CN116376136A - 三合金聚酯纳米hdpe波纹管复合料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料，包括聚己内酯、纳米碳酸钙、木质素、增容剂、偶联剂、改性石蜡和助散剂，其组成的重量分数为：聚己内酯15‑20份，HDPE80‑100份、纳米碳酸钙22份、木质素8‑10、增容剂2‑4份、偶联剂2‑4份、改性石蜡2‑4份，助散剂0.8‑0.1份。本发明通过增容剂中的马来酸酐基团可以与改性纳米碳酸钙表面的氨基发生脱水反应生成化学键而结合在一起，从而使HDPE‑g‑MAH作为HDPE和改性纳米碳酸钙的“桥梁”，使有机基质和无机填料之间达到更好的共混复合效果，增强复合材料的强度和刚度，木质素与纳米碳酸钙了可以出现协同增韧作用。

Description

三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料及制备方法
技术领域
本发明涉及波纹管技术领域，尤其涉及三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料及制备方法。
背景技术
随着波纹管使用需求的提高和聚乙烯原料日益减缺，很多人尝试在HDPE中加入无机填料从而赋予材料更强的力学性能，同时减少聚乙烯原料的使用，用于增强HDPE的无机填料有很多种，但是HDPE波纹管的韧性不够，硬度低，环境应力开裂性能差，为了达到所需的机械性能，通常需要加入大量的碳酸钙，然而，HDPE中碳酸钙的大量加入会产生团聚现象而导致应力集中，从而破坏HDPE本身的高度结晶结构而降低复合材料的强度和断裂韧性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料及制备方法，具体技术方案如下：
三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料，包括，聚己内酯、纳米碳酸钙、木质素、增容剂、偶联剂、改性石蜡和助散剂，其组成的重量分数为：聚己内酯15-20份，HDPE80-100份、纳米碳酸钙22份、木质素8-10、增容剂2-4份、偶联剂2-4份、改性石蜡2-4份，助散剂0.8-0.1份。
作为上述技术方案的改进，所述偶联剂为钛酸脂偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的任意一种或几种混合物。
作为上述技术方案的改进，所述增容剂为马来酸酐接枝物聚乙烯。
作为上述技术方案的改进，所述助散剂为硬脂酸或硬脂酸铝。
三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料的制作方法，包括以下步骤：
将偶联剂加入纳米碳酸钙中进行混合，进行改性，得到改性纳米碳酸钙；
称取一定量的高密度聚乙烯，再加入助散剂，进行第一次高速捏合混炼20-30min后，再加入木质素，继续进行第二次高速捏合混炼40-60min，送入挤出机、冷却、造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；
上述改性纳米碳酸钙、改性高密度聚乙烯颗粒、聚己内酯、增容剂和改性石蜡，加入转矩流变仪混合均匀，控制转矩流变仪的螺杆的转速为70-90r/min，混炼温度为200-220℃，混炼时间为15-30min，将混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出塑化，将挤出物通过模具进行成型。
本发明的有益效果：
增容剂中的马来酸酐基团可以与改性纳米碳酸钙表面的氨基发生脱水反应生成化学键而结合在一起，从而使HDPE-g-MAH作为HDPE和改性纳米碳酸钙的“桥梁”，使纳米碳酸钙更均匀的分散在HDPE中，提高复合材料的韧性，使有机基质和无机填料之间达到更好的共混复合效果，增强复合材料的强度和刚度，同时木质素与纳米碳酸钙了可以出现协同增韧作用，由于纳米碳酸钙与木质素的羟基生成化学键而结合在一起，从而使纳米碳酸钙作为HDPE和木质素的“桥梁”，使的木质素与HDPE达到更好的共混复合效果，从而进一步增强复合材料的强度和韧度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料，包括，聚己内酯15-20份，HDPE80-100份、纳米碳酸钙22份、木质素8-10、增容剂2-4份、偶联剂2-4份、改性石蜡2-4份，助散剂0.8-0.1份。
实施例一：
