CN1322773A - 无机纳米粒子改性光缆护套管专用料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
通讯光缆护套管多孔管用纳米粒子改性专用料的制备,其特点在于将聚乙烯树脂、表面活化处理过的无机纳米粒子、橡胶弹性体、抗老化剂和润滑剂按一定的顺序和比例在混合机中混合,然后将混合料在双螺杆挤出机内进行混炼挤出,切粒,制得通讯光缆护套管或多孔管专用料,在双螺杆挤出机内混炼的目的在于让配方中的无机纳米粒子、橡胶弹性体和其它助剂均匀分散到聚乙烯树脂基体中。
Description
本发明涉及一种塑料材料改性技术领域，尤其涉及采用纳米粒子改性增强聚乙烯塑料的技术领域。
为了光缆铺设方便、保护光缆和使用过程中维护和扩容的方便，通讯光缆在在埋地铺设过程中需要铺设护套管。生产护套管的材料主要为聚乙烯和聚氯乙烯。聚氯乙烯的光缆护套管由于密度大、低温韧性差等缺点，其应用场合受到一定的限制。聚乙烯由于具有密度小、低温韧性好等优点，在光缆护套管中得到广泛使用。但是纯的聚乙烯塑料在加工性能和物理机械性能等方面不能够满足光缆护套管的加工和使用的要求，需对聚乙烯树脂进行改性。特别随着科技进步，纳米粒子在塑料增强上得到广大的推广使用，如专利号为991160177的中国专利“纳米无机粒子增韧增强塑料及其制备方法”，其将纳米无机粒子进行表面接枝改性处理，然后与塑料进行混合，并利用普通塑料加工手段制成母粒或制品，由于部分单体接枝到粒子表面，起到分离和隔开团聚粒子的作用，而剩余单体发生均聚或共聚，因此经与塑料混合后制得的材料，其冲击强度和耐热性等显著提高，从而形成了一种纳米粒子填充高分子新型复合材料，它固然有对纳米粒子表面进行活性处理带来的进步，但是它仍然仅采用刚性的纳米粒子进行增强改性，虽然工艺较简单，但是实际上改性效果有限，不能满足人们对塑料更高的性能要求，也有采用弹性体来改性增强塑料，如专利号为98105904.X的生产弹性体改性的热塑性塑料的方法，其将通过接枝聚合包裹热塑性材料A的弹性体特别是橡胶与被脱水至残留水份含量为1-50％重量、特别是5-50％重量、特别优选10-40％重量的含水弹性体热塑性材料B，特别是从胶乳沉淀获得的接枝聚合物混合，混合到熔体状态的热塑性材料B中，其特征在于粘附在弹性体上的过程水的蒸发、弹性体的熔化、弹性体与热塑性材料B的混料以及有机挥发性成分C的进一步去除在一个加工室内同时进行，但是它们改性由于仅采用弹性体，所以成本较高，而且改性的材料通常刚性比较差，也限制了其的推广应用。在第一篇的专利文献中，其对纳米粒子的表面处理是采用化学方法，所以工艺路线比较复杂，一旦处理不好会直接影响后面的均聚或共聚反应，影响材料的性能，成本高，推广困难，难以工业化，也需要进一步改进。
本发明的首要目的就在于针对上述现有技术现状而提供一种采用刚性纳米粒子与弹性体粒子共同来改性塑料，使改性后的塑料韧性和刚性能比较好地统一，既不降低材料刚性又能大幅度地增强其韧性，生产成本不增加的无机纳米粒子改性光缆护套管专用料。
本发明的第二个目的在于提供一种方法简单、生产方便的生产上述专用料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：该种无机纳米粒子改性光缆护套管专用料，其特征在于各组成为：以重量为基准，聚乙烯60～90％；橡胶弹性体5～20％；无机纳米粒子5～5％；抗老化剂0～1.0％；润滑剂0～2.0％。
上述的无机纳米粒子的D50不大于100纳米，可采用碳酸钙、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化钛或氧化锌中的至少一种。
上述的无机纳米粒子先经过表面活性处理，采用表面活化处理剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、烷基酸盐或脂肪酸的任一种。
上述的橡胶弹性体为二元乙丙橡胶EPR、三元乙丙橡胶EPDM、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯合成橡胶SBS、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯合成橡胶SEBS、辛烯-乙烯弹性体POE、乙烯-醋酸乙烯弹性体EVA中的至少一种。
