一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯防水卷材及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于防水建筑材料領(lǐng)域，具體涉及建筑防水工程中的纖維增強(qiáng)的聚乙 烯防水材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)目前防水市場(chǎng)上應(yīng)用的聚乙烯防水卷材多用于地下、垃圾填埋場(chǎng)、水利等工 程，由于聚乙烯本身強(qiáng)度較低，當(dāng)受到基層沉降變形時(shí)，容易開裂，導(dǎo)致防水失敗。為增強(qiáng)聚 乙烯防水卷材的強(qiáng)度，現(xiàn)有技術(shù)中聚乙烯增強(qiáng)防水卷材多數(shù)采用纖維布與聚乙烯復(fù)合的層 狀結(jié)構(gòu)，但是由于纖維布層與聚乙烯層在延展性、韌性、熱變形性、抗應(yīng)變性等方面具有較 大差異，復(fù)合后層間結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，層間復(fù)合力大時(shí)會(huì)使材料的延伸率迅速衰減，當(dāng)復(fù)合力 小時(shí)極易造成纖維布與聚乙烯片材復(fù)合不牢分層、防水層起鼓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明創(chuàng)造為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯防水卷材，不 僅能夠克服層間結(jié)構(gòu)差異的不利影響，而且極大地提高聚乙烯防水卷材的強(qiáng)度。
[0004] 本發(fā)明創(chuàng)造所采用的技術(shù)方案為，一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯防水卷材，由包括以下 重量份的原料制成：線性低密度聚乙烯樹脂（LLDPE) 56~90份，短切碳纖維9~40份，炭 黑3-5份，抗氧劑0. 2-0. 4份，白油0. 2-0. 4份，其中，所述LUFE和短切碳纖維的總量為 94~100份。
[0005] 其中，所述線性低密度聚乙烯樹脂優(yōu)選為顆粒物，更有利于混合和纖維的分散；還 優(yōu)選為乙烯和丁烯-1的共聚物，具有更短的短支鏈結(jié)構(gòu)而利于纖維的分散和卷材的成型； 更優(yōu)選為L(zhǎng)LDPE顆粒DFDA-7042。
[0006] 其中，所述短切碳纖維優(yōu)選纖維長(zhǎng)度在6_及以下的碳纖維，更優(yōu)選為3~6_長(zhǎng) 度的碳纖維，便于在所述現(xiàn)行低密度聚乙烯樹脂中的分散，同時(shí)適宜的纖維長(zhǎng)度能夠在卷 材成型過程中獲得合適的取向，有利于提高纖維增強(qiáng)效果；為了進(jìn)一步提高體系的相容性， 還優(yōu)選為表面經(jīng)馬來酸酐偶聯(lián)劑處理后的短切碳纖維。短切碳纖維具有的質(zhì)輕、強(qiáng)度高、尺 寸精度和穩(wěn)定性高、耐腐蝕性及耐熱性好等特點(diǎn)，使得其成為增強(qiáng)改性線性低密度聚乙烯 的重要材料之一。
[0007] 所述炭黑的加入一方面由于其較大的比表面積而發(fā)揮對(duì)聚乙烯樹脂的補(bǔ)強(qiáng)作用， 另一方面能夠與線性低密度聚乙烯樹脂在加工過程中由于熱氧化產(chǎn)生的自由基反應(yīng)，減弱 熱氧化效應(yīng)引起的性能衰減。由于炭黑比表面積大難于分散，因此需要嚴(yán)格控制器加入量。
[0008] 所述抗氧劑優(yōu)選為抗氧劑1010,是一種酚類抗氧劑，與聚乙烯樹脂具有良好的相 容性和熱穩(wěn)定性，在聚乙烯防水卷材擠出成型時(shí)，作為加工穩(wěn)定劑，與炭黑配合防止因熱氧 化引起的線性低密度聚乙烯樹脂的性能衰減；另外，其交聯(lián)的分子結(jié)構(gòu)使其具有了良好的 耐抽出性能，避免在擠壓成型過程中沿纖維抽出或分布不均。
[0009] 所述白油優(yōu)選工業(yè)級(jí)白油26#，具有更為適宜的運(yùn)動(dòng)粘度和密度，較少的添加量就 能夠促進(jìn)所述炭黑和抗氧劑在體系中的均勻分散，同時(shí)使聚乙烯樹脂的流動(dòng)性達(dá)到擠出成 型所適宜的水平。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種碳纖維增強(qiáng)聚乙烯防水卷材的制作方法，包括下述步驟：將 由線性低密度聚乙烯樹脂（LLDPE) 56~90份、短切碳纖維9~40份、抗氧劑0. 1-0. 2份、 白油0. 1-0. 2份組成的配料一經(jīng)第一次充分混合后進(jìn)行造粒，然后將由造粒產(chǎn)物95~100 份以及炭黑3-5份、抗氧劑0. 1-0. 2份、白油0. 1-0. 2份組成的配料二混合后進(jìn)行塑化，再 經(jīng)過擠出、定型冷卻獲得最終產(chǎn)品。其中，所述配料一中LLDPE和短切碳纖維的總量為94~ 100 份。