将2份偶联剂加入22份纳米碳酸钙中进行混合，进行改性，得到改性纳米碳酸钙；
加入偶联剂改性后的纳米碳酸钙，偶联剂的作用机理是将一层有机分子膜覆盖在纳米碳酸钙的表面,从而达到改性的目的，偶联剂中的烷基部分在改性过程中易水解，与纳米碳酸钙表面的羟基结合，使纳米碳酸钙表面性质变为疏水；另一端可以与聚合物发生缠绕或者化学结合，从而改善了与高聚物的界面相溶性，也提高了复合材料的机械性能。
称取80份高密度聚乙烯，再加入0.8份的助散剂，进行第一次高速捏合混炼20min后，再加入8份的木质素，继续进行第二次高速捏合混炼40min，送入挤出机、冷却、造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒。
其中，助散剂为硬脂酸，采用硬脂酸与木质素共混熔融混炼，有利于改善木质素在LDPE中的分散性，因此木质素更好的分散，增大了木质素与LDPE的接触面积，从而提高了整体的韧性，并且木质素中的愈创木基结构对聚合物的热分解具有抑制作用。
将上述改性纳米碳酸钙、改性高密度聚乙烯颗粒、15份的聚己内酯、2份的增容剂和2份的改性石蜡，加入转矩流变仪混合均匀，控制转矩流变仪的螺杆的转速为70r/min，混炼温度为200℃，混炼时间为15min，将混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出塑化，将挤出物通过模具进行成型。
其中增容剂为马来酸酐接枝的HDPE，该增容剂可以与HDPE通过分子连接越过界面咬合缠绕从而物理相容，显著降低了共混物组分之间的界面张力，大大提高了改性纳米碳酸钙、改性高密度聚乙烯颗粒和聚己内酯之间的粘合强度，稳定了分散相，抑制了改性纳米碳酸钙颗粒的聚集，可以降低同类分子链自身间的相互缠绕、吸引的基础上，通过增容剂分子与共混高分子间形成分子间力，使不相容的分子间距缩短，最终使极性相差较大，相容性较弱的材料彼此间结合成一起。
而增容剂中的马来酸酐基团可以与改性纳米碳酸钙表面的氨基发生脱水反应生成化学键而结合在一起，从而使HDPE-g-MAH作为HDPE和改性纳米碳酸钙的“桥梁”，使有机基质和无机填料之间达到更好的共混复合效果，通过引入马来酸酐基团的方法来增强改性纳米碳酸钙和HDPE的粘附性。
木质素与纳米碳酸钙了可以出现协同增韧作用，由于纳米碳酸钙与木质素的羟基生成化学键而结合在一起，从而使纳米碳酸钙作为HDPE和木质素的“桥梁”，使的木质素与HDPE达到更好的共混复合效果，从而进一步增强复合材料的强度和韧度。
在本发明中，在共混过程中，改性石蜡会与各种偶联剂的长链末端通过分子间力的作用产生良好的相容，使改性石蜡倾向于分布在碳酸钙与HDPE基体之间的界面处,从而使改性石蜡取代偶联剂与HDPE基体发生作用，形成一种新的相界面，由于这两相界面的形成，一方面改善了碳酸钙与HDPE之间的界面粘结状态，另一方面增大了碳酸钙与HDPE间力学作用层的厚度，使材料在保持较好的综合性能的同时，冲击韧性得到大幅度提高。
同时将纳米碳酸钙和聚己内酯通过HDPE的化学连接建立强界面作用力，并使聚己内酯和纳米碳酸钙同时并稳定分散于HDPE中，形成三元复合合金，该三元复合合金，当受外力时能作为应力集中点引发周围基体屈服，吸收大量冲击能力，提高增韧效果。
实施例二：
将3份偶联剂加入22份纳米碳酸钙中进行混合，进行改性，得到改性纳米碳酸钙；
称取90份高密度聚乙烯，再加入0.9份的助散剂，进行第一次高速捏合混炼25min后，再加入9份的木质素，继续进行第二次高速捏合混炼50min，送入挤出机，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；
其中，助散剂为硬脂酸，采用硬脂酸与木质素共混熔融混炼，有利于改善木质素在LDPE中的分散性；因此木质素更好的分散，增大了木质素与LDPE的接触面积，从而提高了整体的韧性，并且木质素中的愈创木基结构对聚合物的热分解具有抑制作用。
将所述改性纳米碳酸钙、改性高密度聚乙烯颗粒、18份聚己内酯、3份增容剂和3份改性石蜡，转矩流变仪混合均匀控制转矩流变仪的螺杆的转速为85r/min，混炼温度为210℃，混炼时间为13min，将混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出塑化，将挤出物通过模具进行成型。
实施例三：
将4份偶联剂加入22份纳米碳酸钙中进行混合，进行改性，得到改性纳米碳酸钙；
