專利名稱：一種用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，尤其是一種用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料及其制備方法。
二、技術(shù)背景隨著聚乙烯管材應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大及激烈的市場競爭，如何以較低的成本生產(chǎn)出滿足要求的管材成為各廠家追逐的主要目標(biāo)。聚乙烯填充改性所用的復(fù)合材料以其耐阻燃性強(qiáng)、抗沖擊性能優(yōu)良、成材制品收縮率小、原料成本低等的優(yōu)點(diǎn)成為各廠家的首選。在現(xiàn)有的復(fù)合材料中，普遍存在著密度高、抗沖擊性能低、耐不同的氣候環(huán)境及耐高溫、低溫和含化學(xué)介質(zhì)環(huán)境較差等諸多缺點(diǎn)而難以廣泛適用。如何使復(fù)合材料體系中所使用的無機(jī)填料既能綜合各種填料的優(yōu)點(diǎn)(如優(yōu)異的耐阻燃性、剛性大、抗沖擊等)屏棄其不良性能，同時(shí)在同一無機(jī)體系中可以互相兼容，以達(dá)到功能上互補(bǔ)的特性將它們有機(jī)的結(jié)合在一起；又能使填料體系中各相形態(tài)(如條狀、片狀、球型及其他不規(guī)則幾何外型等)得到均勻的補(bǔ)充，彌補(bǔ)聚乙烯管材專用料的一些不足，既可在增強(qiáng)制品的強(qiáng)度、韌性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能的同時(shí)，又不削減聚乙烯一些原有的優(yōu)異性能，同時(shí)又可以降低聚乙烯制品的成本成為目前主要研制開發(fā)聚乙烯填充改性用復(fù)合材料的方向。
三、技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于改善聚乙烯管材韌性和環(huán)剛度、降低管材制品的成本的用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是復(fù)合材料的主要成份為無機(jī)填料、基體樹脂和改性劑，其各成份的重量百分比為無機(jī)填料含量為30.3-92％，改性劑含量為0.3-2％，基體樹脂含量為8-69.7％；其中無機(jī)填料由空心微珠和玻璃纖維、云母、超細(xì)碳酸鈣、玻璃纖維/云母、玻璃纖維/超細(xì)碳酸鈣、云母/超細(xì)碳酸鈣或玻璃纖維/云母/超細(xì)碳酸鈣組成，空心微珠是從粉煤灰中提煉出來，其粒徑在3～10μm；改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、鈦酸酯/鋁酸酯或硅烷偶聯(lián)劑；基體樹脂為高密度聚乙烯。
改性劑使用的目的是使填料粒子與聚乙烯管料之間更加有效的結(jié)合。無機(jī)填料經(jīng)過改性后，在填料表面覆蓋一層有機(jī)膜，使填料粒子表面極性與聚乙烯表面極性相似，使無機(jī)填料在有機(jī)基體中更充分的融合，提高無機(jī)填料的填充量，相應(yīng)減少聚乙烯的使用量，達(dá)到降低成本的目的，同時(shí)使改性料具有一定的增韌增強(qiáng)作用。
基體樹脂選用高密度聚乙烯是因?yàn)榛w樹脂必須具有聚乙烯的通用性，使得制備出的復(fù)合材料與所選用的高密度聚乙烯之間有良好的相容性。
為了增加復(fù)合材料體系的潤滑性，可在復(fù)合材料中加入潤滑劑，加入量為復(fù)合材料總量的0.1-0.2％(重量比)；此外，根據(jù)管材的使用場合，還可加入輔助助劑，如增韌劑、分散劑、抗靜電劑、有機(jī)阻燃劑、抗氧劑，增容劑中的一種或幾種，以滿足管材的特殊需求，加入量為復(fù)合材料總量的0.1-0.2％(重量比)。