本发明实现第二个目的的技术方案是：将配方中的各组份材料按比例加到混合机内，在混合机内混合8～15分钟，然后将混合料加到双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机料筒的温度控制在170℃～210℃，螺杆转速为110～500转/分钟，然后将挤出的料条切粒制得用于光缆护套管或多孔管的改性聚乙烯材料；也可以是将配方中的橡胶弹性体和活化纳米粒子在高速混合机内混合8-16分钟，然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出或在双辊开炼机上开炼造粒制得橡胶弹性体/纳米粒子母料，将母料和配方中的其余组分在高速混合机内混合8-16分钟，然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米粒子改性橡胶弹性体增韧的通讯光缆护套管或多孔管聚乙烯专用料。
本发明的无机纳米粒子改性的通讯光缆护套管多孔管专用料由于采用弹性体与刚性体无机纳米粒子共同改性塑料聚乙烯，使它们产生协同效应，所以既克服了单纯弹性体改性所面遇的困难如成本高、改性后的材料刚性差缺点，又克服了单纯刚性体无机纳米粒子改性所面遇的困难如改性效果有限缺点，所以本发明的改性材料能取得韧性与刚性的统一，既不降低刚性，又能大幅度地增加韧性，而成本基本不增加，并且它在无机纳米粒子的表面活性处理是采用了物理原理方法，避免化学原理接枝方法所遇到的综多缺点如工艺路线复杂、成本高、一旦不成功很容易影响后面改性材料物理性能。除理论分析外，实践上表明与未采用无机纳米粒子改性的通讯光缆护套管多孔管专用料相比，用本发明制备的专用料生产的通讯光缆护套管多孔管具有耐冲击性能和外观质量好，而且在挤出生产多孔管时工艺更加容易控制。
本发明的改性材料具有如下优点：
1．本发明生产的专用料低温韧性好。
2．耐低温冲击性能优良，而且护套管的其它各指标均优于有关标准的规定指标。
3．用本发明生产的专用料挤出成型的通讯光缆护套管的内外壁比用微米粒子填充
的专用料生产的护套管要光滑，因此用本发明生产的专用料挤出的护套管更适
宜用气枪铺设光缆。
4．该专用料成本低廉、密度低。
5．用本发明生产的专用料挤出成型的通讯光缆护套管多孔管具有物理性能指标如下：
| 项目 | 性能指标 |
| 环刚度(KN/m2) | 单孔≥20；整体≥70 |
| 扁平试验 | 垂直加压至外径变形量为原外径的40％时立即卸荷，试样不破裂，孔间不分离。 |
| 拉伸强度(Mpa) | ≥15 |
| 断裂延伸率(％) | ≥350 |
| 落锤冲击试验 | 温度0℃，高度1m，用1kg重锤冲击10次，试样不开裂。 |
| 低温坠落试验 | 低温-30℃，高度1m，自由落下，试样不开裂。 |
| 耐水试验 | 温度20℃，压力50kpa，保持24小时，试样无渗漏。 |
| 纵向收缩率(％) | ≤3 |
| 脆化温度(℃) | ≤-30℃ |
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1．按如下配比配料将配方中的POE和活化纳米碳酸钙在高速混合机内混
合10分钟，然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出或在双辊开炼机上开炼造粒制得
POE/纳米碳酸钙粒子母料，双螺杆挤出机料筒温度110～150℃。将母料和配方中的
其余组分在高速混合机内混合10分钟，然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出造粒制
得纳米碳酸钙改性POE增韧的通讯光缆护套管多孔管高密度聚乙烯专用料。其中
活化纳米碳酸钙的D50。不大于70nm。纳米碳酸钙粒子先经硬脂酸表面活化处理。
配比
高密度聚乙烯MFR＜1 81.3％
活化纳米碳酸钙 10％
POE 8％
硬脂酸锌 0.3％
抗氧剂1010 0.4％实施例2．按如下配比将混合料在高速混合机内混合10分钟。然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米碳酸钙改性EPDM增韧的通讯光缆护套管多孔管高密度聚乙烯专用料。其中活化碳酸钙的D50不大于70nm。纳米碳酸钙粒子先经钛酸酯偶联剂表面活化处理。
配比
高密度聚乙烯MFR＜1 81.3％，
活化纳米碳酸钙 10％，
EPDM 8％，
硬脂酸锌 0.3％，
