CN116003912B - 一种微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料及其制备方法和应用,属于高分子材料技术领域。本发明是一种具有高耐压、高强度、微交联的玻纤增强聚丙烯材料。首先提高熔体流动速率来提高熔接线强度,同时因为在配方中混有第三PE相,并且加入交联催化剂和自制的交联剂母粒,使得PE在PP相中形成微交联的网状结构。将短切玻璃纤维及交联母粒以外的其他原材料根据特定工艺混合均匀后同玻璃纤维经过主、侧喂料,经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却水槽冷却和风刀除水后用切粒机切成粗3‑4mm、长7‑11mm的圆柱形颗粒材料,最后和交联母粒以及长玻纤母粒混合。满足了水泵领域对材料高强度、高耐压试验的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料及其制备方法和应用,属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚丙烯(PP)具有比重轻、价格低廉、机械性能好和耐热性能佳等优良的物理性能和加工性,并且耐溶剂性、耐高温性,是通用塑料中发展最快的一种材料,广泛的应用在汽车内饰件及家电产品中。为了满足用户在食品包装、医药制品、通用纤维纺丝、高流动高强丝等方面的用途,也常采用可控流变工艺技术使具有较低流动性的聚丙烯树脂经过反应挤出工艺达到所希望的流动性。
但是对于水泵行业,由于行业的特殊性,制件复杂,圆形孔洞较多,并且对物理性能及成品的耐水压性有严格要求。直接使用常规聚丙烯,强度难以达到要求。使用常规长玻纤或者短纤增强产品,由于圆形孔洞较多,注塑时有大量熔接线,会导致在耐水压测试中由于熔接线处强度很弱而先行破裂。
为了解决塑料水泵外壳在耐水压试验上的短板,不仅要从其结构着手,还得从其外壳材料在熔接线处的强度来着手解决,从整体上解决水泵外壳材料以塑代钢的问题。
公开号CN111171443A一种水泵专用聚丙烯增强材料及其制备方法,是仅仅采用长短纤复合的方法解决强度问题,并且通过提高流动性的方法增强结合线强度。
在水泵行业中,外壳基本为金属制件,近年来随着材料行业的蓬勃发展,以塑代钢正成为热点方向。水泵行业外壳以塑代钢行业难点是:由于水泵制件的特殊性、复杂性,圆形孔洞较多,注塑时有大量熔接线,会导致在耐水压测试中由于熔接线处强度很弱而先行破裂,成为泵体强度的短板。仅仅使用物理改性,混入高强度的长玻纤材料提高强度,并且提高流动性减弱结合线的方法,能提高耐压的程度有限,治标不治本。
发明内容
本发明解决的技术问题是:提出一种交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料及其制备方法和应用,本发明解决注塑水泵泵体的强度和耐压问题首次采用化学微交联的方法,本发明在现有技术的基础上,在聚丙烯的基材中分散聚乙烯相,同时通过微交联的方法,在材料中形成网状结构,相当于在结合线处使用交联的方法增强其强度。从本质上改善结合线强度导致泵体耐压偏低的问题,成倍提升泵壳耐压强度。同时可以解决废旧塑料PP和PE的回收再生利用问题。本发明中最高的有效数值分别为:熔接线拉伸强度89.2MPa,爆破压力3.5MPa,爆破压力持续时间70S,分别较原来提升到:熔接线拉伸强度146.5%,爆破压力250%,爆破压力点持续时间127.2%,由数据可知产品各项性能大大提升。
为了解决上述技术问题,本发明提出的技术方案是:一种微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料,由下列原料按重量份组成:
所述的聚丙烯为熔指为10-15g/10min的等规聚丙烯;
所述的聚乙烯为熔指1-3g/10min的高密度聚乙烯;
所述的长玻纤聚丙烯复合材料为玻纤含量50%,基材为低熔体黏度,熔指在100-120g/10min聚丙烯材料,通过模头对长玻璃纤维进行表面包覆后切粒所制备的长玻纤母粒,该母粒机械性能基本性能不低于如下标准:粒子长度为7-11mm,拉伸强度≥135MPa,弯曲强度≥175MPa,弯曲模量≥10500MPa,悬臂梁缺口冲击强度≥25kj/m2,玻纤含量50±2%;
所述短切玻璃纤维为直径为13-15μm、短切长度3-4.5mm、含水率≤3%的无碱玻纤;
所述的相容剂为接枝率1.5-2.0%的聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH);
所述的硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si-69);
所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010);
所述润滑剂乙撑双硬脂酰胺(润滑剂EBS);
所述的交联催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL);
所述的断链剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(双25过氧化物);
所述的自制交联母粒的制备方法:乙烯基三甲氧基硅烷作为交联剂,与聚丙烯按照50:50的比例混合后从主喂料投入双螺杆挤出机,其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,经过熔融、挤出后,使用双轴可调速牵引切粒机切成7-11mm的圆柱状粒子,即成为自制交联母粒。