一種用于聚乙烯管材的復(fù)合材料的生產(chǎn)方法，該方法包括如下步驟(1)、取無機(jī)填料和基體樹脂分別在干燥機(jī)中進(jìn)行烘干處理，使水分含量小于1％，備用；(2)、將空心微珠放入高速混合機(jī)中先低速攪拌2-4分鐘，在攪拌的過程中將改性劑加入高混機(jī)中，之后高速攪拌5-10min，攪拌溫度在80-105℃；(3)、再取烘干備用的基體樹脂放入高速混機(jī)中，與桶內(nèi)物料一起攪拌5-10min，制到混合料；(4)、將混合料投入到雙螺桿擠出機(jī)中，熔融擠出，切粒，制備得到復(fù)合材料。
改性劑為鈦酸脂或鋁酸脂偶聯(lián)劑時(shí)可用乙醇或白油以1∶1的比例稀釋后加入；改性劑為硅烷偶聯(lián)劑時(shí)可在PH值為4-9的范圍下水解后加入。
本發(fā)明復(fù)合材料與現(xiàn)有的聚乙烯材料相比的優(yōu)點(diǎn)是，其強(qiáng)度和韌性均有所提高，耐阻燃和耐老化效果好，常溫下不會(huì)發(fā)生脆性斷裂，流動(dòng)性好，成材制品尺寸穩(wěn)定性高。是一種可以廣泛應(yīng)用于塑料制品領(lǐng)域的復(fù)合材料。
具體實(shí)施例方式下面從實(shí)施例進(jìn)一步描述和理解本發(fā)明，但未限于所舉的實(shí)施例。
實(shí)施例中所用空心微珠為從粉煤灰中提煉出來的粒徑在4～6μm，成分組成如表1的空心微珠。
表1

實(shí)例1(1)、取空心微珠75.5kg、玻璃纖維12.5kg、云母12.5kg、和23.7kg的高密度聚乙烯分別在干燥機(jī)中進(jìn)行烘干處理，使水分含量小于1％；(2)、取(1)中空心微珠、玻璃纖維、云母放入高混機(jī)GHR中先低速攪拌2分鐘，在攪拌的過程中將0.8kg硅烷偶聯(lián)劑KH-550(Υ-氨丙基三乙氧基硅烷)加入高混機(jī)中(偶聯(lián)劑采用高壓噴嘴噴灑)，之后高速攪拌7min，攪拌溫度在90-105℃；(3)、再取(1)中高密度聚乙烯放入高混機(jī)中，與桶內(nèi)物料一起攪拌8min；(4)、將得到的混合料投入到TE-65的雙螺桿擠出機(jī)中，熔融擠出，切粒，制備得到復(fù)合材料。
制得的復(fù)合材料其成分為無機(jī)填料80.4％，基體樹脂(高密度聚乙烯)18.96％，硅烷偶聯(lián)劑0.64％。
將由實(shí)施例1所制得的復(fù)合材料與高密度聚乙烯分別按1∶1的比例混合，將混合后的粒料分別在CJ80M3V注塑機(jī)中注塑，得到無機(jī)填料含量分別為20％、25％的一系列標(biāo)準(zhǔn)樣條，經(jīng)過各項(xiàng)性能檢測，其測試結(jié)果如表2所示表2

實(shí)例2(1)、取空心微珠75.3kg，玻璃纖維12.5kg、云母12.5kg、和22.7kg的高密度聚乙烯分別在干燥機(jī)中進(jìn)行烘干處理，使水分含量小于1％；(2)、取(1)中空心微珠、玻璃纖維、云母放入高混機(jī)GHR中先低速攪拌2分鐘，在攪拌的過程中將0.2kg的EBS(乙撐雙硬酯酸酰胺)、1.8kg的鋁酞復(fù)合偶聯(lián)劑按先后順序加入高混機(jī)中，之后高速攪拌8min，攪拌溫度在90-105℃；(3)、再取(1)中高密度聚乙烯放入高混機(jī)中，與桶內(nèi)物料一起攪拌8min；(4)、將得到的混合料投入到TE-65的雙螺桿擠出機(jī)中，熔融擠出，切粒，制備得到復(fù)合材料。
制到的復(fù)合材料其成分為無機(jī)填料80.24％，基體樹脂(高密度聚乙烯)18.16％，鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑1.44％，其他助劑0.16％。
