CN112980076A - 一种托辊用石墨烯耐磨pe复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：石墨烯0.5‑2份，高密度聚乙烯40‑65份，无碱玻璃纤维5‑25份，超高分子量聚乙烯10‑25份，滑石粉3‑8份，胶黏剂1‑3份，接枝剂1‑3份，抗氧剂0.1‑0.5份，光稳定剂0.1‑0.5份，润滑剂0.1‑0.5份；合计100份。对本发明制备得到的托辊用石墨烯耐磨PE复合材料进行性能检测，得到的主要性能数据如下，满足制作托辊制品的基本要求：拉伸强度≥40MPa，断裂伸长率≥10％，弯曲强度≥53MPa，弯曲模量≥2980MPa，相对磨损量≤170mm3。
Description
技术领域
本发明属于高分子加工技术领域，具体涉及一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料及其制备方法。
背景技术
带式输送机又称胶带输送机，被广泛应用于家电、电子、煤矿、建材等领域。托辊是带式输送机的重要部件，种类多，数量大，可以支撑输送带和物料重量。托辊占据一台带式输送机总成本的35％，产生了70％以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。其主要有钢制托辊、陶瓷托辊和塑料托辊。
根据目前的市场反馈，钢制托辊使用过程中有许多缺陷，首先钢制托辊易受到化学腐蚀，且耐磨性能差，造成钢制托辊的寿命短，且钢的密度较大导致了其质量重，所需人力与运输成本高，管理和维护需花费大量的时间。与之相比，塑料托辊由于其质量轻、耐腐蚀、抗冲击、运行噪音低等显著特点，近年来已经成为托辊领域中的主流产品，其中超高分子量聚乙烯托辊最为热门，但由于超高分子量聚乙烯自身流动性差，加工成型困难，易分解等缺点，导致目前超高分子量聚乙烯托辊在生产过程中产率较低。目前，制备石墨烯耐磨PE复合材料相关专利已有报道，CN107652504A将氧化石墨烯加入到邻二氯苯溶液中并进行超声分散30min，再将超高分子量聚乙烯加入到邻二氯苯溶液中，在140℃的条件下进行油浴并进行搅拌、回流等处理，石墨烯与超高分子量聚乙烯的前处理较为繁琐，且处理后的石墨烯与超高分子量聚乙烯材料性能误差较大。CN110564035A选用碳纳米管且添加份数较多，而针对超高分子量聚乙烯的粘度大的缺点则选择添加了份数较多的流动改性剂，易导致复合材料的机械性能降低。
发明内容
针对市面上超高分子量聚乙烯托辊加工成型困难，产率低下的缺点，为解决上述问题，本发明旨在提供一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料及的制备方法，利用石墨烯与超高分子量聚乙烯相近的宏观尺寸，优异的耐磨、机械性能以及化学稳定性，再通过高熔融指数高密度聚乙烯(HDPE)的添加，改善其生产过程中的缺点，具有高强度、高耐磨、耐化学腐蚀、使用寿命长等优点，并且加工工艺简单、制造成本低廉、环保增效，带来较高的社会经济效益。
为了实现上述目的，本发明中所采取的技术方案是：
本发明提供一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：
作为优选，所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：
作为优选，所述石墨烯的比表面积为≥320m2/g，粒径D50为≤45μm，含氧量为2％。
作为进一步优选，所述石墨烯的比表面积为360m2/g，粒径D50为45μm，含氧量为2％；或
所述石墨烯的比表面积为420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％。
作为优选，所述高密度聚乙烯的熔融指数是15-25g/10min，优选为18g/10min。
配方中含有超高分子量聚乙烯，其流动性差不易挤出托辊管材，需要高流动性(即高熔融指数)HDPE进行调节。当熔融指数高于25时，托辊管材尺寸难控制，低于15时无法起到调节熔融指数的作用，均主要体现在管材挤出过程中。
作为优选，所述超高分子量聚乙烯的平均分子量为200-800万，优选分子量为250万。
作为优选，所述无碱玻璃纤维的直径为9微米-14微米，优选为13微米。
作为优选，所述滑石粉的粒径为800-4000目；优选为2000目。
作为优选，所述胶黏剂为EVA；
所述接枝剂为PE-g-MAH；
所述抗氧剂选用的是抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或几种；
所述光稳定剂为UV531、UV770中的一种或几种；
所述润滑剂选用的是硬脂酸锌、硬脂酸钙、EBS中的一种或几种。
本发明还提供上述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1,将石墨烯与超高分子量聚乙烯混合后高速搅拌进行预分散；
S2,再加入除无碱玻璃纤维外的剩余填料和助剂高速搅拌均匀；
S3,将步骤S2获得的混合物料与无碱玻璃纤维混合挤出造粒，得到辊用石墨烯耐磨PE复合材料。
步骤S1进行预分散的目的是由于石墨烯粉体与超高分子量聚乙烯粉体具有相近的微观尺寸，故预分散可以先将这两种原材料分散的较为均匀。
步骤S2进行高速搅拌的目的在于将石墨烯与超高分子量聚乙烯预分散后加入其它助剂再次进行混合搅拌，以达到物料均匀的效果。
