CN115093636A - 一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及复合材料技术领域，具体公开了一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料及其加工工艺。一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，包括A料与B料，A料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯60‑65份、线性低密度聚乙烯10‑15份、有机硅烷1‑1.03份、引发剂0.02‑0.05份、聚乙烯蜡0.01‑0.02份、硅油0.05‑0.15份、无机填料4‑6份；B料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯70‑80份、有机锡0.2‑0.3份、抗氧剂1.8‑2.2份、聚乙烯蜡1‑2份、硅油0.5‑1份；其制备方法为：将A料与B料单独生产、单独包装，再以一定的配比复合生产复合材料。本申请的复合材料强度高，耐腐蚀性能好。
Description
技术领域
本申请涉及复合材料技术领域，更具体地说，它涉及一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料及其加工工艺。
背景技术
聚乙烯是塑料材料中用量最大的品种，聚乙烯的应用领域十分广阔，用于制造管材是聚乙烯的重要用途之一。
聚乙烯的大分子链是呈线型或支链结构，分子间的范德华力较弱，当温度高或者应力大时，聚乙烯的大分子链容易发生相对滑动，因此聚乙烯的耐环境应力开裂性差，热稳定性差。为了提高聚乙烯的综合性能，使聚乙烯得到更加广泛的应用，人们通常会对聚乙烯进行改性，用硅烷交联剂对聚乙烯进行改性，是常见的改性方法，硅烷交联改性是把线性的聚乙烯分子结构通过交联变成三维的网络结构，即用分子间的化学键来代替范德华力。使聚乙烯的力学性能、耐应力开裂性、热变形、抗变形能力等有一个很大的提升，并使其综合性能得到明显改善。
针对上述相关技术，申请人发现，现有的硅烷改性的聚乙烯复合材料制备的水管，尤其是热水管，耐腐蚀性能较差，在酸碱环境下，腐蚀严重。
发明内容
为了提高热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料的耐腐蚀性能，本申请提供一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料及其加工工艺。
第一方面，本申请提供一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，采用如下的技术方案：
一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，包括A料与B料，
所述A料包括以下重量份原料：
高密度聚乙烯60-65份、线性低密度聚乙烯10-15份、有机硅烷1-1.03份、引发剂0.02-0.05份、聚乙烯蜡0.01-0.02份、硅油0.05-0.15份、无机填料4-6份；
所述B料包括以下重量份原料：
高密度聚乙烯70-80份、有机锡0.2-0.3份、抗氧剂1.8-2.2份、聚乙烯蜡1-2份、硅油0.5-1份。
优选的，所述无机填料包括以下玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧通过采用上述技术方案，高密度聚乙烯的表面硬度高，拉伸强度强，刚性高，且具有优良耐热性和耐酸碱，耐有机溶剂性能，与线性低密度聚乙烯结构相似，将高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯共混不存在基体与增强相的相的界面问题，高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯共混可以提高共混材料的抗拉强度与抗压性能，而无机填料分散在高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯共混体系中，填充共混材料的空隙，并在共混材料的三维网站结构中起到支撑作用，可以提高共混材料在腐蚀环境中的抗拉强度、抗压强度等，提高共混材料的耐腐蚀性能。
优选的，所述无机填料包括以下玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛中的一种或多种化钛中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，玻璃纤维在复合材料基体中形成三维空间交叉结构，部分纤维会发生缠结玻纤，玻纤担起了骨架增强的作用，应力能够直接在玻纤之间传递，分担基体的受力，拉伸强度提高。