將由實(shí)施例2所制得的復(fù)合材料與高密度聚乙烯分別按1∶1的比例混合，將混合后的粒料分別在CJ80M3V注塑機(jī)中注塑，得到無機(jī)填料含量分別為20％、25％的一系列標(biāo)準(zhǔn)樣條，經(jīng)過各項(xiàng)性能檢測，其測試結(jié)果如表3所示表3

實(shí)例3、(1)、取空心微珠75kg，玻璃纖維12.5kg、云母12.5kg和22.7的高密度聚乙烯分別在干燥機(jī)中進(jìn)行烘干處理，使水分含量小于1％；(2)、取(1)中空心微珠、玻璃纖維、云母放入高混機(jī)GHR中先低速攪拌2分鐘，在攪拌的過程中將0.2kg的EBS、1.8kg的酞酸酯偶聯(lián)劑CT-114[三(二辛基焦磷酰氧基)鈦酸異丙酯]和0.3kg的三氧化二銻按先后順序加入高混機(jī)中(偶聯(lián)劑采用高壓噴嘴噴灑)，之后高速攪拌8min，攪拌溫度在90-105℃；其中酞酸酯偶聯(lián)劑CT-114先放入燒杯中，再量取1.8kg的白油緩慢倒入裝有偶聯(lián)劑CT-114的燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻；(3)、再取(1)中高密度聚乙烯放入高混機(jī)中，與桶內(nèi)物料一起攪拌8min；(4)、將得到的混合料投入到TE-65的雙螺桿擠出機(jī)中，熔融擠出，切粒，制備得到復(fù)合材料。
制得的復(fù)合材料其成分為無機(jī)填料80％，基體樹脂(高密度聚乙烯)18.16％，鈦酸脂偶聯(lián)劑1.44％，其他助劑0.4％。
將由實(shí)施例3所制得的復(fù)合材料與高密度聚乙烯分別按1∶15、1∶7、1∶13/3、1∶3、1∶9/5、1∶5/3混合，將混合后的粒料分別在CJ80M3V注塑機(jī)中注塑，得到無機(jī)填料含量分別為5％、10％、15％、20％、25％、30％的一系列標(biāo)準(zhǔn)樣條，經(jīng)過各項(xiàng)性能檢測，其測試結(jié)果如表4所示表4

應(yīng)用實(shí)例取實(shí)例1、實(shí)例2和實(shí)例3的復(fù)合材料各100kg，分別與300kg的高密度聚乙烯混合，制作直徑為1000mm的纏繞管，其主要指標(biāo)與純高密度聚乙烯纏繞管相比如表5所示。
表5

由此可見，采用該復(fù)合材料不僅能提高環(huán)剛度，而且能降低成本，是一種非常有前途的復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是復(fù)合材料的主要成份為無機(jī)填料、基體樹脂和改性劑，其各成份的重量百分比為無機(jī)填料含量為30.3-92％，改性劑含量為0.3-2％，基體樹脂含量為8-69.7％；其中無機(jī)填料由空心微珠和玻璃纖維、云母、超細(xì)碳酸鈣、玻璃纖維/云母、玻璃纖維/超細(xì)碳酸鈣、云母/超細(xì)碳酸鈣或玻璃纖維/云母/超細(xì)碳酸鈣組成，空心微珠是從粉煤灰中提煉出來，其粒徑在3～10μm；改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、鈦酸酯/鋁酸酯或硅烷偶聯(lián)劑；基體樹脂為高密度聚乙烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是無機(jī)填料含量為70-85％，改性劑含量為0.6-1.5％，基體樹脂含量為15-20％；其中無機(jī)填料由空心微珠與玻璃纖維/云母、玻璃纖維/超細(xì)碳酸鈣、云母/超細(xì)碳酸鈣或玻璃纖維/云母/超細(xì)碳酸鈣組成，空心微珠粒徑在4-6μm；改性劑為CT-114[三(二辛基焦磷酰氧基)鈦酸異丙酯]、鋁酞復(fù)合偶聯(lián)劑或KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