CN113354947B - 一种高强度高分子聚合物板桩及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种高强度高分子聚合物板桩及其制备方法。本发明包括基材及热压于基材表面的改性硅橡胶树脂料；所述基材主要成分含改性聚乳酸料。所用气相二氧化硅能够有效降低了橡塑‑基材两相间的界面张力，改善两相间的相容性，受到冲击时可有层次的分散应力，强韧的改性硅橡胶网络可以吸收大量能量，少部分能量被内部的基材吸收，能够减少和延缓裂纹，本发明提高了板桩的韧性及抗冲击性能，又不影响打桩作业。

Description

一种高强度高分子聚合物板桩及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及高强度高分子聚合物板桩及其制备方法。
背景技术
板桩是应用于建筑领域的一种基础材料，可用于建造水坝，房屋，防水墙等。传统的水坝建造方式，是用木头、混凝土或铁做成的屏障墙，具有很高的建筑成本。旧的水坝建造方式已经被塑胶板桩方式所取代。塑胶板桩已被成功的研究和应用于美国、英国、加拿大、澳大利亚、法国和其他很多国家的建筑领域中。由于具有材料科技方面的先进开发经验，在代替其他材料用于汽车制造，航空工业，建筑领域和许多其他领域的塑料材料已变得优秀和高效。
现有的塑料板桩虽然有诸多优点，但是，塑料板桩的韧性及抗冲击性能有待提升，在使用时，其底部往往先会先产生裂痕。中间可填充填料的板桩在移除的时候，内壁牢牢粘附填料(如泥土)，产生的粘附力很大，不容易被移除。
发明内容
本发明内容是提供一种高强度高分子聚合物板桩及其制备方法，提高板桩的韧性及抗冲击性能，又不影响打桩作业。
本发明采用了下述技术方案。
一种高强度高分子聚合物板桩，包括基材及热压于基材表面的改性硅橡胶树脂料；所述基材主要成分含改性聚乳酸料。
进一步的，所述改性硅橡胶树脂料的制备：
进一步的，按质量比1：50～70取微粒料与聚乙二醇低聚物混合，并加入混合料质量80～100倍乙醇溶液，超声分散，得分散料，取分散料按质量比5～8：1：50～70加入含硅料、硅橡胶生胶混合，球磨，得球磨料，取球磨料于70～90℃保持，得改性硅橡胶树脂料。
进一步的，所述微粒料：气相二氧化硅、碳酸钙按质量比1：20～50 的组合物。
进一步的，所述聚乙二醇低聚物：甘醇、二甘醇、三甘醇按任意比混合的组合物。
进一步的，所述含硅料：按质量比5～8：1取高乙烯基硅油、硅烷偶联剂KH-550混合，即得含硅料。
一种高强度高分子聚合物板桩的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)按质量比1：50～70取微粒料与聚乙二醇低聚物混合，加入混合料质量乙醇溶液，超声分散，得分散料，取分散料按质量比 5～8：1：50～70加入含硅料、硅橡胶生胶混合，球磨，得球磨料，取球磨料于70～90℃保持，得改性硅橡胶树脂料，备用；
(2)按质量比1：8～14：50取右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、二氯甲烷混合，室温搅拌反应，得聚乳酸料，按质量份数计，取80～100 份聚乳酸料、20～40份聚碳酸酯、6～10份聚甲基丙烯酸甲酯、0.2～0.5 份油料、0.03～0.07份硫杂蒽酮、0.01份辛酸亚锡、0.1～0.4份增韧剂球磨混合，得磨料，取磨料预热至70～200℃后，以紫外光辐射处理，塑形，出料，得基材；
(3)将备用的改性硅橡胶树脂料均匀热压分布于基材表面即可，得到高强度高分子聚合物板桩。
进一步的，所述步骤(2)中的增韧剂：按质量3～7：1取己内酰胺、聚酰亚胺混合，即得增韧剂。
进一步的，所述步骤(2)中的油料：按质量比5～8：1取矿物油、植物油混合，即得按质量比5～8：1取矿物油、植物油混合，即得油料。所含烃类化合物、不饱和脂肪酸类化合物复配，更好的提升内部的相容性。
进一步的，所述步骤(2)中的紫外光辐射处理：采用紫外光波长为200～400nm、功率密度为400～4000mW/cm 2的紫外光源辐射下进行交联，光照2～40s。
进一步的，所述步骤(3)中热压的量为单位面积质量 70～120kg/m2。
