CN115433403A - 一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，属于塑料加工技术领域，包括如下步骤：第一步、将纳米碳化硅与无水乙醇混合后，超声处理20‑30min，抽滤，固体置于60℃烘箱中干燥24h，获得预处理纳米碳化硅；第二步、将聚乙烯树脂、改性助剂和纳米碳化硅混合后，加入密炼机中进行密炼；第三步、密炼完成后，再投入双螺杆挤出机中挤出造粒、注塑成型，获得耐磨型塑料保护帽。本发明制得的聚乙烯塑料保护帽，能够克服现有技术中无机耐磨填料难以均匀分散于聚合物基体的缺陷，具备良好的耐磨性的同时力学性能也能提升，能够有效保护手件，具有广阔的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于塑料加工技术领域，具体地，涉及一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺。
背景技术
保护帽是与对手件的外径部分匹配从而起到遮蔽和保护作用，通常是采用塑料或橡塑材料通过注塑工艺制成，覆盖在手件的外部。现有技术中多采用高密度聚乙烯作为保护帽的基体物质，在复配其余功能性物质，熔融共混、注塑制成。由于保护帽是覆盖在手件的外部，在使用过程中，会直接接触到一些外部介质，为了提高保护效果，必然是要提高保护帽的耐磨性能。
现有技术中多采用在高密度聚乙烯基体中，添加刚性耐磨粒子(例如纳米碳化硅、玻璃纤维、碳纤维、石墨粉、碳纳米管等)，以期提高耐磨性能。但是钢性耐磨粒子一般属于无机填料，容易团聚，与聚合物基体相容性差，难以均匀分散于聚乙烯基体材料中，不能达到很好的增加耐磨性的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，包括如下步骤：
第一步、按照固液比1g：10mL将纳米碳化硅与无水乙醇混合后，超声处理20-30min，抽滤，固体置于60℃烘箱中干燥24h，获得预处理纳米碳化硅；
第二步、将聚乙烯树脂、改性助剂和纳米碳化硅混合后，加入密炼机中进行密炼；
第三步、密炼完成后，再投入双螺杆挤出机中挤出造粒、注塑成型，获得耐磨型塑料保护帽。
进一步地，聚乙烯树脂、改性助剂、纳米碳化硅的用量质量之比为100:5-6:3-4。
进一步地，所述改性助剂通过如下步骤制备：
S1、将棕榈醇加入二甲苯中，升温溶解后加入三乙胺(缚酸剂)，然后逐滴加入2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液，滴完后常温避光反应24h，将反应产物抽滤后，用无水乙醇反复洗涤，真空干燥后得到中间体1；棕榈醇、二甲苯、三乙胺、2-溴异丁酰溴的用量比为0.1mol:80-90mL:18-20mL:0.12mol；2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液为2-溴异丁酰溴与二甲苯按照体积比7:10混合而成；
中间体1上的-OH与2-溴异丁酰溴发生反应，生成中间体1，通过控制反应条件以及2-溴异丁酰溴稍过量，使醇羟基与酰溴基反应，获得的中间体1为含有长碳链和-Br的酯，反应方程式如下：
S2、将反应瓶通氮气置换其中的空气，循环操作三次，加入氯化亚铜和2,2'-联吡啶，震荡2-3min，加入中间体1，再依次加入苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇，并通入氮气，反应瓶置于70℃恒温条件下反应24h，放入冰水浴中终止反应，加入四氢呋喃稀释产物后用中性氧化铝滤柱除杂，滤液用过量的甲醇进行沉淀，抽滤，真空干燥后得到改性助剂；氯化亚铜、2,2'-联吡啶、中间体1、苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇的用量比为0.3g:1g:1.2g:5mL:1.5mL:2mL；
在中间体1的引发作用下，硅烷偶联剂KH570分子上的碳碳双键发生聚合反应，生成侧链含有硅氧烷分子链的大分子聚合产物，即改性助剂，反应方程式如下；