无碱玻璃纤维是以连续的纤维线的方式加入。无碱玻璃纤维在体系中起到增强的作用，提升材料的力学强度；微观原理是玻璃纤维和树脂在界面上连接使作力传导到玻璃纤维上，因此玻璃纤维的长度被充分利用，起到树脂增强的目的。
作为优选，所述S1中，所述高速搅拌的速率为350-480rpm，时间为10-35min。
作为优选，所述S2中，所述高速搅拌的速率为350-480rpm，时间为20-30min。
步骤S1和S2中，选择上述参数的目的是为了使得物料混合均匀，理论上当然是时间越长越好，但考虑到实际生产加工，在这个区间内效率最高。
作为优选，所述S3中，所述挤出造粒采用双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为180-210℃、190-230℃、200-230℃、200-235℃、200-235℃、200-235℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃，机头温度为220℃，挤出速率为150-300rpm，喂料速率为15-25rpm。
采用上述参数的理由为：树脂基体为聚乙烯，温度过低塑化不完全，温度过高超高分子量聚乙烯易分解。
本发明的有益效果为：
用本发明中制备的托辊用石墨烯耐磨PE复合材料生产出的托辊可以用于除煤矿外的矿山、化工、码头、盐场等场景。
对本发明中的配方和工艺经过优化后制备得到的托辊用石墨烯耐磨PE复合材料进行性能检测，得到的主要性能数据如下，满足制作托辊制品的基本要求：拉伸强度≥40MPa，断裂伸长率≥10％，弯曲强度≥53MPa，弯曲模量≥2980MPa，相对磨损量≤170mm3。
本发明中的复合材料具有良好的综合性能，与市场上使用的传统托辊相比有不俗的优势，有着良好的应用前景。用发明中的高性能复合材料制作的托辊与传统塑料托辊相比，成本低廉，且加工成型工艺简单，对挤出机要求低，耐磨性能更加优异；与传统陶瓷托辊相比，制作工艺简单，韧性好不易断，重量轻，安装操作过程简单；与传统钢制托辊相比，重量轻，耐腐蚀性抗老化性能优异，使用寿命长。
托辊材料要求具有高强度、高耐磨、防腐蚀、重量轻以及使用寿命长等特点，在目前的市场上，塑料托辊已逐渐成为主流产品，其中，超高分子量聚乙烯由于具有密度小、韧性好以及高耐磨等优点，占据了塑料托辊的大部分市场。但是其存在加工成型困难，强度较低，生产效率低下等缺点，还远远不能满足用作托辊材料的要求，因此需要添加其他的材料进行复合改性，增加它的强度以及解决加工成型的缺点。在本发明中，树脂基体选用的是超高分子量聚乙烯，并且配方中加入石墨烯，先将石墨烯粉体与超高分子量聚乙烯进行预分散，再将高熔融指数高密度聚乙烯(HDPE)作为熔融指数调节剂来制备托辊，并且进行了大规模生产，从而提升基体的力学强度、耐磨性以及改善加工性能；其次加入了无碱玻璃纤维和润滑剂，无碱玻璃纤维不仅能提升PE的力学强度，而且对于其耐磨性能也有提升效果；配方中的高目数滑石粉一方面可以降低材料成本，另一方面对于材料的弯曲强度和耐磨性能都有显著的增强。与传统超高分子量聚乙烯托辊相比较，工艺大大改善，加工成型较为简单，生产效率显著提升。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例4制备的托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的成品图。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均购自常规生化试剂公司。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，将石墨烯与超高分子量聚乙烯通过高速搅拌进行预分散，制备成石墨烯/超高分子量聚乙烯耐磨剂。由于石墨烯具有较大的比表面积，体系中植入石墨烯后，可以形成光滑的磨痕，从而减小接触粗糙峰的压力，降低摩擦接触面间的剪切强度，从而降低物料的摩擦系数；此外，植入石墨烯，在发生摩擦时,基体的石墨烯会被挤出，在磨痕表面形成多层石墨烯润滑膜，由于石墨烯层与层之间较小的剪切强度，可有效降低物料的摩擦系数。由于超高分子量聚乙烯流动性差，难加工，故本发明采取的技术方案是添加高熔融指数高密度聚乙烯(HDPE)复配石墨烯/超高分子量聚乙烯，再添加其他助剂进行共混后挤出造粒，原料组分和重量份配比为：
其中：
石墨烯作为耐磨助剂，可有效降低物料的摩擦系数，选用比表面积为≥320m2/g，粒径D50为≤45μm，石墨烯的含氧量为2％，优选比表面积为420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；或，所述石墨烯的比表面积为360m2/g，粒径D50为45μm，含氧量为2％。
石墨烯的含氧量为氧原子质量占石墨烯总质量的百分比。
高密度聚乙烯作为树脂基体的一种，选用熔融指数是15-25g/10min的，优选为18g/10min。
无碱玻璃纤维是指经过表面处理后的玻璃纤维，其可以沿着树脂基体内部生长，提高基体的抗冲击与弯曲性能，其直径在9微米-14微米，优选为13微米。
超高分子量聚乙烯作为树脂基体的一种，选用平均分子量为200-800万的，优选分子量为250万。
滑石粉作为无机填料，给予树脂基体较高的刚性和抗蠕变性和较好的固体光泽，选用的粒径是800-4000目的，优选为2000目。
