CN113234267A - 一种石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，按质量分数计，包含以下组分：HDPE：50‑90份、EVA：5‑20份、纳米填料：5‑20份、石墨烯：5‑10份、相容剂：1‑8份、紫外吸收剂：0.2‑1份、抗氧剂：0.3‑1份、焊接增强添加剂：0.5‑5份、加工助剂：0.3‑1份和色粉：1‑2份；方法包括：高速混合、熔融挤出。本发明的蜂格格室材料能够伸缩自如，运输过程中可折叠，施工过程中可张拉成具有蜂窝状结构的立体网格，填入混凝土、碎石、残渣、泥土等物料，形成一种具有大刚度和强大侧向限制力的结构体；本发明的蜂格格室材料具有良好的力学性能、地形适应性、长期耐久性、环保性等特点，广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。

Description

一种石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法。
背景技术
聚烯烃蜂格格室产品是由改性聚烯烃为原料经挤出成型分切再超声焊接而成的、展开后呈立体蜂窝状结构的土工合成材料。由于蜂格格室的生产流程长、成型工序多、应用环境复杂多变等特点，因此，对生产该产品的原材料及产品有更高的要求，其中不乏需要焊接组合在一起的零件，超声波振动摩擦焊由于焊接设备及焊接工艺简单、易操作、成本低，被广泛用于聚烯烃材料的焊接操作。由于材料的颜色不同，色粉体系及色粉成分都有区别，尤其是黑色材料中的炭黑成分较浅色材料中的钛白粉成分的热吸收能力强，影响到材料焊接表面熔化热量的不同，进而导致焊接面材料熔化程度、焊接深度及焊接强度的差异，浅色材料焊接强度明显低于黑色材料。
通常情况下，可以通过增加焊接时间、增大超声波振频、延长焊接时间等方式增大焊接面焊接强度，但是在某些特殊情况下，焊接设备无法根据不同材料进行不同的工艺设置，当材料焊接强度无法满足设计要求时，需要从材料角度进行适当的调整，实现在超声波焊接过程中，提高损耗模量，增大焊接面材料的熔化程度，进而增加焊接深度及焊接强度。而石墨烯的低密度，大比表面积和优秀的导热性能，其作为增强相可以显著提高材料表面的熔化程度，进而提高焊接强度。
发明内容
1.需要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，解决现有蜂格格室材料力学性能较差的问题。
2.技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料，按质量分数计，包含以下组分：HDPE：50-90份、EVA：5-20份、纳米填料：5-20份、石墨烯：5-10份、相容剂：1-8份、紫外吸收剂：0.2-1份、抗氧剂：0.3-1份、焊接增强添加剂：0.5-5份、加工助剂：0.3-1份和色粉：1-2份。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的HDPE树脂选择大庆石化5000S、乐天化学MF5000、抚顺石化FHF7750M和韩国SK3301中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的EVA选择韩华1826、2020，塞拉尼斯1210和舒尔曼N1003中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的纳米填料选择纳米滑石粉、纳米硫酸钡、纳米云母和纳米纤维中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的石墨烯选择还原石墨烯和薄层石墨烯中的一种或多种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所诉的相容剂为PE接枝马来酸酐(KT-12B)、硅烷偶联剂(KH560)和铝酸酯偶联剂(DL-411)中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的紫外吸收剂是受阻胺类紫外吸收剂770、622、944、苯并三氮唑UVP和二羟基二苯甲酮UV531中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的抗氧剂是由受阻酚类主抗氧剂1010、1790、3114、1076，亚磷酸酯类辅抗氧168、626中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的焊接增强添加剂是活化氧化镁、氧化钙和氧化锌中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的加工助剂为硬脂酰胺类润滑剂、EBS、硬脂酸和硬脂酸钙中的一种或几种。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其中，所述的色粉为无机色粉。
本发明同时公开了一种石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤1，高速混合：采用高速混合机将HDPE树脂、EVA增韧剂、紫外吸收剂、抗氧剂协、石墨烯、加工辅料进行充分混合以一定质量百分比进行混料，以使HDPE树脂和辅料均匀共混。
步骤2，熔融挤出：使用全自动双螺杆配混挤出机对混合后的物料进行熔融挤出，挤出过程中，调节主机转速、喂料速度、切料速度三者之间的速度配比，使改性HDPE样条均匀平滑的挤出、造粒。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料的制备方法，其中，所述步骤1的高速混合混料时间为3-5min。
上述的石墨烯复合高焊接强度蜂格格室材料的制备方法，其中，所述步骤2的熔融挤出机的参数设置为一区温度为170-180℃，二区温度为170-185℃，三区温度为175-190℃，四区温度为175-200℃，五区温度为175-210℃，六区温度为175-210℃，七区温度为175-210℃，八区温度为175-210℃，九区温度为175-210℃，机头温度为175-210℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20HZ。
3.有益效果
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的蜂格格室材料能够伸缩自如，运输过程中可折叠，施工过程中可张拉成具有蜂窝状结构的立体网格，填入混凝土、碎石、残渣、泥土等物料，形成一种具有大刚度和强大侧向限制力的结构体；
