一種聚乙烯微晶陶瓷復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種聚乙烯微晶陶瓷復合材料，由以下組分按照重量份數制備而成：聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯(HDPE)100份，硅酮粉1-5份，彈性體接枝物增韌改性劑5-10份，抗氧劑10100.5-1份；微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30-56份，氧化鋅(細度≥800目)60-66份，蒙脫土2-3份，鈦酸酯偶聯劑2-3份；PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70-80/30-20。本發明的優點在于：本發明制備的復合材料解決傳統的油氣集輸管道在使用過程中存在的腐蝕、磨損問題。配方體系中硅酮粉不僅改善體系的流動性，還能增加體系的韌性；同樣，彈性體接枝物可以改善PP基體和微晶陶瓷的界面結合強度，提高復合材料力學強度，同時還對基體起到增韌作用。
【專利說明】一種聚乙烯微晶陶瓷復合材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及樹脂基陶瓷復合材料及其制備【技術領域】，特別涉及一種具有高防腐、 高強度、高耐溫、高耐磨等特殊性能的功能化、高性能復合新材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 我國石油、天然氣資源的輸送主要依靠管道來實現，管道一般為鋼制螺旋焊管。由 于管道穿越的地形復雜，所處環境不僅在空間上不同，而且還會隨時間的變化遭受各種介 質的侵蝕。這些管道的泄露事故中有28%是由于腐蝕穿孔造成的。管道的腐蝕不僅會造成 因穿孔而引起的油、氣跑漏損失，引起火災等，而且還有維修帶來的材料和人力的浪費。 [0003] 本發明的復合材料主要針對油氣輸送管道特別是海洋油氣輸送管道的海水腐蝕 問題，這種復合材料可用于鋼塑復合管道的內外層塑管，復合材料吸收濕氣使鋅粉離子化， 對金屬起電化學保護作用，同時具有很好的耐磨和耐溫性能。
[0004] 一般而言，通常在聚合復合材料中加入填料，以取代昂貴的聚合物成分，或改善復 合材料整體的特定性能，或者同時實現這兩個目的。通常，為了對性能產生明顯的影響，必 需采用大量的填料。然而，大量填料的加入在使復合材料的至少一種力學性能增強的同時， 經常會對其它的力學性能產生不利的影響。


【發明內容】

[0005] 針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種聚乙烯微晶陶瓷復合材料 及其制備方法。
[0006] 具體的技術方案如下：
[0007] -種聚乙烯微晶陶瓷復合材料，由以下組分按照重量份數制備而成：
[0008] 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉1-5份，彈性體接枝物 增韌改性劑5-10份，抗氧劑1010 0. 5-1份
[0009] 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30-56份，氧化鋅（細度彡800目）60-66份，蒙 脫土 2-3份，鈦酸酯偶聯劑2-3份；
[0010] PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70-80/30-20
[0011] 在上述方案的基礎上，一種聚乙烯微晶陶瓷復合材料，由以下組分按照重量份數 制備而成：
[0012] 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉3份，彈性體接枝物增 韌改性劑5份，抗氧劑1010 0. 5份
[0013] 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30份，氧化鋅（細度彡800目）60份，蒙脫土 2 份，鈦酸酯偶聯劑2份；
[0014] PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70/30
[0015] 在上述方案的基礎上，所述硅酮粉為聚硅氧烷聚合物，平均粒徑3?8ym。
[0016] 在上述方案的基礎上，所述鈦酸酯偶聯劑為三異硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS);彈 性體接枝物增韌改性劑為馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體（POE)，接枝率0. 8-1. 2%。
[0017] -種如上所述的聚乙烯微晶陶瓷復合材料，具體的制備方法如下：
[0018] 1)按量稱取微晶陶瓷體系中各組分，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片 轉速1000轉/分，溫度多100°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0019] 2)按量稱取高密度聚乙烯（HDPE)、彈性體接枝物增韌改性劑、硅酮粉、抗氧劑 1010等組份放入高速捏合機中，然后按量加入步驟1)制備的微晶陶瓷復合材料進行高速 共混；高速捏合機轉速為1000轉/分，捏合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形 成混合料，冷卻至室溫；
[0020] 3)將混合料放入反應型雙螺桿共混擠出造粒機中進行反應性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術參數是：擠出溫度控制區段多6段，溫度梯度范圍70-220°C，螺桿轉 速彡360r/min，螺桿直徑彡30mm，長徑比L/D= 30,物料在機筒中的平均停留時間為8? lOmin.將擠出后的共混復合材料進行以水冷切粒方式進行造粒。
[0021] 本發明的優點在于：本發明制備的復合材料解決傳統的油氣集輸管道在使用過程 中存在的腐蝕、磨損問題。配方體系中硅酮粉不僅改善體系的流動性，還能增加體系的韌 性；同樣，彈性體接枝物可以改善PP基體和微晶陶瓷的界面結合強度，提高復合材料力學 強度，同時還對基體起到增韌作用。總之，復合材料中各組分相互作用，充分發揮各組份的 增韌和增強作用，成為制備高強度、高韌性、高耐磨復合材料的關鍵。

