[发明专利]一种改善HDPE综合力学性能的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及制备方法，具体涉及了一种改善再生高密度聚乙烯(HDPE)综合力学性能的新型复合材料及其制备方法，属于通用塑料工程化、功能化应用技术领域。

背景技术

废旧塑料的回收利用是一项节约能源、保护环境的措施，也是解决资源短缺的一个重大战略问题。高密度聚乙烯由于具有耐酸碱，电绝缘性优良，硬度大，拉伸强度高，刚性好等优点被广泛应用于市政工程、建筑工程、铁路等领域。回收再生高密度聚乙烯加工成颗粒后，各种物理机械性能如拉伸强度、韧性、热稳定性等普遍下降，无法满足对力学性能要求苛刻的制品等技术要求，因此开发一种能与废旧高密度聚乙烯相容性好、价格便宜，又能改善高密度聚乙烯刚性和韧性及流动性的等综合性能的新型复合材料，提高废旧高密度聚乙烯的产品附加值，增强市场竞争力，成为行业内一项急需解决的迫切课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以显著改善再生高密度聚乙烯(HDPE)的强度、韧性、流动性及热稳定性等综合力学性能的复合材料及其制备方法；其主要原料来源广、生产成本低廉、生产工艺简单、且节能环保，充分利用了废旧资源，提高废旧资源的产品附加值。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种改善HDPE综合力学性能的复合材料，主要由以下重量份数的组份组成：聚烯烃树脂混合物65～75份、活化半补强炭黑15～25份、偶联剂0.5～3份、抗氧剂0.2～0.5份、润滑剂3～6份和热稳定剂0.2～0.8份。

作为本发明技术方案的进一步优化，该复合材料主要由以下重量份数的组份组成：聚烯烃树脂混合物68～70份、活化半补强炭黑18～23份、偶联剂0.8～1.5份、抗氧剂0.2～0.5份、润滑剂4～5份和热稳定剂0.4～0.6份。

作为本发明技术方案的进一步优化，该复合材料主要由以下重量份数的组份组成：聚烯烃树脂混合物70份、活化半补强炭黑18份、偶联剂1.5份、抗氧剂0.3份、润滑剂5份和热稳定剂0.5份。

作为本发明技术方案的进一步说明，以上所述的聚烯烃树脂混合物为超高分子量聚乙烯UHMWPE和无规共聚聚丙烯PPR构成的UHMWPE/PPR合金共混体系。

本发明采用了UHMWPE/PPR合金共混体系，其合金化程度可以通过利用混炼技术和双螺杆挤出技术来进行控制；其中超高分子量聚乙烯共混网络在材料中起到骨架作用，产生良好的协同效应，受到外力冲击时，它会发生较大形变以吸收外界能量，起到增韧的作用。

作为本发明技术方案的进一步说明，以上所述的活化半补强炭黑采用经过以下活化处理步骤的半补强炭黑，具体为：

首先，将8～14份半补强炭黑和0.3～0.4份白油混合研磨15～20min；

然后，将研磨好的混合物投入小高混机中，并在90℃高速搅拌，使温度上升至95℃后，加入0.4～0.5份铝酸酯偶联剂，继续搅拌5min，再加入0.3～0.4份微晶石蜡，继续搅拌直至温度到100℃后放入料池中，自然冷却，即得到活化半补强炭黑。

在本发明中，采用了专门制备的半补强炭黑，本发明的半补强炭黑相比普通炭黑,其具有良好的分散性和较高的纯度，经过试验表明可赋予UHMWPE/PPR合金共混体系高伸长率、低生热、高弹性和良好的耐老化性能等，用于UHMWPE/PPR合金兼有补强与填充作用。

作为本发明技术方案的进一步说明，以上所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或两种以上按任意比例混合的组合物；

所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂164、抗氧剂DNP、抗氧剂DLTP中的两种或三种以上按任意比例混合的组合物；

所述的润滑剂为石蜡、白油、微晶石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的两种或三种以上按任意比例混合的组合物；

所述的热稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或两种按任意比例混合的组合物。

在本发明中，加入活化半补强炭黑目的主要是增加强度和硬度。加入偶联剂可以使活化半补强炭黑表面由亲水性变成亲油性，使界面的粘接强度提高，从而达到与聚合物的紧密结合，复合材料的整体性能提高。加入抗氧剂可以保证材料在加工使用过程中有良好的稳定性，避免性能发生变化。加入润滑剂主要是改善聚烯烃塑料的流动性、提高炭黑的分散性，减少在加工过程中内摩擦产生的热量和机械应力，提高塑料加工的生产效率。加入热稳定剂主要是防止或减少UHMWPE和PPR在加工使用过程中受热而发生降解，延长复合材料使用寿命。