胶黏剂作为助剂，通过界面的黏附和内聚等作用，能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起；胶黏剂选用的是EVA。
接枝剂作为助剂，通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性；接枝剂选用的是PE-g-MAH。
抗氧剂作为助剂，可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命，选用的是抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或几种；
光稳定剂作为助剂，可抑制和延缓紫外线对聚合物造成光老化，选用的是UV531、UV770中的一种或几种；
润滑剂作为助剂，是一种降低摩擦阻力、减缓磨损的润滑介质，选用的是硬脂酸锌、硬脂酸钙、EBS中的一种或几种。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备步骤如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以350-480rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为10-35min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以350-480rpm高速搅拌20-30min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入双螺杆挤出机的料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为180-210℃、190-230℃、200-230℃、200-235℃、200-235℃、200-235℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃，机头温度为220℃，挤出速率为150-300rpm，喂料速率为15-25rpm。
实施例1
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯0.5％、高密度聚乙烯60％、无碱玻璃纤维10％、超高分子量聚乙烯15％、滑石粉8％、胶黏剂2.5％、接枝剂3％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。进行制样测试性能，测试结果见表1。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为200rpm，喂料速率为20rpm。
实施例2
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯1％、高密度聚乙烯55％、无碱玻璃纤维15％、超高分子量聚乙烯15％、滑石粉8％、胶黏剂3％、接枝剂2％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。进行制样测试性能，测试结果见表1。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为230rpm，喂料速率为20rpm。
实施例3
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯1.5％、高密度聚乙烯50％、无碱玻璃纤维20％、超高分子量聚乙烯20％、滑石粉3％、胶黏剂2％、接枝剂2.5％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。进行制样测试性能，测试结果见表1。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为280rpm，喂料速率为20rpm。
实施例4
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯2％、高密度聚乙烯50％、无碱玻璃纤维15％、超高分子量聚乙烯25％、滑石粉3％、胶黏剂1％、接枝剂3％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。进行制样测试性能，测试结果见表1。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为230rpm，喂料速率为20rpm。
实施例5
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯0.5％、高密度聚乙烯65％、无碱玻璃纤维5％、超高分子量聚乙烯20％、滑石粉3％、胶黏剂2.5％、接枝剂3％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为150rpm，喂料速率为20rpm。
实施例6
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯1％、高密度聚乙烯61％、无碱玻璃纤维20％、超高分子量聚乙烯10％、滑石粉3％、胶黏剂1％、接枝剂3％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为280rpm，喂料速率为20rpm。
实施例7
