料，其中挤出机的机筒温度为205℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.04MPa；

S6、切粒

对上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用净水器水路板专用高强度高爆破聚丙烯增强材料，其中切粒机为双轴可调速切粒机，切出的初步材料粒子长度控制在7mm。

实施例2

一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：聚丙烯(东华能源股份有限公司，牌号：均聚PPT30H，熔指2-5g/10min)76；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)20；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)4；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.3；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.2；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.2。

S1、选料

S2、混合溶液制备

S3、短切玻璃纤维表面处理

S4、混合搅拌

S5、初料制作

S6、切粒

实施例3

一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：聚丙烯(神华化工有限公司，牌号：均聚PP S1003，熔指2-5g/10min)70；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)25；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)5；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.2；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.1；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.1。

S1、选料

按上述质量配比称取各种原料，称取拉丝级均聚聚丙烯70千克，短切玻璃纤维25千克，相容剂5千克，硅烷偶联剂0.2千克，抗氧剂0.1千克，润滑剂0.1千克；

S2、混合溶液制备

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流12min，室温静置13h，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中75℃干燥至恒重，得表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合10min；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入处理好的短切玻璃纤维，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料，其中挤出机的机筒温度为220℃，螺杆转速为600r/min，真空度为0.1MPa；

S6、切粒

对上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用净水器水路板专用高强度高爆破聚丙烯增强材料，其中切粒机为双轴可调速切粒机，切出的初步材料粒子长度控制在11mm。

实施例4

一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：聚丙烯(神华化工有限公司，牌号：均聚PP S1003，熔指2-5g/10min)65；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)30；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)5；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.3；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.2；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.2。

S1、选料

按上述质量配比称取各种原料，称取拉丝级均聚聚丙烯65千克，短切玻璃纤维30千克，相容剂5千克，硅烷偶联剂0.3千克，抗氧剂0.2千克，润滑剂0.2千克；

S2、混合溶液制备

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流15min，室温静置11h，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中83℃干燥至恒重，得表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合8min；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入处理好的短切玻璃纤维，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料，其中挤出机的机筒温度为210℃，螺杆转速为500r/min，真空度为0.05MPa；

S6、切粒

对上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用净水器水路板专用高强度高爆破聚丙烯增强材料，其中切粒机为双轴可调速切粒机，切出的初步材料粒子长度控制在10mm。

将上述实施例1、2、3、4制得的家用净水器水路板专用高强度高爆破聚丙烯增强材料主要物性指标根据相关检测标准测试其融指、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强、密度、灰分、代表机型爆破压力和水锤试验次数进行检测，其检测标准与检测结果如上表1所示：

表1：实施例1、2、3、4的水路板专用聚丙烯增强材料主要物性指标由表1可以看出：

(1)实例二与实例一的不同在于选用了不同厂家的拉丝级均聚聚丙烯，由于玻纤和树脂界面连接，玻璃纤维起到骨架的作用，使作用到样条上的力传导到玻纤上,玻纤的强度被充分利用，起到树脂增强的目的，聚丙烯接枝马来酸苷提高了聚丙烯和玻璃纤维的相容性，所以材料整体强度提高，且在拉伸性能、弯曲性能以及冲击上基本类似，且爆破压力和水锤试验都可满足标准。

(2)实例三和四较实例一提高了短切玻纤的份数，随着短切玻璃纤维份数的增加，材料的拉伸性能、弯曲性能、冲击性能以及水锤试验次数持续增加，但爆破压力呈先升后降的趋势，这是因为在一定范围内，随着玻璃纤维含量的增加，单位体积内树脂含量逐渐降低，复合材料的熔体强度下降，导致爆破压力下降，集成水路管的应用不适合使用30份以上的玻纤填充。

下面列举几个对比例对本发明做进一步解释。

对比例一

制备方法同实施例一，不同的是将76％低熔指均聚聚丙烯颗粒改为相同质量份数的高熔指均聚聚丙烯颗粒相同质量份数的(蒲城清洁能源化工有限公司，牌号：PP500N)。

对比例二

制备方法同实施例一，不同的是将20％短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)改为相同质量份数的短切玻璃纤维(泰山玻璃纤维有限公司，牌号：TCR438G-13短切长度4.5mm)。

对比例三

制备方法同实施例三，不同的是将70％低熔指均聚聚丙烯颗粒改为相同质量份数的高熔指均聚聚丙烯颗粒相同质量份数的(蒲城清洁能源化工有限公司，牌号：PP500N)。

表2：对比例1、2、3的水路板专用聚丙烯增强材料主要物性指标

由表2可以看出：

(1)对比例一较实施例1使用了中熔指均聚聚丙烯作为基料，材料在拉伸性能、弯曲性能以及冲击上基本类似，材料刚性的提高使得依旧可以满足水锤试验，但随着基料熔融指数的提高，材料整体的熔体强度下降，此时爆破压力已不能满足客户企业标准。

