CN115197490A - 一种船用增强聚乙烯材料、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船用增强聚乙烯材料、制备方法及应用,按照重量份数,包括如下组分:高密度聚乙烯80‑100份、低密度聚乙烯10‑20份、改性纳米碳纤维1‑10份、改性纳米芳纶纤维2‑10份、改性纳米氮化硅纤维1‑10份、炭黑聚乙烯母料10‑50份、UV聚乙烯母料5‑20份、氯化聚乙烯10‑20份、增韧剂1‑4份、聚乙烯蜡1‑5份。本发明材料高温下机械性能提升幅度约60%;材料温度在90℃以上机械性能仍能满足船舶结构的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性聚乙烯复合材料,特别涉及一种船用增强聚乙烯材料、制备方法及应用。
背景技术
我国渔业船舶发展现状为:小型渔船多,大型船舶少;木质渔船多,钢质渔船少。目前,国内长15m以下的各类小型渔业船舶大多数都是木船,少数为铁船和玻璃钢船等,随着国家对低碳、节能、环保的日益重视,对水环境防污染要求的不断提高,以及用户对小型渔业船舶使用要求的提升,耐腐蚀、耐碰撞的聚乙烯船开始崭露头角,这种环保特性最好的新型船舶,有望成为小型渔业船舶领域替代木船、铁船和玻璃钢船的新一代船舶。
聚乙烯船体目前主要有两种加工成型工艺:一是直接滚塑成型,二是先加工成聚乙烯板材后通过焊接形成船体结构。
滚塑工艺整体一次成型,无接缝,无内应力,不易变形,但受模具限制较大,船壳厚度小,无法建造长度大于12米的船舶。现有技术中长度12米以下的船舶使用海况较低,通常不超过2级海况,限制聚乙烯船舶的适合工况和使用范围,成为聚乙烯船舶推广的主要障碍。
焊接成型所用板材为加压挤出,船体经模块化热成型,组装焊接而成,工艺简单,投资少,成本低,船型设计灵活,可做的更大;船舶整体强度,耐腐蚀,耐环境能力优于滚塑成型船舶。
现有技术中一些特殊需求,如在保证高强度的情况下,减轻船舶重量,对聚乙烯材料提出了新的挑战。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点和不足,本发明的目的首先是提供一种质量轻、增强的船用聚乙烯材料。
本发明的目的通过下述技术方案来实现:
一种船用增强聚乙烯材料,按照重量份数,包括如下组分:高密度聚乙烯80-100份、低密度聚乙烯10-20份、改性纳米碳纤维1-10份、改性纳米芳纶纤维2-10份、改性纳米氮化硅纤维1-10份、炭黑聚乙烯母料10-50份、UV聚乙烯母料5-20份、氯化聚乙烯10-20份、增韧剂1-4份、聚乙烯蜡1-5份。
优选的是,高密度聚乙烯为伊朗石化HD7000F;低密度聚乙烯为燕山石化5200B。
优选的是,改性纳米碳纤维为表面经氧等离子体处理过的纳米碳纤维,改性纳米芳纶纤维经硅烷偶联剂改性得到,改性纳米氮化硅纤维采用聚丙烯酰氯对纳米氮化硅纤维接枝改性。
优选的是,炭黑聚乙烯母料中炭黑含量40-65%。
优选的是,UV聚乙烯母料中光稳定剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.2-0.4%,抗氧剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.1-0.3%,硅烷偶联剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.1-0.6%;光稳定剂为光稳定剂UV-326;抗氧剂为抗氧剂1001。
优选的是,增韧剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯(接枝率≥0.5%)。
优选的是,氯化聚乙烯的数均分子量为8000-120000。
本发明还提供制备上述船用增强聚乙烯材料的方法,将各组分加入双螺杆挤出机中挤出,水冷拉条切粒。
本发明还提供采用上述船用增强聚乙烯材料制造船的方法,包括如下步骤:
将所述材料加入挤出机中,采用高压挤出的方式生产出所需要的板材,根据船的外形和尺寸,切割,对所有构件预热弯曲,利用焊条加热焊接成型。
造板工艺中,优选的是,造板挤出机的螺杆采用螺杆长径比30-42;
优选的是,造板挤出机的螺杆采用几何压缩比4-4.5;
优选的是,造板挤出机的螺杆采用螺旋升角18°-19°5′;
优选的是,造板挤出机的挤出模头流道纵向截面最大曲率<0.1;
