專利名稱：一種高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚乙烯復(fù)合材料，特別涉及一種高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料及其制備方法。
中高分子量聚乙烯，是一種性能較好的熱塑性工程塑料，具有高強(qiáng)度、低摩擦系數(shù)、自潤滑、耐腐蝕、耐疲勞、耐老化、抗沖擊性能和耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能等等，適用范圍廣泛；但在用于輸送高固體顆粒含量液體如泥漿、水煤漿等用途時，由于高含量固體顆粒的強(qiáng)烈沖刷作用，它的耐磨性還有待進(jìn)一步提高，同時，為了提高性能價格比，在降低管材的壁厚時，其模量和剛度也嫌不足，加工性能也有待提高，作為長期使用的輸送液體介質(zhì)管材，其蠕變性能也有待提高。通常采用微米級無機(jī)物填充改性的方法來改善其尺寸穩(wěn)定性和提高剛度，但導(dǎo)致材料強(qiáng)度特別是沖擊韌性下降。聚合物納米復(fù)合材料因其納米尺寸效應(yīng)(至少一維小于100納米)而產(chǎn)生很強(qiáng)的界面作用，將無機(jī)物的性能與聚合物的性能完美的結(jié)合在一起，得到綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料。由于納米尺度效應(yīng)，大的比表面積以及強(qiáng)的界面相互作用，聚合物納米復(fù)合材料的性能優(yōu)于相同組分常規(guī)聚合物復(fù)合材料的物理力學(xué)性能。將無機(jī)分散相的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與聚合物基體的韌性、優(yōu)良的加工性及介電性完美地結(jié)合起來，從而獲得性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料。不僅如此，聚合物納米復(fù)合材料還可具有原組分不具備的特殊功能，為制備高性能新材料提供了新的可能。因此研制和開發(fā)具有高耐磨性、高模量、高耐蠕變性能和適宜加工的高性能中高分子量聚乙烯管材納米復(fù)合材料具有重要的科學(xué)意義和重大的經(jīng)濟(jì)價值。
中國專利CN1324886公開了一種蒙脫土納米復(fù)合聚烯烴材料及制備方法。上述專利制備過程為，將粘土的插層膨脹化處理與處理后粘土與聚乙烯單體的聚合在反應(yīng)器內(nèi)一次完成，使層狀硅酸鹽粘土通過庫侖力和共價鍵與聚乙烯基體結(jié)合并以納米尺度均勻分散，從而獲得具有優(yōu)異性能的蒙脫土納米復(fù)合聚乙烯材料。上述專利的缺點是，插層聚合過程需要大量溶劑分散介質(zhì)將單體與插層土均勻分散，聚合前又需蒸除以保證反應(yīng)順利進(jìn)行，因此能耗大，同時還要零下25度低溫及惰性氣體保護(hù)，工藝復(fù)雜難度大，對設(shè)備需要改進(jìn)。所以插層聚合主要適用于固定配方的生產(chǎn)，不適應(yīng)多品種生產(chǎn)。另外從上述專利制備方法看，只適用于制備普通聚乙烯復(fù)合材料，沒有涉及中高分子量聚乙烯納米復(fù)合材料。
為了適應(yīng)在煤電廠粉煤灰輸送、江河湖海清淤時的泥沙輸送、糧食輸送、石油天然氣管道、某些化學(xué)品輸送及其它冶金礦產(chǎn)領(lǐng)域多品種需要，本發(fā)明提供了一種熔體插層制備具有高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料及其制備方法。
熔體插層是直接將高分子鏈插入到準(zhǔn)二維硅酸鹽粘土片層之間并使其解離，得到高分子聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料。將無機(jī)物的剛性、耐熱性與聚合物的韌性、可加工性在納米尺度上結(jié)合，制備的復(fù)合材料性能大幅度超過傳統(tǒng)共混改性的材料，且與插層聚合的復(fù)合材料的性能相當(dāng)。
本發(fā)明的高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料原料包括如下組分和含量(重量份)中高分子量聚乙烯100份納米有機(jī)化蒙脫土1～50份抗氧化劑0.2～0.5本發(fā)明所用的中高分子量聚乙烯的分子量大于150萬。
本發(fā)明所使用的納米有機(jī)化蒙脫土是經(jīng)過耐溫有機(jī)小分子插層后，蒙脫土片層間的距離應(yīng)大于1.6納米，甚至可由1.6納米到7.0納米左右。這種納米有機(jī)化的蒙脫土對聚乙烯有良好的親和性，可在聚乙烯基體中以納米尺度的片層分散，并且在復(fù)合過程中不易氧化降解。有機(jī)化插層蒙脫土含量在本發(fā)明中為1-50(重量份)，當(dāng)含量低于1份，不足以產(chǎn)生足夠的增強(qiáng)作用和耐熱性，當(dāng)含量超過50份，材料難以擠出造粒。在本發(fā)明中蒙脫土最佳含量為2-25份。