晶须硅分散在复合材料基体中，当试样内部的微裂纹发展到含有晶须的微区时，必须将晶须拔出或折断，裂纹才能继续扩展，所以基体内的晶须有阻止裂纹扩展、加速能量逸散的作用。提高复合材料的抗裂性能。
氧化锌与二氧化钛分散在复合材料基体中，填充基体中的孔隙，进一步提高复合材料的强度与耐腐蚀性能。
优选的，所述无机填料中玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛的重量比为：(4-5)：(1-2)：1:1。
通过采用上述技术方案，对无机填料玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛的配比进行限定，使得玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛在复合材料基体中的协同作用发挥到更大的程度，进一步提高复合次材料的强度与耐腐蚀性能。
优选的，所述A料还包括乙烯-丙烯酸共聚物，乙烯-丙烯酸共聚物与线性低密度聚乙烯的重量比为(5-10)：100。
复合材料基体为有机基体，与无机填料之间的结合力较差，添加乙烯-丙烯酸共聚物，乙烯-丙烯酸共聚物是一种热塑性和极高粘结性的聚合物，与聚乙烯和玻璃纤维等无机材料均有良好粘结性，能够将无机填料与基体粘结在一起，载荷能够有效通过基体传递给玻璃纤维，拉伸强度有所提高，而且乙烯-丙烯酸共聚物流动性好，如同胶水将玻璃纤维与基体粘结在一起，载荷能有效传递，复合材料拉伸性能进一步提高。
优选的，所述晶须硅为经过硅烷偶联剂进行表面改性处理的晶须硅。
通过采用上述技术方案，晶须硅与复合材料基体相容性差，用硅烷偶联剂对晶须硅进行表面处理，硅烷偶联剂一端的硅烷可以很好的与晶须硅表面的羟基脱水缩合，使硅烷偶联剂牢固地包覆在晶须硅表面。硅烷偶联剂对晶须硅进行包裹，可以提高晶须硅与复合材料基体的相容性，提高晶须硅与基体的界面结合强度，有利于提高复合材料的强度，
优选的，所述玻璃纤维的直径为8-10μm。
通过采用上述技术方案，在此直径范围内的玻璃纤维可以起到更好的支架作用，更好的传递应力；若直径过细，可能会导致玻璃纤维在基体内断裂，从而使得玻璃纤维上应力的传递中断，甚至可能会造成玻璃纤维过度打结，影响复合材料的整体性能；若直径过粗，可能会造成复合材料内空隙过度，从而降低复合材料的强度。
优选的，所述晶须硅的直径为0.1-0.5μm，所述氧化锌与二氧化钛的粒径为0.05-0.08μm。
通过采用上述技术方案，在复合材料基体内，玻璃纤维起到主要的骨架作用，晶须硅与氧化锌、二氧化钛分散在基体内，对纤维骨架起到补充辅助作用，将晶须硅的直径以及氧化锌与二氧化钛的粒径限定在一个相对较小的范围内，使得晶须硅以及氧化锌与二氧化钛能更好的分散在玻璃纤维的骨架之间，与玻璃纤维骨架相协同，进一步提高复合材料的强度与耐腐蚀性能。
第二方面，本申请提供一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料的加工工艺，采用如下的技术方案：
一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料的加工工艺，包括以下步骤：
1)A料制备
将A料的原料在常温下进行混合，然后挤出、造粒，挤出温度为130℃-220℃，得到可交联母料A，单独包装；
2)B料制备
将B料的原料在常温下进行混合，然后挤出、造粒，挤出温度为140℃-230℃，得到可交联母料B，单独包装；
3)硅烷交联聚乙烯复合材料的制备
母料A与母料B以重量比为(90-95)：5的比例制备硅烷交联聚乙烯复合材料。
通过采用上述技术方案，A料与B料单独制备，按照重量配比单独包装，在制备复合材料是，直接用1包A料与1包B料混合进行制备，简单快捷，对生产设备没有特殊需要，适合工业化生产。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯复配作为复合材料有机基体，并添加无机填料，无机填料分散聚乙烯基体的应力，提高了复合材料的强度与耐腐蚀性能，制得的复合材料的初始抗拉强度可以达到55.61-61.84MPa、初始抗压强度可以达到29.39-32.79MPa；用58％盐酸溶液腐蚀30d后，抗拉强度可以达到51.16-57.01MPa、抗压强度可以达到26.33-29.55MPa；用40％氢氧化钠溶液腐蚀30d后，抗拉强度可以达到50.96-56.79MPa、抗压强度可以达到26.18-29.38MPa。
