CN113045809A - 聚乙烯黑色母粒在hdpe塑料格栅中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用，属于基建工程材料领域。应用时，按重量份数计，将挤出级HDPE与聚乙烯黑色母粒按照100：5.5混合均匀，单螺杆熔融共混造粒后，注塑样条，所得样条拉伸强度大于等于24MPa，200℃氧化诱导期大于等于70min，炭黑分散度为1.5‑2.5级。将制备得到的聚乙烯黑色母粒用于HDPE塑料格栅中，能够有效提高塑料格栅的力学强度，且由于黑色母粒添加抗热氧老化助剂，塑料格栅的使用寿命也得到了有效延长。

Description

聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用
技术领域
本发明属于基建工程材料领域，尤其涉及一种聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用。
背景技术
土工格栅常用于各种堤坝和路基补强、边坡防护、洞壁补强、大型机场、停车场、码头货场等永久性承载的地基补强，这就要求材料耐老化、强度高、抗刺穿性好，柔软性、可焊接性好，以适用各种复杂的施工现场及恶劣环境。目前土工格栅应用最广泛的材料是聚丙烯(PP)或高密度聚乙烯(HDPE)，使用时常通过添加合适比例的炭黑、助剂等对其进行改性，以达到各种工程对塑料土工格栅的要求。
目前格栅生产工艺多采用向原料树脂中添加功能黑色母粒共混挤出的方式，来满足格栅对环保、防老化等的要求。但传统配方工艺生产的黑色母粒，一般采用LLDPE或LDPE作为载体基材，并添加一定比例聚乙烯蜡、硬脂酸等低分子物分散剂，所得母粒存在低分子物析出、对格栅力学强度影响大等问题。中国发明专利CN103131071A公开了一种交联剂改性聚乙烯土工格栅及其制造方法，在制备黑色母粒的过程中，是以传统的LLDPE载体掺杂部分HDPE，通过向其中添加聚乙烯交联剂、聚乙烯交联助剂和稳定剂的方式，提高土工格栅的强度。上述方案中，尽管土工格栅的强度得到了一定的提升，但是通过化学交联等方式完成的，导致配方复杂、工艺可控性不强，不利于工业化推广。
发明内容
本发明针对上述塑料格栅中黑色母粒使用过程中存在的技术问题，提出一种聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用。将该聚乙烯黑色母粒用于HDPE塑料格栅中，能够有效保持产品的力学强度，通过添加热氧老化助剂，提高制品抗老化性能，延长塑料格栅的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用。
作为优选，按重量份数计，所述聚乙烯黑色母粒配方如下：HDPE100份，炭黑70-95份，复合抗氧剂2-7份。
作为优选，所述HDPE的熔体流动速率为5-50g/10min，所述炭黑粒径≤25nm，所述复合抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168复配。
作为优选，HDPE的熔体流动速率为5-30g/10min，炭黑粒径为20-25nm，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为10:1-1:1。
作为优选，所述聚乙烯黑色母粒的制备方法如下：将HDPE、炭黑和复合抗氧剂加入密炼机组中，得到混合均匀的共混物，将共混物通过挤出机熔融挤出造粒，即得到聚乙烯黑色母粒；其中，混炼温度为90-220℃，混炼机主机转速为200-600r/min，喂料量200-400kg/h。
作为优选，所述密炼机组为转子直径为110mm的连续混炼式密炼机组，混炼温度设定为130℃，混炼机主机转速为400r/min，喂料量300kg/h。
作为优选，应用时，按重量份数计，将挤出级HDPE与聚乙烯黑色母粒按照100：5.5混合均匀，单螺杆熔融共混造粒后，注塑样条，所得样条拉伸强度大于等于24MPa，200℃氧化诱导期大于等于70min，炭黑分散度为1.5-2.5级。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明通过配方的优选，使制备得到的黑色母粒除具备良好的分散性和抗紫外线性能外，还具备良好的抗热氧老化性能。将制备得到的聚乙烯黑色母粒用于HDPE塑料格栅中，与常规黑色母粒比较，能够有效保持塑料格栅的力学强度。且由于黑色母粒添加抗热氧老化助剂，和炭黑的抗紫外线老化功能相结合，塑料格栅的使用寿命也得到了有效延长。在生产过程中采用自动化计量，粉尘飞扬小，工艺简单能耗低，利于工业化推广。
具体实施方式