一方面，该改性助剂的分子侧链上含有硅烷链，其上的活性硅氧基团能够与纳米碳化硅结合；另一方面，改性助剂能够在后续密炼过程中，能够接枝于聚乙烯分子链上，并且，该大分子聚合物上含有长的烷基链，能够与聚乙烯分子链缠绕，与聚乙烯基体形成牢固的界面粘结；通过改性助剂的处理，能够有效防止纳米碳化硅的团聚，促使纳米碳化硅均匀分散于聚乙烯基体中，在摩擦过程中，充分发挥纳米碳化硅对耐摩擦磨损性能提高的积极作用，并且改善了纳米碳化硅容易团聚和脱落的负面作用，使得纳米碳化硅不容易脱粘和拔出，从而提高了复合材料的抗磨粒磨损性能；此外，由于改性助剂与聚乙烯基体具有牢固的界面结合力，使得塑料拉伸、断裂时，需要消耗更多的能量，从而改善了塑料的力学性能。
本发明的有益效果：
本发明通过在聚乙烯塑料原料中复配改性助剂和纳米碳化硅，改性助剂为自制的侧链含有硅氧烷分子链的大分子聚合产物，通过改性助剂，不仅能够改善纳米碳化硅容易团聚和脱落的负面作用，而且能够促进纳米碳化硅的均匀分散，充分发挥纳米碳化硅对耐摩擦磨损性能提高的积极作用；此外，改性助剂与聚乙烯基体具备牢固的界面粘接力，使得塑料拉伸、断裂时，需要消耗更多的能量，从而改善了塑料的力学性能；
综上，本发明制得的聚乙烯塑料保护帽，能够克服现有技术中无机耐磨填料难以均匀分散于聚合物基体的缺陷，具备良好的耐磨性的同时力学性能也能提升，能够有效保护手件，具有广阔的应用范围。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作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。
实施例1
制备改性助剂：
S1、将棕榈醇加入二甲苯中，升温溶解后加入三乙胺(缚酸剂)，然后逐滴加入2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液，滴完后常温避光反应24h，将反应产物抽滤后，用无水乙醇反复洗涤，真空干燥后得到中间体1；棕榈醇、二甲苯、三乙胺、2-溴异丁酰溴的用量比为0.1mol:80mL:18mL:0.12mol；2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液为2-溴异丁酰溴与二甲苯按照体积比7:10混合而成；
S2、将反应瓶通氮气置换其中的空气，循环操作三次，加入氯化亚铜和2,2'-联吡啶，震荡2min，加入中间体1，再依次加入苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇，并通入氮气，反应瓶置于70℃恒温条件下反应24h，放入冰水浴中终止反应，加入四氢呋喃稀释产物后用中性氧化铝滤柱除杂，滤液用过量的甲醇进行沉淀，抽滤，真空干燥后得到改性助剂；氯化亚铜、2,2'-联吡啶、中间体1、苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇的用量比为0.3g:1g:1.2g:5mL:1.5mL:2mL。
实施例2
制备改性助剂：
S1、将棕榈醇加入二甲苯中，升温溶解后加入三乙胺(缚酸剂)，然后逐滴加入2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液，滴完后常温避光反应24h，将反应产物抽滤后，用无水乙醇反复洗涤，真空干燥后得到中间体1；棕榈醇、二甲苯、三乙胺、2-溴异丁酰溴的用量比为0.1mol:90mL:20mL:0.12mol；2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液为2-溴异丁酰溴与二甲苯按照体积比7:10混合而成；
S2、将反应瓶通氮气置换其中的空气，循环操作三次，加入氯化亚铜和2,2'-联吡啶，震荡3min，加入中间体1，再依次加入苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇，并通入氮气，反应瓶置于70℃恒温条件下反应24h，放入冰水浴中终止反应，加入四氢呋喃稀释产物后用中性氧化铝滤柱除杂，滤液用过量的甲醇进行沉淀，抽滤，真空干燥后得到改性助剂；氯化亚铜、2,2'-联吡啶、中间体1、苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇的用量比为0.3g:1g:1.2g:5mL:1.5mL:2mL。
实施例3
制备塑料保护帽材料：
第一步、按照固液比1g：10mL将纳米碳化硅与无水乙醇混合后，超声处理20min，抽滤，固体置于60℃烘箱中干燥24h，获得预处理纳米碳化硅；