2、本申请中优选采用加入乙烯-丙烯酸共聚物，提高无机填料与聚乙烯基体之间的界面相容性，提高无机填料与聚乙烯基体的结合强度，从而提高了复合材料强度，制得的复合材料的初始抗拉强度可以达到60.35-61.84MPa、初始抗压强度可以达到31.97-32.79MPa；用58％盐酸溶液腐蚀30d后，抗拉强度可以达到55.59-57.01MPa、抗压强度可以达到28.77-29.55MPa；用40％氢氧化钠溶液腐蚀30d后，抗拉强度可以达到55.37-56.79MPa、抗压强度可以达到28.34-29.38MPa。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料和中间体的制备例
原料
高密度聚乙烯，型号为5021D；
线性低密度聚乙烯，型号为2420H；
有机硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷；
引发剂为过氧化二特丁烷；
聚乙烯蜡，型号为Buddy2020；
抗氧剂，为抗氧剂1010、抗氧剂168；
乙烯-丙烯酸共聚物，型号为3990；
硅烷偶联剂为KH570。
制备例
制备例1
一种改性晶须硅，其制备方法为：
将晶须硅在50℃下烘干2h，将烘干后的晶须硅浸入改性溶液中进行共混，得到混合物，改性溶液为经过丙酮稀释的硅烷偶联剂，丙酮与硅烷偶联剂的体积为2:1；将混合物在60℃下烘干，得到改性晶须硅。
实施例
实施例1-3
一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，其加工工艺为：
1)A料制备
1.1.按照表1原料配比，将A料的原料用SHR－200C型高速混合机的慢速档在常温下进行混合，混料时间为6min；
1.2.然后用SHJ(N)-72型同向双螺杆挤出机进行挤出，料筒温度：(1－2段)130℃，(3－4段)190℃，(5－6段)200℃，(7－8段)210℃，(9－10段)220℃，机头温度210℃，料温，200℃，喂料8Hz，主机转速250rpm；
1.3.水冷，用50℃水进行冷却；
1.4.用L0-200型切粒机进行切粒，切粒速度为200rpm；
1.5.干燥得到可交联母料A，单独包装；
2)B料制备
2.1.按照表1原料配比，将B料的原料用SHR－200C型高速混合机的慢速档在常温下进行混合，混料时间为6min；
1.2.然后用SHJ(N)-72型同向双螺杆挤出机进行挤出，料筒温度：(1－2段)140℃，(3－4段)190℃，(5－6段)200℃，(7－8段)210℃，(9－10段)230℃，机头温度210℃，料温，200℃，喂料15Hz，主机转速250rpm；
1.3.水冷，用50℃水进行冷却；
1.4.用L0-200型切粒机进行切粒，切粒速度为300rpm；
1.5.干燥得到可交联母料B，单独包装；
3)硅烷交联聚乙烯复合材料的制备
母料A与母料B以重量比为95：5的比例挤出、造粒，挤出温度为195℃，熔融混炼出片，开炼温度160℃，模压成型，最后水煮交联，水解时间12h。
实施例1-3原料配比表(kg)
其中，无机填料为玻璃纤维，玻璃纤维的直径为9μm。
实施例4
与实施例2不同的是，实施例4中的无机填料包括重量比为4:1的玻璃纤维与晶须硅，晶须硅的直径为0.1-0.5μm。
实施例5
与实施例4不同的是，实施例5中无机填料包括重量比为4:1:1:1的玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛；氧化锌与二氧化钛的粒径为0.05-0.08μm。
实施例6
与实施例5不同的是，实施例6中无机填料包括重量比为5:2:1:1的玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛。
实施例7
与实施例5不同的是，实施例7中无机填料包括重量比为1:2:2:2的玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛。
实施例8
与实施例5不同的是，实施例8中晶须硅的直径为1.0-2.0μm。
实施例9
与实施例5不同的是，实施例9中晶须硅的直径为0.05-0.1μm。
实施例10
与实施例5不同的是，实施例10中氧化锌与二氧化钛的粒径为0.01-0.03μm。
实施例11-13
与实施例6不同的是，实施例11-13的A料中的还分别包括0.6kg、1.2kg、1.8kg的乙烯-丙烯酸共聚物。
实施例14
与实施例12不同的是，实施例14中用等量来自制备例1的改性晶须硅替换晶须硅。
对比例
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中用等量线性低密度聚乙烯替换高密度聚乙烯。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例2中不含无机填料。
对比例3
与实施例1不同的是，对比例3中无机填料的用量为10kg。
性能检测试验
检测方法/试验方法
先对实施例1-14与对比例1-3中的复合材料的抗拉强度与抗压强度进行检测，记为初始抗拉强度、初始抗压强度；然后将复合材料分别至于58％盐酸溶液中、40％氢氧化钠溶液中处理30d，然后再次检测抗拉强度与抗压强度，检测结果见表2。
