[发明专利]一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法。

背景技术

    随着科技的快速进步，各种新的材料被应用到了生活及工业领域。碳纤维(CF)是先进复合材料中最重要最先进的增强材料之一，由于具有高强度、高比模量、优异的热物理性能、化学稳定性能和阻尼减震降噪性能，其与树脂、橡胶、陶瓷、玻璃、金属复合后可制作各种结构材料和绝热材料，应用于宇航的火箭、卫星、导弹、飞机等高技术领域，在汽车、机械、化工、体育、医疗等行业的用途也日益扩大。高密度聚乙烯(PE．HD)是一种结晶度高、非极性、价格低廉的通用热塑性树脂。PE-HD具有优良的成型加工性能，能耐大多数化学药品，不吸湿并具有良好的防水蒸气性，可用作包装材料，在常温甚至在-40℃低温下均具有极好的耐冲击性。但PE-HD受强度较低、硬度低、耐环境应力开裂性能差等限制，不能广泛用作结构材料。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法。

一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1） 首先，用偶联剂溶液避光混合浸润HGB 1h；然后滤掉处理液，再用等离子水淋洗3~5次；烘干后冷却备用；

（2） 将PE-HD置于开放式塑炼机中混合，直至PE-HD完全包裹在辊筒上呈透明状时，加入CF；

（3） 约10min之后添加HGB，再进行混合10min；在塑炼中对包辊物料实行切割和翻滚，使物料交叉叠合、重新分配，待料片色泽均匀、表面光滑时，减小辊距，薄通4~5次，拉片下辊，将片料用粉碎机粉碎成粒料。

本发明所述的一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述偶联剂为KH-560溶液。

本发明所述的一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述烘干温度为80℃。

本发明所述的一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述混合时间为10min。

本发明所述的一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述塑炼机的辊距l~2mm，温度135-145℃，两辊间存在温差3~5℃。

本发明所述的一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，通过对制备工艺的改进，使得制得的复合材料获得了较好的力学性能，使其具阻燃性、电绝缘性得到提高，且原料价格低廉，过程简单易于操作，具有极大的市场价值。

具体实施方式

一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1） 首先，用偶联剂溶液避光混合浸润HGB 1h；然后滤掉处理液，再用等离子水淋洗3~5次；烘干后冷却备用；

（2） 将PE-HD置于开放式塑炼机中混合，直至PE-HD完全包裹在辊筒上呈透明状时，加入CF；

（3） 约10min之后添加HGB，再进行混合10min；在塑炼中对包辊物料实行切割和翻滚，使物料交叉叠合、重新分配，待料片色泽均匀、表面光滑时，减小辊距，薄通4~5次，拉片下辊，将片料用粉碎机粉碎成粒料。

本发明所述的一种高密度聚乙烯三元复合材料的制备方法，步骤（1）中所述偶联剂为KH-560溶液。步骤（1）中所述烘干温度为80℃。步骤（2）中所述混合时间为10min。步骤（2）中所述塑炼机的辊距l~2mm，温度135-145℃，两辊间存在温差3~5℃。随CF用量的增加，复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量逐渐增大。当CF用量达到2份时，复合材料弯曲强度和弯曲弹性模量达到最大，其值分别为66.44和6208.32MPa，较纯PE-HD分别提高约210.47％和733.94％。同时可知，CF用量在15-20份时，弯曲性能增大趋势最为明显。随CF用量的增加，复合材料缺口冲击强度逐渐降低，当CF用量为25份时最低，由8.75kJ／m²下降至7.19kJ／m²，下降了17.83％。因为CF分布在PE-HD中，严重影响了PE-HD整体的规整性，基体连续性变差，易出现应力集中，导致冲击性能下降。随着HGB用量的增加，三元复合材料的拉伸和弯曲强度先升高后降低。当HGB用量为10份时，三元复合材料的拉伸强度达到最大，为46.98MPa，较纯PE-HD提高了76.48％，较未加HGB时的PE-HD／CF复合材料提高了7.19％。弯曲强度同样在HGB用量为10份时达到最大，为45.69 MPa，较纯PE-HD提高了113.5％，较未加HGB时的PE-HD／CF复合材料提高了4.17％。较少的HGB在PE-HD／CF体系中的分布稀疏，与体系的混合均匀程度较差，因此影响三者之间的界面结合性能，当材料受到外力作用时，刚性粒子在基体中不会发生形变、破坏等，因而不能吸收冲击能量，从而使复合材料的冲击性能变差。HGB粒子在基体中受到应力发生形变、破坏等，从而吸收冲击能量，提高冲击性能。同时，随着HGB用量的增加，HGB在基体中分散均匀，其周围的树脂基体相当于在均匀分散的HGB粒子周围嵌入了具有良好界面结合和一定厚度的柔性界面相，以便在材料经受破坏时既能引发银纹，终止裂缝扩展，同时在一定形态结构下引发基体的剪切屈服，从而消耗大量的冲击能量，又能较好地传递所承受的外力，达到既增强又增韧的目的。HGB的加入会影响PE-HD的结晶情况，其机理是HGB细化了PE-HD的晶粒。这也是HGB能够提高复合材料拉伸和弯曲强度的原因之一。