第二步、按照质量比100:5:3将聚乙烯树脂、改性助剂和纳米碳化硅混合后，加入密炼机中进行密炼，获得塑料保护帽材料。
实施例4
制备塑料保护帽材料：
第一步、按照固液比1g：10mL将纳米碳化硅与无水乙醇混合后，超声处理25min，抽滤，固体置于60℃烘箱中干燥24h，获得预处理纳米碳化硅；
第二步、按照质量比100:5.5:3.5将聚乙烯树脂、改性助剂和纳米碳化硅混合后，加入密炼机中进行密炼，获得塑料保护帽材料。
实施例5
制备塑料保护帽：
第一步、按照固液比1g：10mL将纳米碳化硅与无水乙醇混合后，超声处理30min，抽滤，固体置于60℃烘箱中干燥24h，获得预处理纳米碳化硅；
第二步、按照质量比100:6:4将聚乙烯树脂、改性助剂和纳米碳化硅混合后，加入密炼机中进行密炼，获得塑料保护帽材料。
对比例1
将实施例3中的改性助剂原料去除，其余原料及制备过程不变。
对比例2
聚乙烯树脂。
将实施例3-5和对比例1-2制得的塑料保护帽材料，热压成测试样条，裁剪成标准尺寸后，进行如下性能测试：
拉伸试样按GB/T 1040.1-2006进行测试；
采用摩擦磨损试验机测试试样摩擦磨损性能，测试结果如下表所示：
由上表实施例3-5的数据可知，本发明制得的聚乙烯塑料具备良好的拉伸强度即力学性能，以及良好的耐磨性能；由对比例1的数据可知，纳米碳化硅的加入，能够一定程度上提升力学性能，但是作用不是特别显著，结合对比例2的数据，通过改性助剂的辅助加入，能够显著提升聚乙烯塑料的力学性能和耐磨性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、将纳米碳化硅与无水乙醇混合后，超声处理20-30min，抽滤，固体置于60℃烘箱中干燥24h，获得预处理纳米碳化硅；
第二步、将聚乙烯树脂、改性助剂和纳米碳化硅混合后，加入密炼机中进行密炼；
第三步、密炼完成后，再投入双螺杆挤出机中挤出造粒、注塑成型，获得耐磨型塑料保护帽。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，其特征在于，第一步中纳米碳化硅与无水乙醇的固液比为1g：10mL。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，其特征在于，所述聚乙烯树脂、改性助剂、纳米碳化硅的用量质量之比为100:5-6:3-4。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，其特征在于，所述改性助剂通过如下步骤制备：
S1、将棕榈醇加入二甲苯中，升温溶解后加入三乙胺，然后逐滴加入2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液，滴完后常温避光反应24h，将反应产物抽滤后，用无水乙醇反复洗涤，真空干燥后得到中间体1；
S2、将反应瓶通氮气置换其中的空气，循环操作三次，加入氯化亚铜和2,2'-联吡啶，震荡2-3min，加入中间体1，再依次加入苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇，并通入氮气，反应瓶置于70℃恒温条件下反应24h，放入冰水浴中终止反应，加入四氢呋喃稀释产物后用中性氧化铝滤柱除杂，滤液用过量的甲醇进行沉淀，抽滤，真空干燥后得到改性助剂。
5.根据权利要求4所述的一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，其特征在于，步骤S1中棕榈醇、二甲苯、三乙胺、2-溴异丁酰溴的用量比为0.1mol:80-90mL:18-20mL:0.12mol。
6.根据权利要求4所述的一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，其特征在于，步骤S1中2-溴异丁酰溴的二甲苯溶液为2-溴异丁酰溴与二甲苯按照体积比7:10混合而成。
7.根据权利要求4所述的一种耐磨型塑料保护帽的生产工艺，其特征在于，步骤S2中氯化亚铜、2,2'-联吡啶、中间体1、苯甲醚、硅烷偶联剂KH570、甲醇的用量比为0.3g:1g:1.2g:5mL:1.5mL:2mL。
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