优选的,由下列原料按重量份组成:
为了解决上述技术问题,本发明提出的另一技术方案是:所述的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将所述交联剂乙烯基三甲氧基硅烷和聚丙烯按照50:50的比例混合后从主喂料投入双螺杆挤出机,经过熔融、挤出后,使用双轴可调速牵引切粒机切成7-11mm的圆柱状粒子,即成为自制交联母粒;(2)将聚丙烯、聚乙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂、断链剂及交联催化剂混合后从主喂料加入双螺杆挤出机,将短切玻璃纤维使用硅烷偶联剂进行处理后,从侧喂料加入双螺杆挤出机,经过熔融、挤出后,使用双轴可调速牵引切粒机切成7-11mm的圆柱状粒子,即成为微交联耐高压水泵专用聚丙烯初步料;
(3)将自制交联母粒、步骤(2)中初步料以及所述长玻纤聚丙烯复合材料投入有氮气保护的混合机中低速混合5分钟即得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料。
优选的,包括以下步骤:
(1)将短切玻璃纤维干燥后,用质量百分浓度为10%的硅烷偶联剂的乙醇溶液,其中硅烷偶联剂的质量按照配方中0.3%的质量计算,低速搅拌回流10min,室温静置12h,真空抽滤,置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重,得表面处理后的短切玻璃纤维备用;
(2)将聚丙烯、高密度聚乙烯、相容剂、断链剂、抗氧剂、润滑剂、交联催化剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合10分钟;
(3)在氮气保护下,将步骤(2)混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融,再从挤出机的侧喂料口加入经步骤(1)处理后的短切玻璃纤维,经挤出、造粒制得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料;其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,切粒机为双轴可调速切粒机,切出的初步材料粒子长度控制在7-11mm;
(4)将步骤(3)制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料和所述长玻纤聚丙烯复合材料(玻纤含量50%)以及所述自制交联母粒一起加入通有氮气保护的混合机中低速混合5分钟既得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料。
优选的,由下列原料按重量份组成:
具体制备方法包括以下步骤:
(1)将短切玻璃纤维干燥后,用质量百分浓度为10%的硅烷偶联剂的乙醇溶液(其中硅烷偶联剂的质量按照配方中0.3%的质量计算)低速搅拌回流10min,室温静置12h,真空抽滤,置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重,得表面处理后的短切玻璃纤维备用;
(2)将聚丙烯、聚乙烯、相容剂、抗氧剂、断链剂、润滑剂以及交联催化剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合10分钟;
(3)在氮气保护下,将步骤(2)混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融,再从挤出机的侧喂料口加入经(1)处理后的短切玻璃纤维,经挤出、造粒制得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料;其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,切粒机为双轴可调速切粒机,切出的初步材料粒子长度控制在7-11mm;
(4)将步骤(3)制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料、所述长玻纤聚丙烯复合材料(玻纤含量50%)以及自制交联母粒一起加入通有氮气保护的混合机中混合5分钟既得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料。
为了解决上述技术问题,本发明提出的另一技术方案是:所述微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的应用,可应用于水泵行业,泵壳壳体以塑代钢方向,运用微交联技术提高材料强度及熔接线强度从而在产品中进行更大面积的以塑代钢替换。
本发明的有益效果:
1、本发明制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料是采用通用的PP、PE、短切玻璃纤维、长玻纤母粒、断链剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂、交联催化剂以及交联母粒制得,其原材料易得并可直接用于工业化生产;其中PP的废旧塑料非常常见,本发明中PE为吹塑级高密度PE,广泛用于洗衣液瓶或者其他瓶类制件,也相当容易获得,可以用以解决废旧塑料PP和PE的回收再生利用问题。
