一种用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料制备方法 |
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| 申请号 | CN201510766714.8 | 申请日 | 2015-11-11 | 公开(公告)号 | CN105199210A | 公开(公告)日 | 2015-12-30 |
| 申请人 | 哈尔滨盛洋塑胶材料有限公司; | 发明人 | 郭照军; 刘振雷; 郭宇; 刘明鑫; 张涛; | ||||
| 摘要 | 一种用于 蜂巢 约束系统的聚乙烯改性材料制备方法，它涉及一种聚乙烯改性材料的制备方法。本 发明 的目的是要解决现有聚乙烯塑料产生热 氧 化和光老化后，导致伸长率降低、脆性增加的问题。制备方法：一、以HDPE 树脂 、低温增韧改性剂、抗氧剂、交联改性剂和 润滑剂 为原料制备A组分；二、以LLDPE树脂、引发剂、交联剂和交联催化剂为原料制备B组分；三、以A组分、B组分、润滑剂B和 表面活性剂 为原料，进行密炼挤出得到用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料。本发明主要用于制备于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料制备方法，其特征在于用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料制备方法是按以下步骤完成的： |
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| 说明书全文 | 一种用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种聚乙烯改性材料的制备方法。 背景技术[0002] 随着材料技术、产品性能、功能创新工程方法的不断发展，一种利用聚乙烯改性材料生产蜂巢约束系统产品的技术已经应用在生态护坡领域，这种技术在保留原来其固有优势的同时，现已实现了长期化、民用化和工程化的转变，特别是颠覆性高分子复合合金的开发，在满足长期使用的基础上，采用本发明材料生产蜂巢约束系统产品，不但防止了土体材料流失、滑坡等自然造成的不稳定危害因素，而且是一种稳定土壤、承载护坡、河渠保护、以及植被挡土墙等最有效地解决方案。 [0003] 目前市场上采用的载体材料，是以传统的合成方式采用有水泥、沙土、石材、钢筋等为原料而制成的材料，该种材料应用于水利、海港、公路、铁路、生态护坡、文化旅游景观、国家边境和海岛生态保护等领域，经过风吹雨淋，长期日光爆嗮、冷热温差的交替、特别是我国部分地区山体滑坡、塌方、泥石流等地质灾害的频繁爆发，很多受灾山区边坡裸露，同时由于多年洪水冲刷、致使河岸、农田、地面、植被、植物、地貌等多种破坏，如地面塌陷、水土流失、河道萎缩、行洪能力严重不足等，对所在地区、乡镇的防洪安全构成了严重的威胁。而且材料连接部分均采用钢筋结构，长时间埋地下受土壤酸碱不平衡的侵蚀，容易造成钢筋锈蚀折断，每逢雨季盆地地区经常发生这种地质灾害，给人民财产造成巨大损失，虽然国家花巨资修筑了护坡工程，但是这些工程经常被洪水冲垮，受震动塌方、对人民的财产带来了较大的安全隐患及环境生态的破坏，同时也造成不可估量的损失。虽然诸多的生产厂家为了更好的使用其他材料替代这种材料，并采用聚乙烯树脂生产材料替代这种产品，但是表现出的性能和效果不能十分满意，特别是在抗拉性、耐腐蚀和老化性、屈服强度、冲击性和抗剪切性能等指标均达不到满意的效果，因而限制了其使用范围，因此为进一步拓展聚乙烯在各种行业的应用领域，因此急需一种能够解决上述缺陷的新型聚乙烯改性产品出现。 [0004] 聚乙烯塑料无毒、无味、无臭，其分子结构以其线性主链为特征，具有强度高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒等优点，还具有良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂等，但是聚乙烯性能因支链的增加、分子结构上和聚合物中所含的微量杂质等内因，以及受大气环境和成型加工条件等外因的影响，会产生热氧和光老化、伸长率降低、脆性增加等问题，这些问题是受日光中紫外线的照射和空气中氧的作用，使其分子中的羰基含量增加而发生光氧老化作用，这种光氧老化作用它可使聚乙烯分子解聚，并生成一部分支链体型结构，结果导致聚乙烯发生降解反应，而使其性能变坏乃至完全失去使用价值。 发明内容[0005] 本发明的目的是要解决现有聚乙烯塑料产生热氧化和光老化后，导致伸长率降低、脆性增加的问题，而提供一种用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料制备方法。 [0006] 一种用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料制备方法，具体是按以下步骤完成的： [0007] 一、制备A组分：将20～70份HDPE树脂、6～10份低温增韧改性剂、0.2～0.4份抗氧剂、0.9～1.3份交联改性剂和1～3份润滑剂混合均匀，得到混合物A，将混合物A转移至混合机中混炼，混炼温度为140～180℃，混炼时间5min～20min，得到A组分； [0008] 二、制备B组分：按8～15份LLDPE树脂、0.1～0.15份引发剂、0.1～0.15份交联剂和0.2～0.4份交联催化剂，称量后投入混合机中，在转速为30r/min～40r/min下混合5min～10min，得到混合物B，将混合物B投入SHJ系列双螺杆挤出机中，SHJ系列双螺杆挤出机的运行参数如下：一区温度为150℃，二区温度为160℃，三区温度为165℃，四区温度为170℃，五区温度为180℃，六区温度为190℃，模头温度为180～190℃，螺杆转速为30r/min，挤出的料条经水槽冷却后烘干，切粒后得到B组分； [0009] 三、密炼挤出：将A组分、B组分、润滑剂B和表面活性剂依次加入混料机中，掺混5min～10min，然后转移至高混机中，在温度为50～60℃和转速为30r/min～40r/min下混合5min～10min，得到混合物C，混合物C经过平行双螺杆挤出机依次进行挤出、拉伸和冷却制粒得到用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料；所述的平行双螺杆挤出机在挤出过程中从料口到口模处的工艺温度分别为：1区温度为160～165℃，2区温度为165～170℃，3区温度为175～180℃，4区温度为180～185℃，5区温度为185～190℃，6区温度为195～ 205℃，熔体压力为2MPa～10MPa；步骤三中所述的A组分与B组分的质量比为75:25；步骤三中所述的A组分与润滑剂B的质量比为75:(1～3)；步骤三中所述的A组分与表面活性剂的质量比为75:(5～10)。 [0010] 本发明优点： [0011] 一、本发明提供的在线性分子中将高分子长链之间通过键键相互链接，使高分子线性结构变成网状结构来改变或者改善原来高分子聚合物的一种化学改性的工艺实施方法，其关键的点是在原来PE树脂交联改性的基础上，注重了混料的工艺，通过熔融共混法，以乙烯三甲氧基硅烷为交联剂，以过氧化二异丙苯为引发剂，以三羟甲基丙烷为表面活性剂，以三烯丙基异三聚氰酸酯为交联改性剂，以聚乙烯热塑弹性体为低温增韧改性剂，制备了交联接枝改性聚乙烯材料，即用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料，以促进调节聚合物分子链间共价键或离子键形成，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构，有效地保证了材料的弹性和强度。 [0012] 二、未改性的聚乙烯塑料由于分子结构不整齐高温稳定性差，缺乏延展性，通过改性的原理将分散粒子的应力集中和引发粒子周围的树脂产生银纹和剪切带作用，吸收大量的能量同时，刚性粒子又阻止裂纹的扩展钝化和终止裂纹，达到增韧的目的。因此本发明制备的用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料冲击强度提高了80％，拉伸强度提高了62％，改善了负载性能，承受10倍以上的循环负荷，减少负应力超过30％，屈服强度达到23.2MPa是一种优异的的蜂巢约束系统护坡网的结构材料。 [0013] 三、聚乙烯树脂在改性生产是一个循环过程，即在一个循环的过程中，熔体流动速率和方向在一个混炼段内，会发生多次改变，这样就促进了分散的目的，不同组分的混合过程，就是一个分子的扩散过程，实际上分子链相互扩散过程，是受分子链之间制约的，分子间作用力的大小，都会形成不对称的流动，两种流动性不同的原料，在混料的中流动差异，直接影响到产品的质量与性能指标的差异，导致产品的性能下降，因此本发明通过交联改性，将助剂材料进行表面处理，使材料的化学基团形成牢固的化学键，通过反应原理，将单项体系形成多相体系，将不同性质的材料牢固的结合起来，改善分散性与流变性能，提高抗冲强度，降低材料脆性，从刚性材料到生产出韧性材料，提高了材料的耐冲击性。 [0014] 四、PE树脂在饱和烃链中，没有官能团，另一个受短支链增加、密度降低影响的性能是抗蠕变性或承受荷重的能力。这个性能在聚合物的使用上同样非常重要。只要密度稍稍下降一点，抗蠕变性就得到很大的改善。本发明制备的用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料增加乙烯的短支链，降低乙烯的密度而得益最大的就是提高了ESCR性能和抗蠕变性。化学交联的主要功能是过氧化物受热分解为化学性能很高的游离基，这些游离基多去聚合物分子中的氢原子，使聚合物主链变为活性游离基，两种大分子链游离基相互结合就可产生交联，产生的聚烯烃大的自由基结合而形成C-C键，将烷氧基硅烷部分嵌入到聚烯烃结构中，从而水解和缩合在催化剂存在下，官能团的聚烯烃可以通过硅氧烷键(Si-O-Si)，形成三维网状结构，形成稳定的分子结构，提高了耐老化性，限制了材料的降解。 