[发明专利]一种改性陶瓷粉/高密度聚乙烯耐磨材料及其制备方法

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种改性陶瓷粉/高密度聚乙烯耐磨材料及其制备方法，原料为陶瓷粉、高密度聚乙烯和分散剂，其中分散剂为硅油。为改善陶瓷粉的分散及其与高密度聚乙烯基体的界面结合，对陶瓷粉进行了聚合物接枝改性。利用双螺杆挤出机和注射机熔融挤出注射成型法制备得到。本发明所述改性陶瓷粉/高密度聚乙烯耐磨材料原料易得，价格便宜，易于实现大规模生产。且利用该法制备的材料显著提高了高密度聚乙烯的耐磨性，尤其是在有水介质存在的工况下，将进一步拓宽高密度聚乙烯作为排水给水、农田灌溉等领域的应用范围。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种改性陶瓷粉/高密度聚乙烯耐磨材料及其制备方法。

背景技术

高密度聚乙烯管具有价格低廉、化学稳定性高、易于加工成型、耐腐蚀性良好以及易安装等优点而替代了传统的水泥管、钢管等，广泛应用于城市建设的各个领域，如城镇市政建设及住宅小区的地下污水、雨水排放管网，农田、果园、林带排灌管网，工业废水排放管网，以及矿山细颗粒固体输送管等。在这些场合都要求高密度聚乙烯具有良好的耐磨性能。

陶瓷材料硬度高、耐高温、耐摩擦磨损，是常用的工程材料。其粉体因保留了其优良的特性而被广泛用于增强体，以提高基体材料的力学性能及摩擦磨损性能。

本发明将陶瓷粉与高密度聚乙烯复合，并采用接枝聚合物法改性陶瓷粉，从而改善陶瓷粉的分散性和与高密度聚乙烯基体的界面结合，使得两者各自的性能优势相结合。制备所得的复合材料运用于管材领域，可进一步拓宽高密度聚乙烯管的应用范围，同时可降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性陶瓷粉/高密度聚乙烯耐磨材料及其制备方法，使用该复合材料制备的高密度聚乙烯管耐磨性能得到改善，同时可降低生产成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性陶瓷粉/高密度聚乙烯耐磨材料，由下列质量份数的原料制备而成：高密度聚乙烯80~95份，改性陶瓷粉5~20份，分散剂质量为改性陶瓷粉质量的10%。所述的高密度聚乙烯熔体质量流动速率为20g/10min，密度为0.9564g/cm^-3。所述的改性陶瓷粉由主要成分为SiO₂，粒径为10μm~30μm的陶瓷粉经活化处理及聚合物接枝改性得到。所述的分散剂为硅油。

所述陶瓷粉的具体改性步骤如下：

步骤一：陶瓷粉的活化

首先配制体积分数95%的乙醇水溶液，并用盐酸调节溶液pH值至4～5，而后加入3.5ml乙烯基三乙氧基硅烷静置半小时；将35g干燥至恒重的陶瓷粉加入到上述溶液中，超声分散后移入80℃水浴加热并磁力搅拌4h；反应结束后将产物多次离心、洗涤、干燥后得到活化的陶瓷粉；

步骤二：接枝聚丙烯酰胺

称取32.4g干燥至恒重的步骤一活化处理后的陶瓷粉超声分散于400ml蒸馏水中,而后加入14.2g丙烯酰胺单体，继续超声分散均匀后转入集热式恒温加热磁力搅拌器中水浴加热至30℃，使丙烯酰胺单体溶解；将0.228g的过硫酸铵和0.104g的亚硫酸氢钠溶解于5ml蒸馏水中后加入到溶液中，逐渐升温至85℃并磁力搅拌4h；反应结束后对溶液进行离心并用丙酮洗涤去除均聚物，再进行离心、洗涤、干燥后得到聚丙烯酰胺接枝改性的陶瓷粉。

所述的改性陶瓷粉/高密度聚乙烯耐磨材料的制备方法具体步骤如下：

1）将干燥至恒重的改性陶瓷粉、高密度聚乙烯和分散剂按照配比配制成各组分原料后机械混合均匀；

2）将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，其中双螺杆挤机的挤出工艺为：一区温控为130~135℃、二区温控为135~140℃、三区温控为140~145℃、四区温控为145~150℃，螺杆转数为30r/min，循环时间为7min；