一種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，由以下組分按照重量份數(shù)制備而成：聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯(HDPE)100份，硅酮粉1-5份，彈性體接枝物增韌改性劑5-10份，抗氧劑10100.5-1份；微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30-56份，氧化鋅(細(xì)度≥800目)60-66份，蒙脫土2-3份，鈦酸酯偶聯(lián)劑2-3份；PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70-80/30-20。本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明制備的復(fù)合材料解決傳統(tǒng)的油氣集輸管道在使用過程中存在的腐蝕、磨損問題。配方體系中硅酮粉不僅改善體系的流動性，還能增加體系的韌性；同樣，彈性體接枝物可以改善PP基體和微晶陶瓷的界面結(jié)合強度，提高復(fù)合材料力學(xué)強度，同時還對基體起到增韌作用。
【專利說明】一種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及樹脂基陶瓷復(fù)合材料及其制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種具有高防腐、 高強度、高耐溫、高耐磨等特殊性能的功能化、高性能復(fù)合新材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國石油、天然氣資源的輸送主要依靠管道來實現(xiàn)，管道一般為鋼制螺旋焊管。由 于管道穿越的地形復(fù)雜，所處環(huán)境不僅在空間上不同，而且還會隨時間的變化遭受各種介 質(zhì)的侵蝕。這些管道的泄露事故中有28%是由于腐蝕穿孔造成的。管道的腐蝕不僅會造成 因穿孔而引起的油、氣跑漏損失，引起火災(zāi)等，而且還有維修帶來的材料和人力的浪費。 [0003] 本發(fā)明的復(fù)合材料主要針對油氣輸送管道特別是海洋油氣輸送管道的海水腐蝕 問題，這種復(fù)合材料可用于鋼塑復(fù)合管道的內(nèi)外層塑管，復(fù)合材料吸收濕氣使鋅粉離子化， 對金屬起電化學(xué)保護(hù)作用，同時具有很好的耐磨和耐溫性能。
[0004] 一般而言，通常在聚合復(fù)合材料中加入填料，以取代昂貴的聚合物成分，或改善復(fù) 合材料整體的特定性能，或者同時實現(xiàn)這兩個目的。通常，為了對性能產(chǎn)生明顯的影響，必 需采用大量的填料。然而，大量填料的加入在使復(fù)合材料的至少一種力學(xué)性能增強的同時， 經(jīng)常會對其它的力學(xué)性能產(chǎn)生不利的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料 及其制備方法。
[0006] 具體的技術(shù)方案如下：
[0007] -種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，由以下組分按照重量份數(shù)制備而成：
[0008] 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉1-5份，彈性體接枝物 增韌改性劑5-10份，抗氧劑1010 0. 5-1份
[0009] 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30-56份，氧化鋅（細(xì)度彡800目）60-66份，蒙 脫土 2-3份，鈦酸酯偶聯(lián)劑2-3份；
[0010] PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70-80/30-20
[0011] 在上述方案的基礎(chǔ)上，一種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，由以下組分按照重量份數(shù) 制備而成：
[0012] 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉3份，彈性體接枝物增 韌改性劑5份，抗氧劑1010 0. 5份
[0013] 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30份，氧化鋅（細(xì)度彡800目）60份，蒙脫土 2 份，鈦酸酯偶聯(lián)劑2份；
[0014] PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70/30
[0015] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述硅酮粉為聚硅氧烷聚合物，平均粒徑3?8ym。
[0016] 在上述方案的基礎(chǔ)上，所述鈦酸酯偶聯(lián)劑為三異硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS);彈 性體接枝物增韌改性劑為馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體（POE)，接枝率0. 8-1. 2%。
[0017] -種如上所述的聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，具體的制備方法如下：
[0018] 1)按量稱取微晶陶瓷體系中各組分，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片 轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，溫度多100°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0019] 2)按量稱取高密度聚乙烯（HDPE)、彈性體接枝物增韌改性劑、硅酮粉、抗氧劑 1010等組份放入高速捏合機中，然后按量加入步驟1)制備的微晶陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行高速 共混；高速捏合機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，捏合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形 成混合料，冷卻至室溫；