本发明有益的效果是：
(1)本发明所用改性硅橡胶树脂料由硅橡胶生胶、聚乙二醇低聚物、含硅料、微粒料等制成，微粒料与硅橡胶生胶具有良好的相容性，稳定提升整体的冲击能量分散能力和吸收能力，使得韧性增大，通过含硅料的偶联作用，使一部分聚乙二醇低聚物接枝到硅橡胶料表面，改善与基材的相容性，同时游离的聚乙二醇低聚物，有助于改性硅橡胶树脂料内部形成能够较好分散外部应力的类核壳结构，固化前相容，固化后分相，整体形成类海岛结构，能够很好的吸收冲击能量，不影响打桩的进行，又能避免板桩底部的破坏；
(2)本发明以右旋聚乳酸与左旋聚乳酸共混，得到聚乳酸料，在溶液混合过程中优先形成立体复合物结晶，可提高材料的强度，其韧性显著高于一般的聚乳酸材料，加入的增韧剂一方面可以限制聚乳酸的结晶，另一方面，辐射交联后得到的弹性粒子有利于引发周围聚乳酸的剪切屈服和形变，这些都有利于提高整体的拉伸和冲击韧性，本发明采用硫杂蒽酮为光催化剂，利用紫外光引发交联反应，较常见热交联的方法，增强了分子链与链之间的结合力，使得整体材料在经受外力及环境温度影响时不易产生变形或发生破坏；另外，紫光辐射交联引进了柔性链段，不产生分相结构，并且相容性好，可在提高韧性的同时稳定提升抗冲击性能；最后通过热压，将改性硅橡胶料热压到基材上组成具有优良力学性能的高强度高分子板桩，气相二氧化硅能够有效降低了橡塑-基材两相间的界面张力，改善两相间的相容性，受到冲击时可有层次的分散应力，强韧的改性硅橡胶网络可以吸收大量能量，少部分能量被内部的基材吸收，能够减少和延缓裂纹；经试验，整体的力学性能良好，弹性模量达到5.1GPa～5.6GPa，拉伸强度达到61.4MPa～65.1MPa，断裂伸长率达到129.3％～134.4％，缺口冲击强度达到3.17kJ/m2～3.31kJ/m2。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高强度高分子聚合物板桩，包括基材及热压于基材表面的改性硅橡胶树脂料；所述基材主要成分含改性聚乳酸料。
一种高强度高分子聚合物板桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比1：50～70取微粒料与聚乙二醇低聚物混合，并加入混合料质量80～100倍的体积分数为70％的乙醇溶液做溶剂，在 55～65Hz条件下进行超声分散3～7min，得分散料，取分散料按质量比5～8：1：50～70加入含硅料、硅橡胶生胶混合后，投入行星式球磨机球磨40～60min，得球磨料，取球磨料于70～90℃保持20～40min，得改性硅橡胶树脂料，备用；
(2)按质量比1：8～14：50取右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、二氯甲烷混合，室温搅拌反应2～3h，得聚乳酸料，按质量份数计，取 80～100份聚乳酸料、20～40份聚碳酸酯、6～10份聚甲基丙烯酸甲酯、 0.2～0.5份油料、0.03～0.07份硫杂蒽酮、0.01份辛酸亚锡、0.1～0.4份增韧剂于球磨机，以350～550r/min球磨混合1～3h，得磨料，取磨料预热至70～200℃后，以紫外光辐射处理，塑形，出料，得基材；
(3)将备用的改性硅橡胶树脂料按单位面积质量70～120kg/m2均匀热压分布于基材表面即可，得到高强度高分子聚合物板桩。
聚乙二醇低聚物：甘醇、二甘醇、三甘醇按任意比混合的组合物。
微粒料：气相二氧化硅、碳酸钙按质量比1：20～50的组合物。
含硅料：按质量比5～8：1取高乙烯基硅油、硅烷偶联剂KH-550 混合，即得含硅料。
增韧剂：按质量3～7：1取己内酰胺、聚酰亚胺混合，即得增韧剂。
油料：按质量比5～8：1取矿物油、植物油混合，即得油料。
所用紫外光波长为200～400nm、功率密度为400～4000mW/cm 2的紫外光源辐射下进行交联，光照2～40s。
实施例1
一种高强度高分子聚合物板桩，包括基材及热压于基材表面的改性硅橡胶树脂料；所述基材主要成分含改性聚乳酸料。