是無機(jī)填料由空心微珠與玻璃纖維/云母或玻璃纖維/超細(xì)碳酸鈣組成；改性劑為CT-114[三(二辛基焦磷酰氧基)鈦酸異丙酯]或KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是在無機(jī)填料和改性劑混合時(shí)，加入相對總量的0.1-0.2％(重量比)的潤滑劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是潤滑劑為EBS(乙撐雙硬酯酸酰胺)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的任何一種用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是在無機(jī)填料和改性劑混合時(shí)，加入相對總量的0.1-0.4％(重量比)的輔助助劑，輔助助劑為增韌劑、分散劑、抗靜電劑、有機(jī)阻燃劑、抗氧劑，增容劑中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是輔助助劑為有機(jī)阻燃劑，其用量為相對總量的0.1-0.3％(重量比)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是有機(jī)阻燃劑為三氧化二銻，其用量為相對總量的0.2-0.3％(重量比)。
9.權(quán)利要求1所述的制備聚乙烯管材的復(fù)合材料的生產(chǎn)方法，該方法包括如下步驟(1)、取無機(jī)填料和基體樹脂分別在干燥機(jī)中進(jìn)行烘干處理，使水分含量小于1％，備用；(2)、將空心微珠放入高速混合機(jī)中先低速攪拌2-4分鐘，在攪拌的過程中將改性劑加入高混機(jī)中，之后高速攪拌5-10min，攪拌溫度在80-105℃；(3)、再取烘干備用的基體樹脂放入高速混機(jī)中，與桶內(nèi)物料一起攪拌5-10min，制到混合料；(4)、將混合料投入到雙螺桿擠出機(jī)中，熔融擠出，切粒，制備得到復(fù)合材料。
10.權(quán)利要求9所述的制備聚乙烯管材的復(fù)合材料的生產(chǎn)方法，其特征是改性劑為鈦酸脂或鋁酸脂偶聯(lián)劑時(shí)，用乙醇或白油以1∶1的比例稀釋后加入；改性劑為硅烷偶聯(lián)劑時(shí)在調(diào)節(jié)PH值為4-9的范圍下水解后加入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制備聚乙烯管材的復(fù)合材料，其特征是復(fù)合材料的主要成分為無機(jī)填料、基體樹脂和改性劑，其各成分的重量百分比為無機(jī)填料含量為30.3－92％，改性劑含量為0.3－2％，基體樹脂含量為8－69.7％；其中無機(jī)填料由空心微珠和玻璃纖維、云母、超細(xì)碳酸鈣、玻璃纖維/云母、玻璃纖維/超細(xì)碳酸鈣、云母/超細(xì)碳酸鈣或玻璃纖維/云母/超細(xì)碳酸鈣組成，空心微珠是從粉煤灰中提煉出來，其粒徑在3～10μm；改性劑為鈦酸酯、鋁酸酯、鈦酸酯/鋁酸酯或硅烷偶聯(lián)劑；基體樹脂為高密度聚乙烯。本發(fā)明還涉及復(fù)合材料的生產(chǎn)方法。該復(fù)合材料不僅能提高環(huán)剛度，而且能降低成本，是一種非常有前途的復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C08L23/06GK1542040SQ20031010622
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者譚佃龍, 劉陽, 劉禮華, 田文彤, 唐國強(qiáng), 牟啟東, 王衛(wèi) 申請人:江蘇法爾勝技術(shù)開發(fā)中心