(2)本发明的蜂格格室材料具有良好的力学性能、地形适应性、长期耐久性、环保性等特点，广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。
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。
实施例1：
Figure BDA0002887931370000051
将HDPE5000S树脂、EVA1826、紫外吸收剂770、抗氧剂1010/168、石墨烯、加工辅料以一定质量百分比进行混料，经高混机混合3-8min，以使基体树脂和辅料混合均匀。将混合好的物料由料斗加入到双螺杆挤出机中对混合后的物料进行熔融挤出，挤出过程中，调节主机转速、喂料速度、切料速度三者之间的速度配比，使改性HDPE材料均匀平滑的挤出、造粒。其中料筒温度设为：前段175℃，中段185℃，后段190℃，机头温度200℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20HZ。
实施例2：
Figure BDA0002887931370000061
工艺条件如实施例1
实施例3：
Figure BDA0002887931370000062
Figure BDA0002887931370000071
工艺条件如实施例1
对比例1：
Figure BDA0002887931370000072
工艺条件如实施例1
对比例2：
Figure BDA0002887931370000073
Figure BDA0002887931370000081
工艺条件如实施例1
对比例3：
Figure BDA0002887931370000082
性能测试：
将实施列与对比列制得的HDPE改性材料进行性能测试，数据如下：
高超声波焊接强度蜂格格室材料性能
Figure BDA0002887931370000091
实施结果显示，石墨烯的加入可以提高材料的损耗模量，增大焊接面材料的熔化程度，进而增加焊接深度及焊接强度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种石墨烯复合的高超声波焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其特征在于将HDPE、增韧剂EVA、纳米填料、石墨烯、抗氧剂、紫外吸收剂、焊接增强添加剂以及加工辅料等混合构成，其中按重量100份数计，包括：HDPE：50-90份，EVA：5-20份，纳米填料：5-20份，石墨烯：5-10份，相容剂：1-8份，紫外吸收剂：0.2-1份，抗氧剂：0.3-1份，焊接增强添加剂：0.5-5份；加工助剂：0.3-1份，色粉：1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所述的HDPE树脂选择大庆石化5000S、乐天化学MF5000、抚顺石化FHF7750M、韩国SK3301一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所述的EVA选择韩华1826、2020，塞拉尼斯1210，舒尔曼N1003一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所诉的纳米填料选择纳米滑石粉、纳米硫酸钡、纳米云母、纳米纤维一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所诉的石墨烯选择还原石墨烯、薄层石墨烯。
6.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所诉的相容剂为PE接枝马来酸酐(KT-12B)、硅烷偶联剂(KH560)、铝酸酯偶联剂(DL-411)一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所述的紫外吸收剂是受阻胺类紫外吸收剂770、622、944、苯并三氮唑UVP和二羟基二苯甲酮UV531一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所述的抗氧剂是由受阻酚类主抗氧剂1010、1790、3114、1076，亚磷酸酯类辅抗氧168、626一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所述的焊接增强添加剂是活化氧化镁、氧化钙、氧化锌一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所述的加工助剂为硬脂酰胺类润滑剂、EBS、硬脂酸、硬脂酸钙一种或几种。
11.根据权利要求1所述的一种蜂格格室材料，其特征在于，所述的色粉为无机色粉一种或几种。
12.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合的高超声波焊接强度蜂格格室材料及其制备方法包括以下步骤：
高速混合：采用高速混合机将HDPE树脂、EVA增韧剂、紫外吸收剂、抗氧剂协、石墨烯、加工辅料进行充分混合以一定质量百分比进行混料，以使HDPE树脂和辅料均匀共混。
熔融挤出：使用全自动双螺杆配混挤出机对混合后的物料进行熔融挤出，挤出过程中，调节主机转速、喂料速度、切料速度三者之间的速度配比，使改性HDPE样条均匀平滑的挤出、造粒。
13.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合的高超声波焊接强度蜂格格室材料及其制备方法，其特征在于，高速混合步骤中混料时间为3-5min。
14.根据权利要求1所述的一种老化蜂格格室材料及其制备方法，其特征在于，熔融挤出步骤中挤出机的参数设置为一区温度为170-180℃，二区温度为170-185℃，三区温度为175-190℃，四区温度为175-200℃，五区温度为175-210℃，六区温度为175-210℃，七区温度为175-210℃，八区温度为175-210℃，九区温度为175-210℃，机头温度为175-210℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20HZ。
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