2、本发明所得材料可以相对于CN111171443A中所述材料,在泵体使用上更接近于钢材使用环境以及使用强度,从一定程度上减少了钢材使用,对于企业来说具有更大的经济效益。
3、本发明制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料,和CN111171443A一样,采用短纤复合材料作为支撑材料强度主体的材料,以中融等规均聚PP为主要原料,使用断链剂作为熔指的保障,通过混合高物理机械性能的长玻纤材料作为强度的补充,提高熔接线强度;但不同的是,本发明在增强PP体系中引入PE相,同时使用微交联技术,使PE相在PP相中进行交联,从而在整个制件中形成网状结构,特别是在结合线处PE交联后形成的网状结构对其进行增强,大大提高制件的耐压性能。
4、CN111171443A中断链剂在起到打断聚丙烯分子链,提高熔指、增加结合线强度的作用的同时,在本发明的配方体系中也可以起到从PE中夺氢产生大分子PE自由基的作用,为下步与硅烷偶联剂中的乙烯基反应,得到PE接枝硅烷产物做好准备;PE接枝硅烷产物在有机锡类催化剂的作用下水解生成硅醇,硅醇通过脱水或脱醇形成PE硅垸交联产物,从而在PP相中形成网状结构,其中断链剂2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷起到了至关重要的作用。
5、在CN111171443A中,最高的有效数值分别为:熔接线拉伸强度60.9MPa,爆破压力1.4MPa,爆破压力持续时间55S,本发明中最高的有效数值分别为:熔接线拉伸强度89.2MPa,爆破压力3.5MPa,爆破压力持续时间70S,分别较原来提升到:熔接线拉伸强度146.5%,爆破压力250%,爆破压力点持续时间127.2%,由数据可知产品各项性能大大提升。
具体实施方式
自制交联母粒:
以下实施例中微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料所用的自制交联母粒由下列原料按重量份组成:
表1
配方 | 自制交联母粒A | 自制交联母粒B |
聚丙烯PP-500N | 50 | 50 |
交联剂乙烯基三甲氧基硅烷 | 50 | |
交联剂乙烯基三乙氧基硅烷 | 50 |
具体制备方法包括以下步骤:
(1)将聚丙烯及交联剂一起加入有氮气保护的混合机中高速混合10分钟;
(2)在氮气保护下,将步骤(1)混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融,经挤出、造粒制得自制交联母粒(A、B);其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,切粒机为双轴可调速切粒机,切出的初步材料粒子长度控制在7-11mm。
对比例一、二:
本组对比例中的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料是由下列原料按重量份组成:
表2
配方 | 对比例一 | 对比例二 |
PP-500N | 50.5 | 35.5 |
聚乙烯HDPE-5000S | 15 | |
长玻纤母粒 | 30 | 30 |
短切玻璃纤维 | 15 | 15 |
相容剂PP-g-MAH | 3 | 3 |
硅烷偶联剂 | 0.3 | 0.3 |
抗氧剂1010 | 0.2 | 0.2 |
润滑剂EBS | 0.5 | 0.5 |
断链剂双25过氧化物 | 0.5 | 0.5 |
具体制备方法包括以下步骤:
(1)将短切玻璃纤维干燥后,用质量百分浓度为10%的硅烷偶联剂的乙醇溶液(其中硅烷偶联剂的质量按照配方中0.3%的质量计算)低速搅拌回流10min,室温静置12h,真空抽滤,置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重,得表面处理后的短切玻璃纤维备用;
(2)将聚丙烯、聚乙烯(如果有的话)、相容剂、抗氧剂、润滑剂、断链剂一起加入有氮气保护的混合机中高速混合10分钟;
(3)在氮气保护下,将步骤(2)混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融,再从挤出机的侧喂料口加入经(1)处理后的短切玻璃纤维,经挤出、造粒制得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料;其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,切粒机为双轴可调速切粒机,切出的初步材料粒子长度控制在7-11mm;
(4)将步骤(3)制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料和所述长玻纤聚丙烯复合材料(玻纤含量50%)一起加入通有氮气保护的混合机中低速混合5分钟既得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料。
将上述对比例一、二制得的材料主要物性指标根据相关检测标准,测试其熔指、拉伸强度、熔接线拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、密度、灰分、代表机型爆破压力及爆破压力点持续时间,(代表机型爆破压力及爆破压力点持续时间等数据为制成样品后发往客户端,在客户端进行注塑,按照客户端测试标准测试方法进行测试所得。)
其检测标准与检测结果如表3所示:
表3:对比例一、二的主要物性指标