一种高强度高分子聚合物板桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比1：50取微粒料与聚乙二醇低聚物混合，并加入混合料质量80倍的体积分数为70％的乙醇溶液做溶剂，在55Hz条件下进行超声分散3min，得分散料，取分散料按质量比5：1：50 加入含硅料、硅橡胶生胶混合后，投入行星式球磨机球磨40min，得球磨料，取球磨料于70℃保持20min，得改性硅橡胶树脂料，备用；
(2)按质量比1：8：50取右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、二氯甲烷混合，室温搅拌反应2h，得聚乳酸料，按质量份数计，取80份聚乳酸料、20份聚碳酸酯、6份聚甲基丙烯酸甲酯、0.2份油料、0.03 份硫杂蒽酮、0.01份辛酸亚锡、0.1份增韧剂于球磨机，以350r/min 球磨混合1h，得磨料，取磨料预热至70℃后，以紫外光辐射处理，塑形，出料，得基材；
(3)将备用的改性硅橡胶树脂料按单位面积质量70kg/m2均匀热压分布于基材表面即可，得到高强度高分子聚合物板桩。
聚乙二醇低聚物：甘醇、二甘醇按1：1混合的组合物。
微粒料：气相二氧化硅、碳酸钙按质量比1：20的组合物。
含硅料：按质量比5：1取高乙烯基硅油、硅烷偶联剂KH-550 混合，即得含硅料。
增韧剂：按质量3：1取己内酰胺、聚酰亚胺混合，即得增韧剂。
油料：按质量比5：1取矿物油、植物油混合，即得油料。
所用紫外光波长为200nm、功率密度为400～4000mW/cm 2的紫外光源辐射下进行交联，光照20s。
实施例2
一种高强度高分子聚合物板桩，包括基材及热压于基材表面的改性硅橡胶树脂料；所述基材主要成分含改性聚乳酸料。
一种高强度高分子聚合物板桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比1：70取微粒料与聚乙二醇低聚物混合，并加入混合料质量100倍的体积分数为70％的乙醇溶液做溶剂，在65Hz 条件下进行超声分散7min，得分散料，取分散料按质量比8：1：70 加入含硅料、硅橡胶生胶混合后，投入行星式球磨机球磨60min，得球磨料，取球磨料于90℃保持40min，得改性硅橡胶树脂料，备用；
(2)按质量比1：14：50取右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、二氯甲烷混合，室温搅拌反应3h，得聚乳酸料，按质量份数计，取100 份聚乳酸料、40份聚碳酸酯、10份聚甲基丙烯酸甲酯、0.5份油料、 0.07份硫杂蒽酮、0.01份辛酸亚锡、0.4份增韧剂于球磨机，以 550r/min球磨混合3h，得磨料，取磨料预热至200℃后，以紫外光辐射处理，塑形，出料，得基材；
(3)将备用的改性硅橡胶树脂料按单位面积质量120kg/m2均匀热压分布于基材表面即可，得到高强度高分子聚合物板桩。
聚乙二醇低聚物：甘醇、二甘醇、三甘醇按1：1：1混合的组合物。
微粒料：气相二氧化硅、碳酸钙按质量比1：50的组合物。
含硅料：按质量比5：1取高乙烯基硅油、硅烷偶联剂KH-550 混合，即得含硅料。
增韧剂：按质量7：1取己内酰胺、聚酰亚胺混合，即得增韧剂。
油料：按质量比8：1取矿物油、植物油混合，即得油料。
所用紫外光波长为200～400nm、功率密度为400～4000mW/cm 2的紫外光源辐射下进行交联，光照2～40s。
实施例3
一种高强度高分子聚合物板桩，包括基材及热压于基材表面的改性硅橡胶树脂料；所述基材主要成分含改性聚乳酸料。
一种高强度高分子聚合物板桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量比1：60取微粒料与聚乙二醇低聚物混合，并加入混合料质量90倍的体积分数为70％的乙醇溶液做溶剂，在60Hz条件下进行超声分散5min，得分散料，取分散料按质量比6：1：60 加入含硅料、硅橡胶生胶混合后，投入行星式球磨机球磨50min，得球磨料，取球磨料于80℃保持30min，得改性硅橡胶树脂料，备用；