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯1.5％、高密度聚乙烯50％、无碱玻璃纤维25％、超高分子量聚乙烯15.5％、滑石粉3％、胶黏剂1％、接枝剂3％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为300rpm，喂料速率为20rpm。
实施例8
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯1.5％、高密度聚乙烯65％、无碱玻璃纤维10％、超高分子量聚乙烯14％、滑石粉3％、胶黏剂2.5％、接枝剂3％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为200rpm，喂料速率为20rpm。
实施例9
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯2％、高密度聚乙烯45％、无碱玻璃纤维20％、超高分子量聚乙烯25％、滑石粉3％、胶黏剂2％、接枝剂2％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为280rpm，喂料速率为20rpm。
实施例10
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯2％、高密度聚乙烯40％、无碱玻璃纤维25％、超高分子量聚乙烯25％、滑石粉3％、胶黏剂1％、接枝剂3％、抗氧剂0.4％、光稳定剂0.2％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min；
无碱玻璃纤维直径为13微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为250万；
滑石粉的粒径为2000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；
光稳定剂为UV531；
润滑剂为EBS。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以400rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为25min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以400rpm高速搅拌25min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃、200℃、200℃，机头温度为220℃，挤出速率为300rpm，喂料速率为20rpm。
实施例11
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯1％、高密度聚乙烯56％、无碱玻璃纤维5％、超高分子量聚乙烯25％、滑石粉8％、胶黏剂3％、接枝剂1％、抗氧剂0.1％、光稳定剂0.4％、润滑剂0.5％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积360m2/g，粒径D50为45μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为15g/10min；
无碱玻璃纤维直径为14微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为200万；
滑石粉的粒径为800目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂1010；
光稳定剂为UV770；
润滑剂为硬脂酸锌。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以350rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为35min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以350rpm高速搅拌30min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为210℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃、235℃、235℃、230℃、230℃，机头温度为220℃，挤出速率为150rpm，喂料速率为15rpm。
实施例12
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量百分比的各组分制备而成：
石墨烯0.5％、高密度聚乙烯40％、无碱玻璃纤维25％、超高分子量聚乙烯25％、滑石粉4％、胶黏剂2％、接枝剂2.5％、抗氧剂0.5％、光稳定剂0.1％、润滑剂0.4％。
其中，石墨烯的参数为：比表面积360m2/g，粒径D50为45μm，石墨烯的含氧量为2％；
高密度聚乙烯的熔融指数为25g/10min；
无碱玻璃纤维直径为9微米；
超高分子量聚乙烯的平均分子量为800万；
滑石粉的粒径为4000目；
胶黏剂为EVA；
接枝剂为PE-g-MAH；
抗氧剂为抗氧剂168；
光稳定剂为UV770；
润滑剂为硬脂酸钙。
本发明的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法如下：