表2性能检测结果/MPa
结合实施例1-14和对比例1-3，并结合表2可以看出，实施例1-14中的复合材料的初始抗拉强度以及抗压强度均高于对比例1-3，这说明本申请制得的复合材料在强度方面表现更优；在经过酸碱腐蚀后，实施例1-14中的复合材料的抗拉强度与抗压强度仍然高于对比例1-3，这说明本申请制得的复合材料在经过酸碱腐蚀后，抗拉强度与抗压强度损失较小，有较好的耐腐蚀能力。
结合实施例1与对比例1-3，并结合表2可以看出，对比例1中的聚乙烯只有线性低密度聚乙烯，对比例2中不含无机填料，对比例3中无机填料超出本申请限定范围，而相较于实施例，对比例1-3中的复合材料的初始抗压强度与抗压强度、酸碱腐蚀后的抗拉强度与抗压强度均降低，其中初始抗压强度与抗拉强度降低不明显，而酸碱腐蚀后的复合材料的抗拉强度与抗压强度明显大幅度降低，这可能是因为高密度聚乙烯与无机填料协同作用，提高了复合材料的抗压强度与抗压强度以及耐腐蚀性能。
结合实施例6与实施例11-13，并结合表2可以看出，实施例11-13中添加了乙烯-丙烯酸共聚物，则相对于实施例6，实施例11-13中的复合材料的初始抗压强度与抗压强度、酸碱腐蚀后的抗拉强度与抗压强度均升高，这可能是因为乙烯-丙烯酸共聚物的加入，提高了无机填料与聚乙烯基体之间的界面相容性，提高无机填料与聚乙烯基体的结合强度，从而提高了复合材料强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，包括A料与B料，其特征在于：
所述A料包括以下重量份原料：
高密度聚乙烯60-65份、线性低密度聚乙烯10-15份、有机硅烷1-1.03份、引发剂0.02-0.05份、聚乙烯蜡0.01-0.02份、硅油0.05-0.15份、无机填料4-6份；
所述B料包括以下重量份原料：
高密度聚乙烯70-80份、有机锡0.2-0.3份、抗氧剂1.8-2.2份、聚乙烯蜡1-2份、硅油0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，其特征在于：所述无机填料包括以下玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，其特征在于：所述无机填料中玻璃纤维、晶须硅、氧化锌、二氧化钛的重量比为：（4-5）：（1-2）：1:1。
4.根据权利要求3所述的一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，其特征在于：所述A料还包括乙烯-丙烯酸共聚物，乙烯-丙烯酸共聚物与线性低密度聚乙烯的重量比为（5-10）：100。
5.根据权利要求3所述的一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，其特征在于：所述晶须硅为经过硅烷偶联剂进行表面改性处理的晶须硅。
6.根据权利要求3所述的一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维的直径为8-10μm。
7.根据权利要求6所述的一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料，其特征在于：所述晶须硅的直径为0.1-0.5μm，所述氧化锌与二氧化钛的粒径为0.05-0.08μm。
8.一种权利要求1-7任一所述的热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）A料制备
将A料的原料在常温下进行混合，然后挤出、造粒，挤出温度为 130℃-220℃，得到可交联母料A，单独包装；
2）B料制备
将B料的原料在常温下进行混合，然后挤出、造粒，挤出温度为 140℃-230℃，得到可交联母料B，单独包装；
3）硅烷交联聚乙烯复合材料的制备
母料A与母料 B以重量比为（90-95）：5的比例制备硅烷交联聚乙烯复合材料。
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|---|---|---|---|
| CN202210870429.0A CN115093636A (zh) | 2022-07-23 | 2022-07-23 | 一种热水管用硅烷交联聚乙烯复合材料及其加工工艺 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2022
- 2022-07-23 CN CN202210870429.0A patent/CN115093636A/zh active Pending
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