[0011] 其中，所述配料一和/或配料二的混合過程優(yōu)選在低速混料機(jī)中進(jìn)行，攪拌時(shí)間 控制為2~5min，優(yōu)選為2~3min。
[0012] 進(jìn)一步，所述造粒過程采用風(fēng)冷熱切工藝，由75型雙螺桿擠出機(jī)造粒。優(yōu)選的，造 粒過程擠出機(jī)各區(qū)溫度控制為：一區(qū)：180°C~190°C，二區(qū)：195°C~205°C，三區(qū)：195°C~ 205°C，四區(qū)：205°C~215°C，五區(qū)：200°C~210°C。采用上述造粒工藝過程能夠獲得碳纖 維分散效果良好的造粒產(chǎn)物，其中，合適的配料組成能夠降低體系的粘度，合適的溫度控制 進(jìn)一步調(diào)整混合物粘度，使其既有利于造粒成型，又利于碳纖維的均勻分散。進(jìn)一步，當(dāng)各 區(qū)溫度達(dá)到控制要求后，還包括保溫25~60min的步驟，優(yōu)選為25~30min，再進(jìn)行造粒擠 出。
[0013] 進(jìn)一步，所述塑化過程可以采用單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行。優(yōu)選的，塑化過程擠出機(jī)各 區(qū)溫度控制為：一區(qū)：185°C~195°C，二區(qū)：200°C~205°C，三區(qū)：200°C~205°C，四區(qū)： 205°C~210°C，五區(qū)：205°C~210°C，六區(qū)：200°C~205°C。合適的溫度控制有利于調(diào)整混 合物的粘度，一方面有利于炭黑在整體配料組成中的分散，另一方面為下一步的擠出工序 做好準(zhǔn)備。進(jìn)一步，當(dāng)各區(qū)溫度達(dá)到控制要求后，還包括保溫25~60min的步驟，優(yōu)選為 25~30min，再進(jìn)行擠出。
[0014] 進(jìn)一步，所述擠出過程也在單螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行。擠出速度優(yōu)選為50~60rad/ min;擠出壓力優(yōu)選為25~30bar;過濾網(wǎng)規(guī)格為120~20目，優(yōu)選為60目。合適的擠出 速度、壓力和過濾網(wǎng)規(guī)格有利于獲得具有合適厚度且均勻的待定型卷材半成品，防止在定 型冷卻過程中因過度變形或受力不足造成的破損、不平整等缺陷。
[0015] 進(jìn)一步，所述定型冷卻過程采用三輥機(jī)進(jìn)行，所述定型冷卻的溫度控制在50°C及 以下，優(yōu)選為30~50°C。合適的定型冷卻溫度能夠保證產(chǎn)品在定型過程中獲得符合需要的 尺寸規(guī)格，避免發(fā)生收縮、翹曲、鼓包等不良缺陷。
[0016] 進(jìn)一步，本發(fā)明創(chuàng)造提供的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯防水卷材的厚度可以包括1.2mm、 I. 5mm、2. Omm三種規(guī)格。
[0017] 進(jìn)一步，在上述方法中，所述線性低密度聚乙烯樹脂優(yōu)選為顆粒物，還優(yōu)選為乙烯 和丁烯-1的共聚物，更優(yōu)選為L(zhǎng)LDPE顆粒DFDA-7042。所述短切碳纖維優(yōu)選纖維長(zhǎng)度在6mm 及以下的碳纖維，更優(yōu)選為3~6mm長(zhǎng)度的碳纖維，還優(yōu)選為表面經(jīng)馬來酸酐偶聯(lián)劑處理后 的短切碳纖維。所述抗氧劑優(yōu)選為抗氧劑1010。所述白油優(yōu)選工業(yè)級(jí)白油26#。
[0018] 本發(fā)明創(chuàng)造提供的碳纖維增強(qiáng)聚乙烯防水卷材具有良好的防水性能及較高的物 理機(jī)械性能，相對(duì)于現(xiàn)有防水卷材具有更高的抗拉強(qiáng)度、更好的延展性、韌性、熱變形性、抗 應(yīng)變性以及更長(zhǎng)的產(chǎn)品使用壽命，特別適合于基層變化較大的防水工程。同時(shí)由于原材料 易得，制備工藝簡(jiǎn)便，施工方便，安全可靠，使得本發(fā)明產(chǎn)品綜合成本低廉，適用于大規(guī)模工 業(yè)生產(chǎn)和廣泛使用。
[0019] 本發(fā)明創(chuàng)造提供的防水卷材與普通防水卷材在性能上的綜合區(qū)別見下表1。
[0020] 表 1
[0021]

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行進(jìn)一步說明。為了敘述方便，本發(fā)明創(chuàng)造中的設(shè)備略去了 必要或常規(guī)的操作步驟或條件，如清潔、提純、測(cè)溫、控制攪拌速率等，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 根據(jù)反應(yīng)的需要進(jìn)行任意的調(diào)整。在不沖突的條件下，本發(fā)明方案中各實(shí)施例中的特征可 以相互組合。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 將由線性低密度聚乙烯樹脂（LLDPE)顆粒DFDA-704260份、6mm短切碳纖維40份、 抗氧劑1