本發(fā)明采用的抗氧劑可為抗氧劑264、抗氧劑CA、抗氧劑1010和1076等；抗氧劑可單獨或配合使用。
本發(fā)明高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料及其制備方法為將原料(重量份)中高分子量聚乙烯100份納米有機(jī)化蒙脫土1～50份抗氧化劑0.2～0.5充分混合均勻后，用常規(guī)方法在普通雙螺桿擠出機(jī)或錐形雙螺桿擠出機(jī)上熔融擠出造粒，即可制得高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料，這種方法簡便，易于操作，制作成本低，可實現(xiàn)多品種工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明制備的高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料具有高耐磨性、高模量、高耐需變性能和適宜加工性，可用于制備高強(qiáng)力絲和高性能管材等領(lǐng)域。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案及效果作進(jìn)一步的描述。但是，所使用的具體方法、配方和說明并不是對本發(fā)明的限制。
實施例1將中高分子量聚乙烯(150萬)100份，納米有機(jī)化蒙脫土(層間距1.6納米)1份，抗氧劑(1010)0.2份，在高混機(jī)混合均勻后，采用雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出。螺桿參數(shù)和加工條件為
擠出物經(jīng)造粒后在100℃烘干6小時制得產(chǎn)品A。樣品的熔點和結(jié)晶溫度用粒料在PE公司DSC7上測定，力學(xué)性能采用美國ASTM方法在室溫下表征，結(jié)果列于表一。
實施例2-6同例1，其中粘土含量分別為30g、50g、110g、250g、500g。其中力學(xué)性能見表一
表一實施例1~權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料，其特征在于組分和含量如下(重量份)中高分子量聚乙烯100份納米有機(jī)化蒙脫土1～50份抗氧化劑0.2～0.5
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料，其特征在于所用的中高分子量聚乙烯的分子量大于150萬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料，其特征在于所用的納米有機(jī)化蒙脫土是經(jīng)過有機(jī)小分子插層處理的蒙脫土礦物粉末，插層后的蒙脫土片層間距離在1.6納米以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料，其特征在于所用的抗氧劑是抗氧劑264、抗氧劑CA、四(β-(3，5-二特丁基-4-羥基苯基)丙胺)季戊四醇(1010)或(3，5-二特丁基-4-羥基苯基)丙酸十八酯(1076)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4所述的高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于將原料(重量份)中高分子量聚乙烯100份納米有機(jī)化蒙脫土1～50份抗氧化劑0.2～0.5充分混合均勻后，采用常規(guī)方法在雙螺桿擠出機(jī)上加熱熔融擠出造粒，即制得高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料，然后再擠出成型就得到納米復(fù)合材料管材。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所用的納米有機(jī)化蒙脫土是經(jīng)過有機(jī)小分子插層處理的蒙脫土礦物粉末，插層后的蒙脫土片層間距離在1.6納米以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚乙烯復(fù)合材料，特別涉及一種高強(qiáng)度抗沖擊耐磨蝕管道納米復(fù)合材料及其制備方法，是采用熔體插層法將蒙脫土納米插層材料均勻加入中高分子量聚乙烯材料中，使原材料具有塑料合金的特性，可用常規(guī)方法加工，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，制作成管道用來替代金屬材料，可應(yīng)用于在煤電廠粉煤灰輸送、江河湖海清淤時的泥沙輸送、糧食輸送、石油天然氣管道、某些化學(xué)品輸送及其它冶金礦產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號C08L23/06GK1569941SQ0315037
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者常耀輝 申請人:常耀輝