[0020] 3)將混合料放入反應(yīng)型雙螺桿共混擠出造粒機中進(jìn)行反應(yīng)性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術(shù)參數(shù)是：擠出溫度控制區(qū)段多6段，溫度梯度范圍70-220°C，螺桿轉(zhuǎn) 速彡360r/min，螺桿直徑彡30mm，長徑比L/D= 30,物料在機筒中的平均停留時間為8? lOmin.將擠出后的共混復(fù)合材料進(jìn)行以水冷切粒方式進(jìn)行造粒。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明制備的復(fù)合材料解決傳統(tǒng)的油氣集輸管道在使用過程 中存在的腐蝕、磨損問題。配方體系中硅酮粉不僅改善體系的流動性，還能增加體系的韌 性；同樣，彈性體接枝物可以改善PP基體和微晶陶瓷的界面結(jié)合強度，提高復(fù)合材料力學(xué) 強度，同時還對基體起到增韌作用。總之，復(fù)合材料中各組分相互作用，充分發(fā)揮各組份的 增韌和增強作用，成為制備高強度、高韌性、高耐磨復(fù)合材料的關(guān)鍵。

【具體實施方式】
[0022] 以下實施例僅用于對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并不是用來限制本發(fā)明的范圍。
[0023] 硅酸鹽類微晶陶瓷英杰惠能（北京）能源新技術(shù)有限公司與青島科技大學(xué)高分子 工程材料研宄所合作生產(chǎn)，商品名：蓋世盾類微晶無機陶瓷粉體
[0024] 氧化鋅天津市大茂化學(xué)試劑廠
[0025] 蒙脫土上海譜振生物科技有限公司
[0026] 三異硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS)浙江沸點化工有限公司
[0027]PE中石化茂名
[0028] 硅酮粉星貝達(dá)（北京）化工材料有限公司
[0029] 馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體（P0E)南京德巴高分子材料有限公司
[0030] 抗氧劑1010湖北興銀化工有限公司
[0031] 捏合機南通福斯特機械制造有限公司型號10L
[0032] 反應(yīng)型雙螺桿共混擠出造粒機南京聚力化工機械有限公司型號SHJ-65B
[0033] 實施例1
[0034] -種復(fù)合材料，具體的制備方法如下：
[0035] 1)稱取硅酸鹽類微晶陶瓷30kg，氧化鋅（細(xì)度彡800目）60kg，蒙脫土 2kg，三異 硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS) 2kg，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/ 分，捏合機溫度ll〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0036] 2)將重量組分為高密度聚乙烯（HDPE) 100kg、馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體 (POE) 5kg、娃酮粉2kg、1010抗氧劑0. 4kg等組份混合，從混合物中取出75kg，與步驟1中制 備的復(fù)配材料20kg，放入高速捏合機中，進(jìn)行高速共混。高速捏合機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，捏 合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料，冷卻至室溫。
[0037] 3)將混合料放入反應(yīng)型雙螺桿共混擠出造粒機中進(jìn)行反應(yīng)性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術(shù)參數(shù)是：擠出溫度控制區(qū)段6段，溫度梯度范圍110、150、160、170、 180、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速200r/min，螺桿直徑30mm，長徑比L/D= 30,物料在機筒中的停留時間 為8min，將擠出后的共混復(fù)合材料進(jìn)行以水冷切粒方式進(jìn)行造粒、包裝。
[0038] 實施例2
[0039] -種復(fù)合材料，具體的制備方法如下：
[0040] 1)稱取硅酸鹽類微晶陶瓷30kg，氧化鋅（細(xì)度彡800目）60kg，蒙脫土 2kg，三異 硬脂?；佀岙惐ィ═TS) 2kg，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/ 分，捏合機溫度l〇〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0041] 2)將重量組分為高密度聚乙烯（HDPE) 100kg、馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體 (POE) 5kg、娃酮粉2kg、1010抗氧劑0. 4kg等組份混合，從該混合物中取出70kg與步驟1中 制備的復(fù)配材料30kg，放入高速捏合機進(jìn)行高速共混。高速捏合機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，捏 合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料，冷卻至室溫。
[0042] 3)將混合料放入反應(yīng)型雙螺桿共混擠出造粒機中進(jìn)行反應(yīng)性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術(shù)參數(shù)是：擠出溫度控制區(qū)段6段，溫度梯度范圍110、150、160、170、 180、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速200r/min，螺桿直徑30mm，長徑比L/D= 30,物料在機筒中的停留時間 為9min，將擠出后的共混復(fù)合材料進(jìn)行以水冷切粒方式進(jìn)行造粒、包裝。
[0043] 實施例3
[0044] -種復(fù)合材料，具體的制備方法如下：