抗氧剂1010 0.4％实施例3．按如下配比将混合料在高速混合机内混合10分钟。然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米碳酸钙改性EPDM增韧的通讯光缆护套管多孔管低密度聚乙烯专用料。其中活化碳酸钙的D50不大于70nm。
配比
低密度聚乙烯 71.3％，
活化纳米碳酸钙 20％，
SBS 8％
硬脂酸锌 0.3％，
抗氧剂1010 0.4％，实施例4 按如下配比将混合料在高速混合机内混合10分钟。然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米碳酸钙改性EPDM增韧的通讯光缆护套管多孔管高密度聚乙烯专用料。其中活化碳酸钙的D50不大于70nm。活化的纳米二氧化钛的粒径不大于60纳米。
配比
高密度聚乙烯 70％，
活化纳米二氧化钛 4％，
活化纳米碳酸钙 15％
SEBS 10％，
硬脂酸镁 0.5％，
抗氧化剂168 0.5％，实施例5 按如下配比将混合料在高速混合机内混合10分钟。然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米碳酸钙改性EPDM/POE混合增韧的通讯光缆护套管多孔管中密度聚乙烯专用料。其中活化碳酸钙的D50不大于70nm。
配比
中密度聚乙烯 70％，
活化的纳米碳酸钙 19％，
EPDM 5％，
EVA 5％
硬脂酸镁 0.5％，
抗氧化剂1010 0.5％，
Claims (8)
1.一种无机纳米粒子改性光缆护套管专用料，其特征在于其的组成为：以重量为基准，
聚乙烯 60～90％
橡胶弹性体 5～20％
无机纳米粒子 5～25％
抗老化剂 0～1.0％
润滑剂 0～2.0％
2．按照权利1要求所述无机纳米粒子改性光缆护套管专用料，其特征在于无机纳米粒子的D50不大于100纳米。
3．按照权利1要求所述无机纳米粒子改性光缆护套管专用料，其特征在于无机纳米粒子品种为碳酸钙、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化钛或氧化锌中的至少一种。
4．按照权利1要求所述无机纳米粒子改性光缆护套管专用料，其特征在于无机纳米粒子先经过表面活性处理，采用表面活化处理剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、烷基酸盐或脂肪酸的任一种。
5．按照权利1要求所述无机纳米粒子改性光缆护套管专用料，其特征在于聚乙烯为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的至少一种。
6．按照权利1要求所述无机纳米粒子改性光缆护套管专用料，其特征在于橡胶弹性体为二元乙丙橡胶EPR、三元乙丙橡胶EPDM、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯合成橡胶SBS、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯合成橡胶SEBS、辛烯-乙烯弹性体POE、乙烯-醋酸乙烯弹性体EVA中的至少一种。
7．一种生产如权利要求1所述的专用料制备方法，其特征在于将配方中的各组份材料按比例加到混合机内，在混合机内混合8～15分钟，然后将混合料加到双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机料筒的温度控制在170℃～210℃，螺杆转速为110～500转/分钟，然后将挤出的料条切粒制得用于光缆护套管或多孔管的改性聚乙烯材料。
8．一种生产如权利要求1所述的专用料制备方法，其特征在于将配方中的橡胶弹性体和活化纳米粒子在高速混合机内混合8-16分钟，然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出或在双辊开炼机上开炼造粒制得橡胶弹性体/纳米粒子母料，将母料和配方中的其余组分在高速混合机内混合8-16分钟，然后将混合料在双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米粒子改性橡胶弹性体增韧的通讯光缆护套管或多孔管聚乙烯专用料。
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