从表3可以看出:
对比例一和对比例二相比,仅仅只加入聚乙烯相,不管是基础物理性能还是爆破压力以及爆破时间都有所降低,原因是因为高密度聚乙烯的强度本来就低于聚丙烯,并且融指偏低,在制得最终成品时没有进行交联反应,对整个体系的强度以及熔接线强度是没有任何增益的,并且还有反向作用。
实施例1-4:
本组实施例中的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料是由下列原料按重量份组成:
表4
所述的聚丙烯为熔指为10-15g/10min的等规聚丙烯;聚丙烯PP-500N:蒲城蒲洁能源化工;
所述的聚乙烯为熔指1-3g/10min的高密度聚乙烯;高密度聚乙烯HDPE(5000S):燕山石化;
所述的长玻纤聚丙烯复合材料为玻纤含量50%,基材为低熔体黏度,熔指在100-120g/10min聚丙烯材料,通过模头对长玻璃纤维进行表面包覆后切粒所制备的长玻纤母粒,该母粒机械性能基本性能不低于如下标准:粒子长度为7-11mm,拉伸强度≥135MPa,弯曲强度≥175MPa,弯曲模量≥10500MPa,悬臂梁缺口冲击强度≥25kj/m2,玻纤含量50±2%;长玻纤母粒:上海纳岩新材料科技有限公司;
所述短切玻璃纤维为直径为13-15μm、短切长度3-4.5mm、含水率≤3%的无碱玻纤;短切玻璃纤维:泰山玻纤ECS 438G;
所述的相容剂为接枝率1.5-2.0%的聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH);相容剂PP-g-MAH:沈阳科通KT-1;
所述的硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si-69);硅烷偶联剂:兰化KH550;
所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010);
所述润滑剂乙撑双硬脂酰胺(润滑剂EBS);
所述的交联催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL);交联催化剂DBTDL:科思创covestro;
所述的断链剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(双25过氧化物);
所述的自制交联母粒的制备方法:乙烯基三甲氧基硅烷作为交联剂,与聚丙烯按照50:50的比例混合后从主喂料投入双螺杆挤出机,其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,经过熔融、挤出后,使用双轴可调速牵引切粒机切成7-11mm的圆柱状粒子,即成为自制交联母粒。交联剂乙烯基三甲氧基硅烷:南京曙光化学SG-Si 171;
高密度聚乙烯HDPE(8008):独山子石化;
交联剂乙烯基三乙氧基硅烷:南京曙光化学SG-Si 151。
具体制备方法包括以下步骤:
(1)将短切玻璃纤维干燥后,用质量百分浓度为10%的硅烷偶联剂的乙醇溶液(其中硅烷偶联剂的质量按照配方中0.3%的质量计算)低速搅拌回流10min,室温静置12h,真空抽滤,置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重,得表面处理后的短切玻璃纤维备用;
(2)将聚丙烯、聚乙烯、相容剂、抗氧剂、断链剂、润滑剂以及交联催化剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合10分钟;
(3)在氮气保护下,将步骤(2)混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融,再从挤出机的侧喂料口加入经步骤(1)处理后的短切玻璃纤维,经挤出、造粒制得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料;其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,切粒机为双轴可调速切粒机,切出的初步材料粒子长度控制在7-11mm;
(4)将步骤(3)制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料、所述长玻纤聚丙烯复合材料(玻纤含量50%)以及自制交联母粒一起加入通有氮气保护的混合机中混合5分钟既得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料。
将上述实施例一到四制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料主要物性指标根据相关检测标准,测试其熔指、拉伸强度、熔接线拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、密度、灰分、代表机型爆破压力及爆破压力点持续时间,其检测标准与检测结果如表3所示:
(注:其中拉伸强度、熔接线拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度等数据为制成样条后在恒温热水(90℃)中浸泡24H,让材料中PE充分交联后所得;代表机型爆破压力及爆破压力点持续时间等数据为制成样品后发往客户端,在客户端进行注塑和热水浸泡交联后所得制件,按照客户端测试标准测试方法进行测试所得。)
表5:实施例一到四的主要物性指标
从表5可看出:
1)将实施例一和对比例二相比,使用DBTDL和交联母粒A复配,使PE相在PP相中均匀交联,能体现交联反应存在的断裂伸长率以及冲击强度都有明显的提升,说明交联反应已经成功实施;熔接线拉伸强度和代表机型爆破压力都有很大的提升,其中熔接线拉伸强度提高了85%,整机爆破压力提高了90%,说明在交联反应确实成功实施后,对泵体整体强度有了大幅度提升;
2)将实施例二和对比例二相比,各项性能有所增高,证明交联反应已经存在;但是和实施例一相比,使用HDPE 8008(融指为8-12g/10min)作为交联相,比使用HDPE 5000S(融指1-3g/10min)整体性能下降,熔接线拉伸强度、爆破压力和持续时间下降也很明显,这是因为HDPE融指越低,分子链支化程度越高,能用于交联反应的末端就越多,交联反应的网状形成度就越好,所以在本专利中优选融指为1-3g/10min的HDPE作为交联相。
3)将实施例三和实施例一对比,自制交联母粒A从4份增加至6份,物理性能均有提升,并且在有效项(爆破压力和爆破压力点持续时间)上成倍增长,可以看出,在实施例一中,虽然PE相开始交联,但是由于交联剂所占比例偏少的问题,PE相没有完全交联,实施例三中交联剂比例较实施例一增加了50%,爆破压力较实施例一上升了37%,PE相交联相对充分反应;
4)将实施例四和实施例三对比,由于实施例四中使用的自制交联母粒B有效成分为乙烯基三乙氧基硅烷,在本体系中和部分成分不太匹配,无论物理性能还是有效项(爆破压力和爆破压力点持续时间)都有明显降低,所以本专利中优选以乙烯基三甲氧基硅烷为有效成分的自制交联母粒A作为主交联剂。
实施例五、六、七:
本组实施例中的水泵专用增强聚丙烯是由下列原料按重量份组成:
表6
具体制备方法包括以下步骤:
(1)将短切玻璃纤维干燥后,用质量百分浓度为10%的硅烷偶联剂的乙醇溶液(其中硅烷偶联剂的质量按照配方中0.3%的质量计算)低速搅拌回流10min,室温静置12h,真空抽滤,置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重,得表面处理后的短切玻璃纤维备用;
(2)将聚丙烯、聚乙烯、相容剂、抗氧剂、断链剂、润滑剂以及交联催化剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合10分钟;
(3)在氮气保护下,将步骤(2)混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融,再从挤出机的侧喂料口加入经(1)处理后的短切玻璃纤维,经挤出、造粒制得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料;其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,切粒机为双轴可调速切粒机,切出的初步材料粒子长度控制在7-11mm;
(4)将步骤(3)制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料、所述长玻纤聚丙烯复合材料(玻纤含量50%)以及自制交联母粒一起加入通有氮气保护的混合机中混合5分钟既得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料。
将上述实施例五至七制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的主要物性指标根据相关检测标准,测试其熔指、拉伸强度、熔接线拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、密度、灰分、代表机型爆破压力及爆破压力点持续时间,其检测标准与检测结果如表7所示:
(注:其中拉伸强度、熔接线拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度等数据为制成样条后在恒温热水(90℃)中浸泡24H,让材料中PE充分交联后所得;代表机型爆破压力及爆破压力点持续时间等数据为制成样品后发往客户端,在客户端进行注塑和热水浸泡交联后所得制件,按照客户端测试标准测试方法进行测试所得。)
表7:实施例五、六、七的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料主要物性指标
从表7可以看出:
(1)将实施例五和实施例三对比,虽然交联母粒的量从6份增加到了8份,但是由于PE相的份数未增加,导致交联剂过量的原因,整体性能不升反降,有可能是过量的乙烯基三甲氧基硅烷的掺入,导致体系中产生了暂时不明的副反应,从而影响了整体性能,实施例五中交联剂比例较实施例三增加了33%,爆破压力较实施例三降低了11%,处于交联剂含量负向影响期。
(2)将实施例六和实施例五进行对比,HDPE含量的增加给了实施例五中过量交联剂反应的空间,形成的网状结构更为完善,整体占比更为合理,无论是物理机械性能还是有效项(熔接线拉伸强度、代表机型爆破压力、爆破压力点持续时间)都处于最高位,实施例6为最为最佳配比。
(3)将实施例七和实施例六进行对比,虽然增加了PE相,并且增加了交联剂的含量,但是无论从机械性能还是有效项的数据来看,都是有明显下降趋势,经分析有两方面原因:
a)在实施例七中,PP增强体系中的PE相经交联成网状结构所产生的对整体强度的正面影响已经不足以弥补HDPE相对于PP来说本身物理性能的缺失;