(2)按质量比1：12：50取右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、二氯甲烷混合，室温搅拌反应3h，得聚乳酸料，按质量份数计，取90份聚乳酸料、30份聚碳酸酯、8份聚甲基丙烯酸甲酯、0.3份油料、0.06 份硫杂蒽酮、0.01份辛酸亚锡、0.3份增韧剂于球磨机，以450r/min 球磨混合2h，得磨料，取磨料预热至150℃后，以紫外光辐射处理，塑形，出料，得基材；
(3)将备用的改性硅橡胶树脂料按单位面积质量100kg/m2均匀热压分布于基材表面即可，得到高强度高分子聚合物板桩。
聚乙二醇低聚物：甘醇、二甘醇、三甘醇按1：2：1混合的组合物。
微粒料：气相二氧化硅、碳酸钙按质量比1：40的组合物。
含硅料：按质量比6：1取高乙烯基硅油、硅烷偶联剂KH-550 混合，即得含硅料。
增韧剂：按质量5：1取己内酰胺、聚酰亚胺混合，即得增韧剂。
油料：按质量比7：1取矿物油、植物油混合，即得油料。
所用紫外光波长为400nm、功率密度为400～4000mW/cm 2的紫外光源辐射下进行交联，光照30s。
对比例1：与实施例1的方案基本一致，唯一的不同是采用缺少微粒料。
对比例2：与实施例1的方案基本一致，唯一的不同是缺少增韧剂。
对上述实施例1～3，对比例1、2得到的板桩进行力学性能测试，力学性能测试项目包括拉伸性能测试与冲击性能测试。本发明中所选择的测试方法及执行标准如下：拉伸性能测试执行GB/T 1040-2006，拉伸速率为5mm/min；冲击性能测试执行GB/T 1043-1993，试验结果如下表所示。
Figure BDA0003076006560000101
通过实施例1～3得到的高分子板桩具有优良的力学性能，其中弹性模量达到5.1GPa～5.6GPa，拉伸强度达到61.4MPa～65.1MPa，断裂伸长率达到129.3％～134.4％，缺口冲击强度达到 3.17kJ/m2～3.31kJ/m2。对比例1，2缺少了部分成分都导致了力学性能不同程度的下降。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高强度高分子聚合物板桩，其特征在于，包括基材及热压于基材表面的改性硅橡胶树脂料；所述基材主要成分含改性聚乳酸料；
所述板桩的制备方法包括如下步骤：
（1）按质量比1：50~70取微粒料与聚乙二醇低聚物混合，加入混合料质量乙醇溶液，超声分散，得分散料，取分散料按质量比5~8：1：50~70加入含硅料、硅橡胶生胶混合，球磨，得球磨料，取球磨料于70~90℃保持，得改性硅橡胶树脂料，备用；
（2）按质量比1：8~14：50取右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、二氯甲烷混合，室温搅拌反应，得聚乳酸料，按质量份数计，取80~100份聚乳酸料、20~40份聚碳酸酯、6~10份聚甲基丙烯酸甲酯、0.2~0.5份油料、0.03~0.07份硫杂蒽酮、0.01份辛酸亚锡、0.1~0.4份增韧剂球磨混合，得磨料，取磨料预热至70~200℃后，以紫外光辐射处理，塑形，出料，得基材；
（3）将备用的改性硅橡胶树脂料均匀热压分布于基材表面即可，得到高强度高分子聚合物板桩；
所述步骤（1）中的微粒料：气相二氧化硅、碳酸钙按质量比1：20~50的组合物；
所述步骤（2）中的增韧剂：按质量3~7：1取己内酰胺、聚酰亚胺混合，即得增韧剂。
2.根据权利要求1所述的高强度高分子聚合物板桩，其特征在于，所述步骤（1）中的聚乙二醇低聚物：甘醇、二甘醇、三甘醇按任意比混合的组合物。
3.根据权利要求1所述的高强度高分子聚合物板桩，其特征在于，所述步骤（2）中的油料：按质量比5~8：1取矿物油、植物油混合，即得按质量比5~8：1取矿物油、植物油混合，即得油料。
4.根据权利要求1所述的高强度高分子聚合物板桩，其特征在于，所述步骤（2）中的紫外光辐射处理：采用紫外光波长为 200~400nm、功率密度为400~4000mW/cm 2的紫外光源辐射下进行交联，光照2~40s。
5.根据权利要求1所述的高强度高分子聚合物板桩，其特征在于，所述步骤（3）中热压的量为单位面积质量70~120kg/m2。
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