将上述配方中石墨烯与超高分子量聚乙烯准确称取至高速搅拌机中以480rpm的搅拌速率混合搅拌预分散，时间为10min，搅拌完毕后再加入高密度聚乙烯、滑石粉、胶黏剂、接枝剂、抗氧剂、润滑剂与光稳定剂继续以480rpm高速搅拌20min，混合物料搅拌完毕后通过管道进入料仓中，通过控制面板控制双螺杆挤出机的喂料与挤出速率，同时在双螺杆挤出机的加纤口加入一定根数的无碱玻璃纤维，根据无碱玻璃纤维在一定时间内减少的重量确定无碱玻璃纤维的添加比例。物料在双螺杆挤出机中压缩熔融后经过模头进行拉条，再经过冷水槽进行冷却后，进入切粒机中进行切粒。最终制备得到石墨烯耐磨PE复合材料母粒。
其中，双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为200℃、200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃，机头温度为220℃，挤出速率为300rpm，喂料速率为25rpm。
对比例1
本对比例与实施例4的不同之处在于：不加入石墨烯，其余配方和制备方法均与实施例4相同。
对比例2
本对比例与实施例2的不同之处在于：不加入石墨烯，其余配方和制备方法均与实施例2相同。
对比例3
本对比例与实施例4的不同之处在于：用2％炭黑替换2％石墨烯，其余配方和制备方法均与实施例4相同。
对比例4
本对比例与实施例4的不同之处在于：用2％石墨替换2％石墨烯，其余配方和制备方法均与实施例4相同。
对比例5
本对比例与实施例4的不同之处在于：将使用的高密度聚乙烯替换为：熔融指数为18g/10min的高密度聚乙烯和熔融指数为2g/10min的低密度聚乙烯按照1:1的重量比混合的混合物。其余配方和制备方法均与实施例4相同。
分别对实施例1-4以及对比例1-5的样品进行性能测试，测试结果见表1。
表1性能测试表
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：
2.根据权利要求1所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：
3.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述石墨烯的比表面积为≥320m2/g，粒径D50为≤45μm，含氧量为2％；
作为优选，所述石墨烯的比表面积为420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；或，所述石墨烯的比表面积为360m2/g，粒径D50为45μm，含氧量为2％。
4.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述高密度聚乙烯的熔融指数是15-25g/10min，优选为18g/10min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯的平均分子量为200-800万，优选分子量为250万。
6.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述无碱玻璃纤维的直径为9微米-14微米，优选为13微米。
7.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述滑石粉的粒径为800-4000目；优选为2000目。
8.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：
所述胶黏剂为EVA；
所述接枝剂为PE-g-MAH；
所述抗氧剂选用的是抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或几种；
所述光稳定剂为UV531、UV770中的一种或几种；
所述润滑剂选用的是硬脂酸锌、硬脂酸钙、EBS中的一种或几种。
9.根据权利要求1-10任一项所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
S1,将石墨烯与超高分子量聚乙烯混合后高速搅拌进行预分散；
S2,再加入除无碱玻璃纤维外的剩余填料和助剂高速搅拌均匀；
S3,将步骤S2获得的混合物料与无碱玻璃纤维混合挤出造粒，得到辊用石墨烯耐磨PE复合材料。
10.根据权利要求11所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料的制备方法，其特征在于：所述S1中，所述高速搅拌的速率为350-480rpm，时间为10-35min；和/或
所述S2中，所述高速搅拌的速率为350-480rpm，时间为20-30min；和/或
所述S3中，所述挤出造粒采用双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为180-210℃、190-230℃、200-230℃、200-235℃、200-235℃、200-235℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃，机头温度为220℃，挤出速率为150-300rpm，喂料速率为15-25rpm。
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