[0045] 1)稱取硅酸鹽類微晶陶瓷30kg，氧化鋅（細(xì)度彡800目）60kg，蒙脫土 2kg，三異 硬脂?；佀岙惐ィ═TS) 2kg，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/ 分，捏合機溫度l〇〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0046] 2)將重量組分為高密度聚乙烯（HDPE)80kg、馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體 (POE) 8kg、硅酮粉2kg、1010抗氧劑0. 4kg等組份混合，從該混合物中取出80kg與步驟1中 制備的復(fù)配材料20kg，按比例放入高速捏合機中，進(jìn)行高速共混。高速捏合機轉(zhuǎn)速為1000 轉(zhuǎn)/分，捏合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料，冷卻至室溫。
[0047] 3)將混合料放入反應(yīng)型雙螺桿共混擠出造粒機中進(jìn)行反應(yīng)性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術(shù)參數(shù)是：擠出溫度控制區(qū)段6段，溫度梯度范圍110、150、160、170、 180、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速200r/min，螺桿直徑30mm，長徑比L/D= 40,物料在機筒中的停留時間 為lOmin，將擠出后的共混復(fù)合材料進(jìn)行以水冷切粒方式進(jìn)行造粒、包裝。
[0048] 實施例4
[0049] 耐高溫和低溫的實驗：
[0050] 測定高低溫狀態(tài)下的力學(xué)性能，特別是低溫沖擊強度：依據(jù)GB/T2490-2007和GB/ T17748-2008標(biāo)準(zhǔn)，耐熱性用維卡軟化點表征，依照GB/T8802-2001熱塑性塑料管材、管件 維卡軟化溫度的測定，測試結(jié)果如表1所示。
[0051] 表1:復(fù)合材料力學(xué)性能和軟化點測試結(jié)果
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，其特征在于：由以下組分按照重量份數(shù)制備而成： 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉1-5份，彈性體接枝物增韌 改性劑5-10份，抗氧劑1010 0. 5-1份 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30-56份，氧化鋅（細(xì)度多800目）60-66份，蒙脫土 2-3份，鈦酸酯偶聯(lián)劑2-3份； PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70-80/30-20。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，其特征在于：由以下組分按 照重量份數(shù)制備而成： 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉3份，彈性體接枝物增韌改 性劑5份，抗氧劑1010 0.5份 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30份，氧化鋅（細(xì)度多800目）60份，蒙脫土 2份， 鈦酸酯偶聯(lián)劑2份； PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70/30。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，其特征在于：所述硅酮粉為 聚硅氧烷聚合物，平均粒徑3?8 y m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，其特征在于：所述鈦酸酯偶 聯(lián)劑為三異硬脂?；佀岙惐ィ═TS);彈性體接枝物增韌改性劑為馬來酸酐功能化的聚 烯烴彈性體（POE)，接枝率0. 8-1. 2 %。
5. -種如權(quán)利要求3或4所述的聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料，其特征在于：具體的制備 方法如下： 1) 按量稱取微晶陶瓷體系中各組分，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉(zhuǎn)速 1000轉(zhuǎn)/分，溫度多l(xiāng)〇〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫； 2) 按量稱取高密度聚乙烯（HDPE)、彈性體接枝物增韌改性劑、硅酮粉、抗氧劑1010等 組份放入高速捏合機中，然后按量加入步驟1)制備的微晶陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行高速共混；高 速捏合機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，捏合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料， 冷卻至室溫； 3) 將混合料放入反應(yīng)型雙螺桿共混擠出造粒機中進(jìn)行反應(yīng)性共混、擠出造粒。其擠 出過程中的工藝技術(shù)參數(shù)是：擠出溫度控制區(qū)段多6段，溫度梯度范圍70-220°C，螺桿 轉(zhuǎn)速彡360r/min，螺桿直徑彡30mm，長徑比L/D = 30,物料在機筒中的平均停留時間為 8-10min.將擠出后的共混復(fù)合材料進(jìn)行以水冷切粒方式進(jìn)行造粒。
6. 權(quán)利要求5制備的聚乙烯微晶陶瓷復(fù)合材料用作管道防腐高耐磨材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的防腐材料，其特征在于：用作金屬管道的內(nèi)襯或外部防腐材 料。
【文檔編號】C08K3/22GK104448505SQ201410842832
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】潘炯璽, 邱桂學(xué), 謝雁, 孟北, 徐軍, 李寧, 潘云祥, 周澤衡 申請人:青島科技大學(xué)