(2)对比例二较实施例一更换了短切比例纤维的种类，短切长度提高到4.5mm，此时材料性能和实施例一基本类似。

(3)对比例三较实施例三使用了高熔指均聚聚丙烯，材料在拉伸性能、弯曲性能以及冲击上基本类似，材料刚性的提高使得依旧可以满足水锤试验。伴随基料熔指的提高，材料熔体强度下降严重，较对比例1的爆破压力进一步降低。

*注解：

一、按照下列规定对集成水路板进行爆破压力试验

a)试验用水的温度应该保持在(20±3)℃；

b)启动泵对水路板对水路板施压注水，以0.1MPa-0.4MPa的速度增压，直至水路板爆破为止，记录爆破压力值，爆破压力不得小于3.2MPa。

二、按照下列规定对水路板进行水锤试验

a)整个循环试验过程的水温应该保持在(20±3)℃，且应该调整到在试验装置的表面不会形成冷凝水；

b)开始水锤试验，启动泵对水路板对水路板施压注水，进水压力上升及保压时间不超过5s，高压设置1.0MPa，低压应该不小于0.014MPa，循环试验10万次；

c)在整个试验过程中，检查水路系统的水密性，观察是否存在破损或渗漏现象。

三、力学样条测试的条件以及尺寸

拉伸强度测试所用的样条尺寸为172*10*4mm，拉伸速率为50mm/min；

弯曲强度测试所用的样条尺寸为80*10*4，弯曲速率为2mm/min；

弯曲模量测试所用的样条尺寸为80*10*4，弯曲速率为2mm/min；

悬臂梁缺口冲击强度所用的样条尺寸为80*8*4。

本发明制得的家用净水器水路板专用高强度高爆破聚丙烯增强材料是一种采用短纤复合材料作为支撑材料强度主体的材料，以拉丝级均聚PP为主要原料，均聚聚丙烯刚性优良，通过聚丙烯接枝马来酸酐加强短切玻纤和聚丙烯树脂的相容性，从而保证了复合材料强度；对于现阶段的技术来说，由于集成水路板制件复杂，圆形孔洞较多，并且对材料强度及成品的水锤试验有严格要求，直接使用常规聚丙烯，但是爆破试验这一项就难以达到要求，本发明采用拉丝级聚丙烯，熔指2-5g/10min，相对分子质量、熔体粘度较常用注塑级聚丙烯大。而熔体的粘度就是分子间摩擦力的宏观度量，微观上分子间存在相互作用力，流动过程中分子间产生反抗分子相对位移的内摩擦力。其熔体强度越大，这种反抗能力越强，能承受的爆破压力越高，长期耐疲劳性越强，从而满足十万次水锤试验要求。

需要注意的是，若在本发明的制备组份中添加紫外光吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、着色剂等功能助剂，使复合材料具有相应特性亦受本发明保护。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，其特征在于，包括下述原料，各原料的质量配比如下：聚丙烯65—76、短切玻璃纤维20—30、相容剂4—5、硅烷偶联剂0.2—0.3、抗氧剂0.1—0.2、润滑剂0.1—0.2。

2.根据权利要求1所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，其特征在于，所述聚丙烯为融指为2-5g/10min的拉丝级别均聚聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，其特征在于，所述短切玻璃纤维为直径为13-15μm、短切长度3-4.5mm、含水率≤3％的无碱玻纤。

4.根据权利要求1所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为丁二烯基三乙氧基硅烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，其特征在于，所述相容剂为接枝率1.5-2.0％的聚丙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

7.根据权利要求1—6任意一项所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选料

按质量配比称取各种原料；

S2、混合溶液制备

S3、短切玻璃纤维表面处理

S4、混合搅拌

S5、初料制作

S6、切粒

8.根据权利要求7所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料的制备方法，其特征在于，所述S3中控制搅拌回流10—15min，室温静置11—13h，电热恒温鼓风干燥箱中温度75—83℃。

9.根据权利要求7所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料的制备方法，其特征在于，所述S4中控制混合机高速混合时间为2—10min。

10.根据权利要求7所述的一种净水器集成水路板用聚丙烯增强材料的制备方法，其特征在于，所述S5中控制挤出机的机筒温度为205—210℃，螺杆转速为400—600r/min，真空度为-0.04—0.1MPa。