下面将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做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。
本发明实施例提供了一种聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用。应用时，按重量份数计，将挤出级HDPE7000F与聚乙烯黑色母粒按照100：5.5混合均匀，单螺杆熔融共混造粒后，注塑样条，所得样条拉伸强度大于等于24MPa，200℃氧化诱导期大于等于70min，炭黑分散度为1.5-2.5级。
在一可选实施例中，按重量份数计，所述聚乙烯黑色母粒配方如下：HDPE100份，炭黑70-95份，复合抗氧剂2-7份；所述HDPE的熔体流动速率为5-50g/10min，所述炭黑粒径≤25nm，所述复合抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168复配。在上述实施例中，选用HDPE为载体树脂，熔体流动速率在一定程度上表征树脂的分子量大小，熔体流动速率越高树脂分子量越小，树脂力学强度越低。为保证分散性和力学性能平衡，选择载体熔体流动速率为5-50g/10min，优先选择5-30g/10min；因炭黑粒径越小分散性越差，为保证分散性和抗紫外线性能的平衡，该色母所用炭黑粒度≤25nm，优先选择粒径20-25nm；抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为10:1-1:1，优选比例为2:1，添加热氧老化助剂，用以保证塑料格栅良好的热氧老化性能。
在一可选实施例中，所述聚乙烯黑色母粒的制备方法如下：将HDPE、炭黑和复合抗氧剂加入密炼机组中，得到混合均匀的共混物，将共混物通过挤出机熔融挤出造粒，即得到聚乙烯黑色母粒；其中，混炼温度为90-220℃，混炼机主机转速为200-600r/min，喂料量200-400kg/h。上述实施例中，在所述温度、转速和喂料量范围内，本领域技术人员可以灵活调整工艺参数，例如，混炼温度还可以为110℃、130℃、150℃、170℃、190℃和210℃等，助剂转速还可以为300r/min、400r/min和500r/min，喂料量可以为250kg/h、300kg/h和350kg/h，或在所述范围内的其他任意点值，均不影响聚乙烯黑色母粒的制备。配料时采用失重秤自动计量，和常规人工计量相比较，计量精准，产品稳定性好。并且采用密闭操作，粉尘飞扬小，环境改善。
在一优选实施例中，所述密炼机组为转子直径为110mm的连续混炼式密炼机组，混炼温度设定为130℃，混炼机主机转速为400r/min，喂料量300kg/h。上述实施例中，采用连续混炼式密炼机组进行混炼，与间歇式密炼机相比，生产连续，并且易于自动化操作，产品稳定性好；在所述条件下，可以得到拉伸强度最高、氧化诱导期最长的产品。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
聚乙烯黑色母粒配方：HDPE100份，炭黑84.6份，复合抗氧剂3.4份；HDPE熔体流动速率8g/10min树脂，炭黑粒径24nm，复合抗氧剂品种为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比2:1进行复配。
配料条件：采用失重秤自动计量。
工艺条件：采用转子直径为110mm的连续混炼式密炼机组，混炼温度设定为130℃，混炼机主机转速为400r/min，喂料量300kg/h。
样品制备：选定挤出级HDPE7000F和制得母料按照100:5.5重量份混合均匀，单螺杆熔融共混造粒后，注塑样条。
实施例2
聚乙烯黑色母粒配方：HDPE100份，炭黑84.6份，复合抗氧剂3.4份；HDPE熔体流动速率20g/10min树脂，炭黑粒径24nm，复合抗氧剂品种为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比2:1进行复配。
其余与实施例1相同。
实施例3
聚乙烯黑色母粒配方：HDPE100份，炭黑84.6份，复合抗氧剂3.4份；HDPE熔体流动速率20g/10min树脂，炭黑粒径20nm，复合抗氧剂品种为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比2:1进行复配。
其余与实施例1相同。
实施例4
聚乙烯黑色母粒配方：HDPE100份，炭黑89份，复合抗氧剂5份；HDPE熔体流动速率20g/10min树脂，炭黑粒径20nm，复合抗氧剂品种为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比2:1进行复配。