称取100份高密度聚乙烯，再加入1.0份的助散剂，进行第一次高速捏合混炼30min后，再加入续进行第二次高速捏合混炼60min，送入挤出机，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；
其中，助散剂为硬脂酸，采用的硬脂酸与木质素共混熔融混炼，有利于改善木质素在LDPE中的分散性，因此木质素更好的分散，增大了木质素与LDPE的接触面积，从而提高了整体的韧性，并且木质素中的愈创木基结构对聚合物的热分解具有抑制作用；
将所述改性纳米碳酸钙、改性高密度聚乙烯颗粒、20份聚己内酯、4份增容剂和4份改性石蜡，转矩流变仪混合均匀控制转矩流变仪的螺杆的转速为90r/min，混炼温度为220℃，混炼时间为30min，将混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出塑化，将挤出物通过模具进行成型。
空白例：
将3份偶联剂加入22份纳米碳酸钙中进行混合，进行改性，得到改性纳米碳酸钙；
称取90份高密度聚乙烯，再加入0.9份的助散剂，进行第一次高速捏合混炼25min后，继续进行第二次高速捏合混炼50min，送入挤出机，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；
将所述改性纳米碳酸钙、改性高密度聚乙烯颗粒、18份聚己内酯、3份增容剂和3份改性石蜡，转矩流变仪混合均匀控制转矩流变仪的螺杆的转速为85r/min，混炼温度为210℃，混炼时间为13min，将混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出塑化，将挤出物通过模具进行成型。
性能测试：
采用深圳三思纵横科技股份有限公司UTM-4304X型多功能拉力试验机，按国标GB/T1040.2-2006进行测试，使用minijet微型注射系统将材料制成哑铃型小样条，厚度3.195mm，宽度3.08mm，拉伸速率为5mm/min，
Figure SMS_1
随着木质素掺入量的增加，该复合材料的屈服拉伸强度和断裂拉伸强度均为先增大后减小，木质素与纳米碳酸钙了可以出现协同增韧作用，由于纳米碳酸钙与木质素的羟基生成化学键而结合在一起，从而使纳米碳酸钙作为HDPE和木质素的“桥梁”，使的木质素与HDPE达到更好的共混复合效果，从而进一步增强复合材料的强度和韧度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料，包括聚己内酯、纳米碳酸钙、木质素、增容剂、偶联剂、改性石蜡和助散剂，其组成的重量分数为：聚己内酯15-20份，HDPE80-100份、纳米碳酸钙22份、木质素8-10、增容剂2-4份、偶联剂2-4份、改性石蜡2-4份，助散剂0.8-0.1份。
2.根据权利要求1所述的三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸脂偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的任意一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料，其特征在于：所述增容剂为马来酸酐接枝物聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料，其特征在于：所述助散剂为硬脂酸或硬脂酸铝。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的三合金聚酯纳米HDPE波纹管复合料的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
将偶联剂加入纳米碳酸钙中进行混合，进行改性，得到改性纳米碳酸钙；
称取一定量的高密度聚乙烯，再加入助散剂，进行第一次高速捏合混炼20-30min后，再加入木质素，继续进行第二次高速捏合混炼40-60min，送入挤出机、冷却、造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；
上述改性纳米碳酸钙、改性高密度聚乙烯颗粒、聚己内酯、增容剂和改性石蜡，加入转矩流变仪混合均匀，控制转矩流变仪的螺杆的转速为70-90r/min，混炼温度为200-220℃，混炼时间为15-30min，将混合料加入到双螺杆挤出机中，挤出塑化，将挤出物通过模具进行成型。
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