优选的是,造板挤出机的挤出模头内表面粗糙度Ra值<0.3μm;
优选的是,造板挤出机的成型断面为圆角矩形,圆角半径为成型板厚的1/8;
优选的是,造板挤出机的料筒前中后三段温度分别为220-230℃、220-260℃、180-200℃;
优选的是,造板挤出机的冷却段为上下双排压辊+水冷组合;
优选的是,以压辊作为散热片,压辊内流通冷却水的方式进行水冷;
优选的是,全部压辊的总额定冷却水流量11.2-14.7m3/h。
船舶建造工艺中,优选的是,构件预热温度为120-135℃,预热保温时间为1-1.5h;
优选的是,焊接方式为前置热风+熔融挤出,进行压力焊接的方式;
优选的是,焊条熔融温度为275-295℃;
优选的是,熔融焊条与待焊接件的接触压力为0.15-0.17MPa;
优选的是,热风的温度为315-330℃;
优选的是,热风的流量为6.5-7L/s;
优选的是,热风出风嘴的截面形状为∞型,面积为5-7cm2;
优选的是,焊接速度为1-1.2m/min。
本发明的有益效果:
1)本发明船用增强聚乙烯材料密度0.92-0.94g/cm3,强度高;
2)常规聚乙烯高温下会发生俗称发软的现象,除韧性以外的各项机械性能均会大幅下降,本发明材料高温下机械性能提升幅度约60%;
3)提高温度使用上限,常规聚乙烯通常到60℃,其机械性能就无法满足船舶结构的要求,本发明的材料温度在90℃以上机械性能仍能满足船舶结构的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的生产方法作进一步详细说明。
以下实施例中:
高密度聚乙烯为伊朗石化HD7000F;
低密度聚乙烯为燕山石化5200B;
光稳定剂为光稳定剂UV-326;
抗氧剂为抗氧剂1001。
增韧剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯(接枝率≥0.5%)。
氯化聚乙烯的数均分子量为8000-120000。
改性纳米碳纤维为表面经氧等离子体处理过的纳米碳纤维,改性纳米芳纶纤维经硅烷偶联剂改性得到,改性纳米氮化硅纤维采用聚丙烯酰氯对纳米氮化硅纤维接枝改性。
实施例1
一种船用增强聚乙烯材料,按照重量份数,包括如下组分:高密度聚乙烯100份、低密度聚乙烯10份、改性纳米碳纤维10份、改性纳米芳纶纤维2份、改性纳米氮化硅纤维1份、炭黑聚乙烯母料10份、UV聚乙烯母料5份、氯化聚乙烯10份、增韧剂4份、聚乙烯蜡5份。将各组分加入双螺杆挤出机中挤出,水冷拉条切粒。
炭黑聚乙烯母料中炭黑含量65%。UV聚乙烯母料中光稳定剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.2%,抗氧剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.1%,硅烷偶联剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.1%。
实施例2
一种船用增强聚乙烯材料,按照重量份数,包括如下组分:高密度聚乙烯80份、低密度聚乙烯20份、改性纳米碳纤维1份、改性纳米芳纶纤维2份、改性纳米氮化硅纤维1份、炭黑聚乙烯母料10份、UV聚乙烯母料20份、氯化聚乙烯10份、增韧剂1份、聚乙烯蜡1份。将各组分加入双螺杆挤出机中挤出,水冷拉条切粒。
炭黑聚乙烯母料中炭黑含量40%。UV聚乙烯母料中光稳定剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.4%,抗氧剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.3%,硅烷偶联剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.1%。
实施例3
一种船用增强聚乙烯材料,按照重量份数,包括如下组分:高密度聚乙烯100份、低密度聚乙烯20份、改性纳米碳纤维10份、改性纳米芳纶纤维10份、改性纳米氮化硅纤维10份、炭黑聚乙烯母料10份、UV聚乙烯母料20份、氯化聚乙烯10份、增韧剂4份、聚乙烯蜡5份。将各组分加入双螺杆挤出机中挤出,水冷拉条切粒。