其余与实施例1相同。
实施例5
聚乙烯黑色母粒配方：与实施例1相同。
工艺条件：采用转子直径为110mm的连续混料式密炼机组，混炼温度设定为110℃，混炼机主机转速为200r/min，喂料量200kg/h。
样品制备：与实施例1相同。
实施例6
聚乙烯黑色母粒配方：与实施例1相同。
工艺条件：采用转子直径为110mm的连续混料式密炼机组，混炼温度设定为220℃，混炼机主机转速为600r/min，喂料量400kg/h。
样品制备：与实施例1相同。
对比例1
聚乙烯黑色母粒配方：LLDPE100份，炭黑91.8份，硬脂酸盐1.8份，聚乙烯蜡10份；LLDPE选择熔体流动速率2g/10min和20g/10min的树脂按质量比1:2进行复配，炭黑粒径24nm；复合抗氧剂品种为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比2:1进行复配。
其余与实施例1相同。
对比例2
聚乙烯黑色母粒配方：LLDPE 100份，炭黑84.6份，复合抗氧剂3.4份；LLDPE熔体流动速率25g/10min树脂，炭黑粒径24nm，复合抗氧剂品种为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比2:1进行复配。
其余与实施例1相同。
性能测试
将实施例与对比例得到的样品进行性能测试，其中，按照GB/T 1040测试拉伸屈服强度；按照GB/T 13021测试氧化诱导期；按照GB/T 18251测试炭黑分散度；按照GB/T 13021测试炭黑含量。具体数据结果如表1所示。
表1.实施例与对比例数据对比
测试项目 拉伸强度/MPa 氧化诱导期(200℃)/min 炭黑分散度/级 炭黑含量/％
实施例1 24.5 79 2.1 2.24
实施例2 24.7 83 1.7 2.27
实施例3 24.5 77 2.4 2.20
实施例4 23.9 95 2.3 2.20
实施例5 24.0 81 2.5 2.17
实施例6 24.1 71 2.5 2.19
对比例1 22.8 33 2.7 2.24
对比例2 22.6 69 2.5 2.20
通过上述数据对比说明，本发明的专用母粒和传统配方对比，拉伸强度显著提升，氧化诱导期大大延长，炭黑分散度也得到有效改善，可在复杂恶劣环境条件下长时间保持塑料格栅的使用性能，节约工程成本。

Claims (7)

1.聚乙烯黑色母粒在HDPE塑料格栅中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，按重量份数计，所述聚乙烯黑色母粒配方如下：HDPE100份，炭黑70-95份，复合抗氧剂2-7份。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述HDPE的熔体流动速率为5-50g/10min，所述炭黑粒径≤25nm，所述复合抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168复配。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，HDPE的熔体流动速率为5-30g/10min，炭黑粒径为16-25nm，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为10:1-1:1。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的应用，其特征在于，所述聚乙烯黑色母粒的制备方法如下：将HDPE、炭黑和复合抗氧剂加入密炼机组中，得到混合均匀的共混物，将共混物通过挤出机熔融挤出造粒，即得到聚乙烯黑色母粒；其中，混炼温度为90-220℃，混炼机主机转速为200-600r/min，喂料量200-400kg/h。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述密炼机组为转子直径为110mm的连续混炼式密炼机组，混炼温度设定为130℃，混炼机主机转速为400r/min，喂料量300kg/h。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，应用时，按重量份数计，将挤出级HDPE聚乙烯和黑色母粒按照100：5.5混合均匀，单螺杆熔融共混造粒后，注塑样条，所得样条拉伸强度大于等于24MPa，200℃氧化诱导期大于等于70min，炭黑分散度为1.5-2.5级。
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