b)随着PE含量的升高,PP相中打断分子链带来熔指提升的正面影响已经被HDPE含量增加带来的熔指降低所覆盖,整体熔指降低导致在注塑环节中就已经大幅影响熔接线强度,虽然后期在热水氛围中进行交联,但是也无法弥补这部分的损失。
c)交联剂含量在整体配方中的占比偏高,所产生的副反应和其他负面影响因素已盖过交联带来的正面影响。
(4)发明人综合分析实施例六中的爆破压力和爆破压力点持续时间已经是行业最高标准的几倍,用户可重新按照实施例六中材料特性,在产品中进行更大面积的以塑代钢替换,同时也可以设计更高标准、更广使用范围的水泵方案,进一步提高用户本身在水泵行业市场上的竞争力。
综上:
1、在增强聚丙烯体系中引入PE交联相相对提升整体制件强度以及熔接线强度是有大幅正向影响的,对水泵整体的耐压性能及耐压时间有着不可忽略的提升;
2、PE含量需要考虑PE本身的物理性能降低以及熔指降低的影响,同时也要考虑PE含量和交联剂含量的合适比例。
3、实施例6为本发明的最佳实施例,无论是物理机械性能还是有效项(熔接线拉伸强度、代表机型爆破压力、爆破压力点持续时间)都处于最高位,实施例6为最为最佳配比。
如在本发明的制备组份中添加紫外光吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、着色剂等功能助剂,使复合材料具有相应特性亦受本发明保护。
本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案,凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料,其特征在于:由下列原料按重量份组成:
聚丙烯 PP-500N 22份
高密度聚乙烯 HDPE,5000S 20份
长玻纤聚丙烯复合材料,玻纤含量 50% 30份
短切玻璃纤维 15份
相容剂 PP-g-MAH 3份
硅烷偶联剂 Si-69 0.3份
抗氧剂 1010 0.2份
润滑剂 EBS 0.5份
断链剂 双25过氧化物 0.5份
交联催化剂 DBTDL 0.5份
自制交联母粒 8份;
所述的长玻纤聚丙烯复合材料为玻纤含量50%,基材为低熔体黏度,熔指在100-120g/10min聚丙烯材料,通过模头对长玻璃纤维进行表面包覆后切粒所制备的长玻纤母粒,该母粒机械性能基本性能不低于如下标准:粒子长度为7-11mm,拉伸强度≥135MPa,弯曲强度≥175MPa,弯曲模量≥10500MPa,悬臂梁缺口冲击强度≥25kj/m2,玻纤含量50±2%;
所述短切玻璃纤维为直径为13-15μm、短切长度3-4.5mm、含水率≤3%的无碱玻纤;
所述的相容剂为接枝率1.5-2.0%的聚丙烯接枝马来酸酐;
所述的硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基] 四硫化物;
所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯;
所述润滑剂乙撑双硬脂酰胺;
所述的交联催化剂为二月桂酸二丁基锡;
所述的断链剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷;
所述的自制交联母粒的制备方法:乙烯基三甲氧基硅烷作为交联剂,与聚丙烯按照50:50的比例混合后从主喂料投入双螺杆挤出机,其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,经过熔融、挤出后,使用双轴可调速牵引切粒机切成7-11mm的圆柱状粒子,即成为自制交联母粒;
具体制备方法包括以下步骤:
(1)将短切玻璃纤维干燥后,用质量百分浓度为10%的硅烷偶联剂的乙醇溶液,其中硅烷偶联剂的质量按照配方中0.3%的质量计算,低速搅拌回流10 min,室温静置12h,真空抽滤,置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重,得表面处理后的短切玻璃纤维备用;
(2)将聚丙烯、聚乙烯、相容剂、抗氧剂、断链剂、润滑剂以及交联催化剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合10分钟;
(3)在氮气保护下,将步骤(2)混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融,再从挤出机的侧喂料口加入经(1)处理后的短切玻璃纤维,经挤出、造粒制得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料;其中挤出机的机筒温度为205-220℃,螺杆转速为400-600r/min,真空度为-0.04~-0.1MPa,切粒机为双轴可调速切粒机,切出的初步材料粒子长度控制在7-11mm;
(4)将步骤(3)制得的微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料、所述长玻纤聚丙烯复合材料玻纤含量50%以及自制交联母粒一起加入通有氮气保护的混合机中混合5分钟既得微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料。
2.根据权利要求1所述微交联耐高压水泵专用聚丙烯增强材料的应用,其特征在于:可应用于水泵行业,泵壳壳体以塑代钢方向,运用微交联技术提高材料强度及熔接线强度从而在产品中进行更大面积的以塑代钢替换。
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