炭黑聚乙烯母料中炭黑含量65%。UV聚乙烯母料中光稳定剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.4%,抗氧剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.3%,硅烷偶联剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.6%。
应用例
将实施例1-3的材料加入挤出机中,采用高压挤出的方式生产出所需要的板材,根据船的外形和尺寸,切割,对所有构件预热弯曲,利用焊条加热焊接成型。
造板挤出机的螺杆的长径比30-42,几何压缩比4-4.5,螺旋升角18°-19°5′;造板挤出机的挤出模头流道纵向截面最大曲率<0.1,挤出模头内表面粗糙度Ra值<0.3μm;造板挤出机的成型断面为圆角矩形,圆角半径为成型板厚的1/8;造板挤出机的料筒前中后三段温度分别为220-230℃、220-260℃、180-200℃;造板挤出机的冷却段为上下双排压辊+水冷组合,以压辊作为散热片,压辊内流通冷却水的方式进行水冷,全部压辊的总额定冷却水流量11.2-14.7m3/h。
构件预热温度为120-135℃,预热保温时间为1-1.5h;焊接方式为前置热风+熔融挤出,进行压力焊接的方式;焊条熔融温度为275-295℃;熔融焊条与待焊接件的接触压力为0.15-0.17MPa;热风的温度为315-330℃;热风的流量为6.5-7L/s;热风出风嘴的截面形状为∞型,面积为5-7cm2;焊接速度为1-1.2m/min。实施例1-3获得的挤塑样块的性能指标见表1。
实施例1-3挤塑样块的性能指标
注:
1.所有样块均经挤塑成型且厚度均为3mm进行测试;
2.拉伸强度、断裂伸长率可替代标准为GB/T1040.1-2018《塑料拉伸性能的测定第1部分:总则》和GB/T1040.2-2006《塑料拉伸性能的测定第2部分:模塑和挤塑塑料的试验条件》,冲击强度可替代标准为GB/T1043.1-2008《塑料简支梁冲击性能的测定第1部分:非仪器化冲击试验》;与上表所列标准等效。
Claims (9)
1.一种船用增强聚乙烯材料,其特征在于,按照重量份数,包括如下组分:高密度聚乙烯80-100份、低密度聚乙烯10-20份、改性纳米碳纤维1-10份、改性纳米芳纶纤维2-10份、改性纳米氮化硅纤维1-10份、炭黑聚乙烯母料10-50份、UV聚乙烯母料5-20份、氯化聚乙烯10-20份、增韧剂1-4份、聚乙烯蜡1-5份。
2.如权利要求1所述的一种船用增强聚乙烯材料,其特征在于,高密度聚乙烯为伊朗石化HD7000F;低密度聚乙烯为燕山石化5200B。
3.如权利要求1所述的一种船用增强聚乙烯材料,其特征在于,改性纳米碳纤维为表面经氧等离子体处理过的纳米碳纤维,改性纳米芳纶纤维经硅烷偶联剂改性得到,改性纳米氮化硅纤维采用聚丙烯酰氯对纳米氮化硅纤维接枝改性。
4.如权利要求1所述的一种船用增强聚乙烯材料,其特征在于,炭黑聚乙烯母料中炭黑含量40-65%。
5.如权利要求1所述的一种船用增强聚乙烯材料,其特征在于,UV聚乙烯母料中光稳定剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.2-0.4%,抗氧剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.1-0.3%,硅烷偶联剂占UV聚乙烯母料的质量百分比为0.1-0.6%;光稳定剂为光稳定剂UV-326;抗氧剂为抗氧剂1001。
6.如权利要求5所述的一种船用增强聚乙烯材料,其特征在于,增韧剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯。
7.如权利要求5所述的一种船用增强聚乙烯材料,其特征在于,氯化聚乙烯的数均分子量为8000-120000。
8.制备如权利要求1-7任一所述船用增强聚乙烯材料的方法,其特征在于,将各组分加入双螺杆挤出机中挤出,水冷拉条切粒。
9.采用如权利要求1-7任一所述船用增强聚乙烯材料制造船的方法,其特征在于:包括如下步骤:
将所述材料加入挤出机中,采用高压挤出的方式生产出所需要的板材,根据船的外形和尺寸,切割,对所有构件预热弯曲,利用焊条加热焊接成型。
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朱锡等: "《舰艇结构》", 国防工业出版社, pages: 241 * |
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