具体实施方式[0015] 具体实施方式一：本实施方式是一种用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料制备方法，具体是按以下步骤完成的： [0016] 一、制备A组分：将20～70份HDPE树脂、6～10份低温增韧改性剂、0.2～0.4份抗氧剂、0.9～1.3份交联改性剂和1～3份润滑剂混合均匀，得到混合物A，将混合物A转移至混合机中混炼，混炼温度为140～180℃，混炼时间5min～20min，得到A组分； [0017] 二、制备B组分：按8～15份LLDPE树脂、0.1～0.15份引发剂、0.1～0.15份交联剂和0.2～0.4份交联催化剂，称量后投入混合机中，在转速为30r/min～40r/min下混合5min～10min，得到混合物B，将混合物B投入SHJ系列双螺杆挤出机中，SHJ系列双螺杆挤出机的运行参数如下：一区温度为150℃，二区温度为160℃，三区温度为165℃，四区温度为170℃，五区温度为180℃，六区温度为190℃，模头温度为180～190℃，螺杆转速为30r/min，挤出的料条经水槽冷却后烘干，切粒后得到B组分； [0018] 三、密炼挤出：将A组分、B组分、润滑剂B和表面活性剂依次加入混料机中，掺混5min～10min，然后转移至高混机中，在温度为50～60℃和转速为30r/min～40r/min下混合5min～10min，得到混合物C，混合物C经过平行双螺杆挤出机依次进行挤出、拉伸和冷却制粒得到用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料；所述的平行双螺杆挤出机在挤出过程中从料口到口模处的工艺温度分别为：1区温度为160～165℃，2区温度为165～170℃，3区温度为175～180℃，4区温度为180～185℃，5区温度为185～190℃，6区温度为195～ 205℃，熔体压力为2MPa～10MPa；步骤三中所述的A组分与B组分的质量比为75:25；步骤三中所述的A组分与润滑剂B的质量比为75:(1～3)；步骤三中所述的A组分与表面活性剂的质量比为75:(5～10)。 [0019] 本实施方式原理：通过采用接枝交联的的改性工艺制造方法，加入高分子弹性体使之与树脂混炼后，以网状的形式均匀分布在被改性树脂的基材中，与其组成多相体系，当冲击力(冲击、震动)作用时，可以通过这些弹性体的颗粒或网状阻尼作用使之减弱，从而提高制品的冲击强度，增加了产品的低温增韧性和耐老化降解性。本发明的关键是是通过一定的化学改性原理，将二维结构材料转变为三维结构材料的工艺方法，采用集中或分散负载作用下，用聚乙烯改性材料生产三维蜂巢结构产品，以达到延展性、耐老化性、控制水流的剪切、横向与纵向运动的特点，提供额外稳定性抵御重力、水力和浮力，保证生产的产品结构材料的稳定性，达到锁固土壤表层已防土体滑坡和防冲蚀目的。 [0020] 本实施方式制备的用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料具有的高强度，低吸水，耐腐蚀的特点，选用改性聚烯烃为原材料、纤维、弹性体等为基础原料的生产蜂巢约束系统的改性材料，采用这种改性材料生产的蜂巢约束系统的产品，是一种聚合物宽带经超声波焊接而成的蜂巢式三维网状物，此种材料具有适合各种软土、寒暑无阻、可以改善负载性能、透水保湿、减少径流、自成排水减压结构，适应持续或间歇式水流，可以改变河渠的几何形状，调控水流、以柔性结构的形式吸收水流与浪涌冲击力，涵养水土减少热岛效应，此种材料系统可以承受10倍以上循环负荷，减少负荷应力超过30％ing可以弥补土壤抗拉强度，增加土壤的抗剪切强度，更适应基础的微型变形,解决了长时间埋于地下而出现的多种弊病，达到了锁固土壤表层防冲蚀目的，是即木材、钢材、混凝土之后的第四大新材料。 [0021] 本实施方式提供的在线性分子中将高分子长链之间通过键键相互链接，使高分子线性结构变成网状结构来改变或者改善原来高分子聚合物的一种化学改性的工艺实施方法，其关键的点是在原来PE树脂交联改性的基础上，注重了混料的工艺，通过熔融共混法，以乙烯三甲氧基硅烷为交联剂，以过氧化二异丙苯为引发剂，以三羟甲基丙烷为表面活性剂，以三烯丙基异三聚氰酸酯为交联改性剂，以聚乙烯热塑弹性体为低温增韧改性剂，制备了交联接枝改性聚乙烯材料，即用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料，以促进调节聚合物分子链间共价键或离子键形成，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构，有效地保证了材料的弹性和强度。 [0022] 未改性的聚乙烯塑料由于分子结构不整齐高温稳定性差，缺乏延展性，通过改性的原理将分散粒子的应力集中和引发粒子周围的树脂产生银纹和剪切带作用，吸收大量的能量同时，刚性粒子又阻止裂纹的扩展钝化和终止裂纹，达到增韧的目的。因此本实施方式制备的用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料冲击强度提高了80％，拉伸强度提高了62％，改善了负载性能，承受10倍以上的循环负荷，减少负应力超过30％，屈服强度达到23.2MPa是一种优异的的蜂巢约束系统护坡网的结构材料。 [0023] 聚乙烯树脂在改性生产是一个循环过程，即在一个循环的过程中，熔体流动速率和方向在一个混炼段内，会发生多次改变，这样就促进了分散的目的，不同组分的混合过程，就是一个分子的扩散过程，实际上分子链相互扩散过程，是受分子链之间制约的，分子间作用力的大小，都会形成不对称的流动，两种流动性不同的原料，在混料的中流动差异，直接影响到产品的质量与性能指标的差异，导致产品的性能下降，因此本实施方式通过交联改性，将助剂材料进行表面处理，使材料的化学基团形成牢固的化学键，通过反应原理，将单项体系形成多相体系，将不同性质的材料牢固的结合起来，改善分散性与流变性能，提高抗冲强度，降低材料脆性，从刚性材料到生产出韧性材料，提高了材料的耐冲击性。 [0024] PE树脂在饱和烃链中，没有官能团，另一个受短支链增加、密度降低影响的性能是抗蠕变性或承受荷重的能力。这个性能在聚合物的使用上同样非常重要。只要密度稍稍下降一点，抗蠕变性就得到很大的改善。本实施方式制备的用于蜂巢约束系统的聚乙烯改性材料增加乙烯的短支链，降低乙烯的密度而得益最大的就是提高了ESCR性能和抗蠕变性。化学交联的主要功能是过氧化物受热分解为化学性能很高的游离基，这些游离基多去聚合物分子中的氢原子，使聚合物主链变为活性游离基，两种大分子链游离基相互结合就可产生交联，产生的聚烯烃大的自由基结合而形成C-C键，将烷氧基硅烷部分嵌入到聚烯烃结构中，从而水解和缩合在催化剂存在下，官能团的聚烯烃可以通过硅氧烷键(Si-O-Si)，形成三维网状结构，形成稳定的分子结构，提高了耐老化性，限制了材料的降解。 [0025] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中将60～70份HDPE树脂、9～10份低温增韧改性剂、0.2～0.3份抗氧剂、0.9～1.3份交联改性剂和1～3份润滑剂A混合均匀，得到混合物A。其他与具体实施方式一相同。 [0026] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所-1述的HDPE树脂为流体流动速率为7.98g/10min 的高密度聚乙烯。其他与具体实施方式一或二相同。 [0027] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的交联改性剂为三烯丙基异三聚氰酸酯。其他与具体实施方式一至三相同。 [0028] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中所述的所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。其他与具体实施方式一至四相同。 [0029] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的润滑剂A为乙撑双硬脂酸酰胺。其他与具体实施方式一至五相同。 [0030] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤一中所述的低温增韧改性剂为聚乙烯热塑弹性体。其他与具体实施方式一至六相同。 [0031] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中按10～15份LLDPE树脂、0.15份引发剂、0.15份交联剂和0.2～0.3份交联催化剂称量后投入混合机中，在转速为30r/min～35r/min混合5min～10min，得到混合物B。其他与具体实施方式一至七相同。 [0032] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中所-1述的LLDPE树脂为流体流动速率为0.16g/10min 的线性低密度聚乙烯。其他与具体实施方式一至八相同。 [0033] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤二中所述的交联催化剂为二月桂酸二正丁基锡。其他与具体实施方式一至九相同。 [0034] 具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：步骤二中所述的交联剂为乙烯三甲氧基硅烷。其他与具体实施方式一至十相同。； [0035] 具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同点是：步骤二中所述的引发剂为过氧化二异丙苯。其他与具体实施方式一至十一相同。 [0036] 具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同点是：步骤三中所述的表面活性剂为三羟甲基丙烷。其他与具体实施方式一至十二相同。 [0037] 具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同点是：步骤三中所述的润滑剂B为乙撑双硬脂酸酰胺。其他与具体实施方式一至十三相同。 [0038] 本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。 |
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