專利名稱：一種高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及聚乙烯復合材料，特別涉及一種高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復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，具有高強度、低摩擦系數、自潤滑、耐腐蝕、耐疲勞、耐老化、抗沖擊性能和耐環境應力開裂性能等等，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烈沖刷作用，它的耐磨性還有待進一步提高，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管材，其蠕變性能也有待提高。通常采用微米級無機物填充改性的方法來改善其尺寸穩定性和提高剛度，但導致材料強度特別是沖擊韌性下降。聚合物納米復合材料因其納米尺寸效應(至少一維小于100納米)而產生很強的界面作用，將無機物的性能與聚合物的性能完美的結合在一起，得到綜合性能優異的復合材料。由于納米尺度效應，大的比表面積以及強的界面相互作用，聚合物納米復合材料的性能優于相同組分常規聚合物復合材料的物理力學性能。將無機分散相的剛性、尺寸穩定性和熱穩定性與聚合物基體的韌性、優良的加工性及介電性完美地結合起來，從而獲得性能優異的納米復合材料。不僅如此，聚合物納米復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合材料具有重要的科學意義和重大的經濟價值。
中國專利CN1324886公開了一種蒙脫土納米復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器內一次完成，使層狀硅酸鹽粘土通過庫侖力和共價鍵與聚乙烯基體結合并以納米尺度均勻分散，從而獲得具有優異性能的蒙脫土納米復合聚乙烯材料。上述專利的缺點是，插層聚合過程需要大量溶劑分散介質將單體與插層土均勻分散，聚合前又需蒸除以保證反應順利進行，因此能耗大，同時還要零下25度低溫及惰性氣體保護，工藝復雜難度大，對設備需要改進。所以插層聚合主要適用于固定配方的生產，不適應多品種生產。另外從上述專利制備方法看，只適用于制備普通聚乙烯復合材料，沒有涉及中高分子量聚乙烯納米復合材料。
為了適應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、某些化學品輸送及其它冶金礦產領域多品種需要，本發明提供了一種熔體插層制備具有高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復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/蒙脫土納米復合材料。將無機物的剛性、耐熱性與聚合物的韌性、可加工性在納米尺度上結合，制備的復合材料性能大幅度超過傳統共混改性的材料，且與插層聚合的復合材料的性能相當。
本發明的高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復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份納米有機化蒙脫土1～50份抗氧化劑0.2～0.5本發明所用的中高分子量聚乙烯的分子量大于150萬。
本發明所使用的納米有機化蒙脫土是經過耐溫有機小分子插層后，蒙脫土片層間的距離應大于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，并且在復合過程中不易氧化降解。有機化插層蒙脫土含量在本發明中為1-50(重量份)，當含量低于1份，不足以產生足夠的增強作用和耐熱性，當含量超過50份，材料難以擠出造粒。在本發明中蒙脫土最佳含量為2-25份。
本發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。
本發明高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復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，用常規方法在普通雙螺桿擠出機或錐形雙螺桿擠出機上熔融擠出造粒，即可制得高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料，這種方法簡便，易于操作，制作成本低，可實現多品種工業化生產。
本發明制備的高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料具有高耐磨性、高模量、高耐需變性能和適宜加工性，可用于制備高強力絲和高性能管材等領域。
下面結合實施例對本發明的技術方案及效果作進一步的描述。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，納米有機化蒙脫土(層間距1.6納米)1份，抗氧劑(1010)0.2份，在高混機混合均勻后，采用雙螺桿擠出機熔融擠出。螺桿參數和加工條件為
擠出物經造粒后在100℃烘干6小時制得產品A。樣品的熔點和結晶溫度用粒料在PE公司DSC7上測定，力學性能采用美國ASTM方法在室溫下表征，結果列于表一。
實施例2-6同例1，其中粘土含量分別為30g、50g、110g、250g、500g。其中力學性能見表一
表一實施例1~權利要求
1.一種高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料，其特征在于組分和含量如下(重量份)中高分子量聚乙烯100份納米有機化蒙脫土1～50份抗氧化劑0.2～0.5
2.根據權利要求1所述的高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料，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.根據權利要求1所述的高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料，其特征在于所用的納米有機化蒙脫土是經過有機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.根據權利要求1所述的高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料，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.根據權利要求1～4所述的高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料的制備方法，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，采用常規方法在雙螺桿擠出機上加熱熔融擠出造粒，即制得高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料，然后再擠出成型就得到納米復合材料管材。
6.根據權利要求5所述的高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復合材料的制備方法，其特征在于所用的納米有機化蒙脫土是經過有機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
本發明涉及聚乙烯復合材料，特別涉及一種高強度抗沖擊耐磨蝕管道納米復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，可用常規方法加工，有利于工業化生產，制作成管道用來替代金屬材料，可應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、某些化學品輸送及其它冶金礦產領域。
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 優先權日2003年7月25日
發明者常耀輝 申請人:常耀輝