[发明专利]一种抗氧化高密度聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗氧化高密度聚乙烯复合材料，由高密度聚乙烯、炭黑、复合抗氧剂、表面改性剂、无机填料以及流动助剂组成；各组分重量分数配比为：高密度聚乙烯：70‑90；炭黑：2‑2.5；复合抗氧剂：0.5‑2.5；表面改性剂：3‑14；无机填料：4‑10；流动助剂：0.5‑1。本发明制备的抗氧化高密度聚乙烯复合粉末流动性能好、抗氧化性能优异、适用于激光选区烧结制备管道配件。

技术领域

本发明涉及3D打印材料领域，尤其涉及一种抗氧化高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

海水系统是核电热量导出的重要环节，核电站通常利用海水作为循环水系统冷源冷却核电设备。核级循环水系统一般采用金属管道作为供水管网，由于海水中存在大量的氯离子和其他盐类离子，容易造成金属管道腐蚀。据不完全统计，每年国内钢管受海水腐蚀直接经济损失2000多亿，全球钢管受海水腐蚀氧化经济损失数千亿美元，管道腐蚀问题尤为严重，长期困扰在役核电站安全运行。

高密度聚乙烯(HDPE)是一种结晶性的高分子材料，价格低廉，力学性能优异，在室温条件下，不溶于有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀，化学性能稳定，低温抗冲击性、抗环境应力开裂性优异。高密度聚乙烯材料具有良好的耐海水腐蚀和耐生物侵蚀能力，已成为沿海核电站海水系统中金属管道极佳的替代材料。但是，由于高密度聚乙烯材料受到热、光、氧以及酸碱环境作用下会发生严重的氧化，导致分子结构变化，逐渐变脆，机械性能和抗老化性能下降，缩短使用寿命。除此之外，由于传统工艺开模成本高，生产周期长，复杂结构加工困难等原因，使得高密度聚乙烯复杂异形管件成型工艺复杂、制造难度大，限制了高密度聚乙烯材料在核电站循环水冷却系统中大范围推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服高密度聚乙烯材料氧化性能差以及成型工艺复杂的缺点，提供一种抗氧化高密度聚乙烯复合材料。本发明通过粉末改性，提高高密度聚乙烯材料的抗氧化性能。

本发明的另一目的在于提供一种抗氧化高密度聚乙烯复合材料的制备方法。

本发明的目的能够通过以下技术方案实现：

一种抗氧化高密度聚乙烯复合材料，由高密度聚乙烯、炭黑、复合抗氧剂、表面改性剂、无机填料以及流动助剂组成。

所述高密度聚乙烯复合粉末按组分重量份数计为：

高密度聚乙烯：70-90；

炭黑：2-2.5；

复合抗氧剂：0.5-2.5；

表面改性剂：3-14；

无机填料：4-10；

流动助剂：0.5-1。

优选地，所述的高密度聚乙烯材料为等级100的高密度聚乙烯原料，密度为0.941-0.965g/cm³，分子量在40000～300000范围内。在循环水温为20℃情况下，环向抗拉强度的最小强度不小于10Mpa，即MRS10Mpa。

优选地，所述的炭黑为P型炭黑，炭黑颗粒小于25nm，炭黑分散度能达到微观分散等级3。

P型炭黑目的在于抗老化和调色，在存放和使用过程中，由于空气中氧气和紫外线的作用，本色高密度聚乙烯管材容易发生老化降解、机械性能下降等现象，P型炭黑作为最好的光吸收剂和光屏蔽剂，能有效地提高高密度聚乙烯材料的抗紫外线和抗老化性能。

优选地，所述的复合抗氧剂由酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂组成，优选酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯抗氧剂168，酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂按照1：1配比。

酚类抗氧剂属于主抗氧剂，亚磷酸酯抗氧剂为辅助抗氧剂，两种抗氧剂符合使用具有强烈的协同作用，能有效地解决高密度聚乙烯材料激光选区烧结过程中热氧化问题。