【具體實施方式】
[0022] 以下實施例僅用于對本發明做進一步的描述，并不是用來限制本發明的范圍。
[0023] 硅酸鹽類微晶陶瓷英杰惠能（北京）能源新技術有限公司與青島科技大學高分子 工程材料研宄所合作生產，商品名：蓋世盾類微晶無機陶瓷粉體
[0024] 氧化鋅天津市大茂化學試劑廠
[0025] 蒙脫土上海譜振生物科技有限公司
[0026] 三異硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS)浙江沸點化工有限公司
[0027]PE中石化茂名
[0028] 硅酮粉星貝達（北京）化工材料有限公司
[0029] 馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體（P0E)南京德巴高分子材料有限公司
[0030] 抗氧劑1010湖北興銀化工有限公司
[0031] 捏合機南通福斯特機械制造有限公司型號10L
[0032] 反應型雙螺桿共混擠出造粒機南京聚力化工機械有限公司型號SHJ-65B
[0033] 實施例1
[0034] -種復合材料，具體的制備方法如下：
[0035] 1)稱取硅酸鹽類微晶陶瓷30kg，氧化鋅（細度彡800目）60kg，蒙脫土 2kg，三異 硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS) 2kg，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉速1000轉/ 分，捏合機溫度ll〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0036] 2)將重量組分為高密度聚乙烯（HDPE) 100kg、馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體 (POE) 5kg、娃酮粉2kg、1010抗氧劑0. 4kg等組份混合，從混合物中取出75kg，與步驟1中制 備的復配材料20kg，放入高速捏合機中，進行高速共混。高速捏合機轉速為1000轉/分，捏 合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料，冷卻至室溫。
[0037] 3)將混合料放入反應型雙螺桿共混擠出造粒機中進行反應性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術參數是：擠出溫度控制區段6段，溫度梯度范圍110、150、160、170、 180、170°C，螺桿轉速200r/min，螺桿直徑30mm，長徑比L/D= 30,物料在機筒中的停留時間 為8min，將擠出后的共混復合材料進行以水冷切粒方式進行造粒、包裝。
[0038] 實施例2
[0039] -種復合材料，具體的制備方法如下：
[0040] 1)稱取硅酸鹽類微晶陶瓷30kg，氧化鋅（細度彡800目）60kg，蒙脫土 2kg，三異 硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS) 2kg，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉速1000轉/ 分，捏合機溫度l〇〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0041] 2)將重量組分為高密度聚乙烯（HDPE) 100kg、馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體 (POE) 5kg、娃酮粉2kg、1010抗氧劑0. 4kg等組份混合，從該混合物中取出70kg與步驟1中 制備的復配材料30kg，放入高速捏合機進行高速共混。高速捏合機轉速為1000轉/分，捏 合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料，冷卻至室溫。
[0042] 3)將混合料放入反應型雙螺桿共混擠出造粒機中進行反應性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術參數是：擠出溫度控制區段6段，溫度梯度范圍110、150、160、170、 180、170°C，螺桿轉速200r/min，螺桿直徑30mm，長徑比L/D= 30,物料在機筒中的停留時間 為9min，將擠出后的共混復合材料進行以水冷切粒方式進行造粒、包裝。
[0043] 實施例3
[0044] -種復合材料，具體的制備方法如下：
[0045] 1)稱取硅酸鹽類微晶陶瓷30kg，氧化鋅（細度彡800目）60kg，蒙脫土 2kg，三異 硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS) 2kg，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉速1000轉/ 分，捏合機溫度l〇〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫；
[0046] 2)將重量組分為高密度聚乙烯（HDPE)80kg、馬來酸酐功能化的聚烯烴彈性體 (POE) 8kg、硅酮粉2kg、1010抗氧劑0. 4kg等組份混合，從該混合物中取出80kg與步驟1中 制備的復配材料20kg，按比例放入高速捏合機中，進行高速共混。高速捏合機轉速為1000 轉/分，捏合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料，冷卻至室溫。
[0047] 3)將混合料放入反應型雙螺桿共混擠出造粒機中進行反應性共混、擠出造粒。其 擠出過程中的工藝技術參數是：擠出溫度控制區段6段，溫度梯度范圍110、150、160、170、 180、170°C，螺桿轉速200r/min，螺桿直徑30mm，長徑比L/D= 40,物料在機筒中的停留時間 為lOmin，將擠出后的共混復合材料進行以水冷切粒方式進行造粒、包裝。
[0048] 實施例4
[0049] 耐高溫和低溫的實驗：
[0050] 測定高低溫狀態下的力學性能，特別是低溫沖擊強度：依據GB/T2490-2007和GB/ T17748-2008標準，耐熱性用維卡軟化點表征，依照GB/T8802-2001熱塑性塑料管材、管件 維卡軟化溫度的測定，測試結果如表1所示。
[0051] 表1:復合材料力學性能和軟化點測試結果
[0052]

【權利要求】
1. 一種聚乙烯微晶陶瓷復合材料，其特征在于：由以下組分按照重量份數制備而成： 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉1-5份，彈性體接枝物增韌 改性劑5-10份，抗氧劑1010 0. 5-1份 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30-56份，氧化鋅（細度多800目）60-66份，蒙脫土 2-3份，鈦酸酯偶聯劑2-3份； PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70-80/30-20。
2. 根據權利要求1所述的一種聚乙烯微晶陶瓷復合材料，其特征在于：由以下組分按 照重量份數制備而成： 聚乙烯樹脂基體體系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉3份，彈性體接枝物增韌改 性劑5份，抗氧劑1010 0.5份 微晶陶瓷體系：硅酸鹽類微晶陶瓷30份，氧化鋅（細度多800目）60份，蒙脫土 2份， 鈦酸酯偶聯劑2份； PE基體體系和微晶陶瓷體系的重量比為：70/30。
3. 根據權利要求1或2所述的聚乙烯微晶陶瓷復合材料，其特征在于：所述硅酮粉為 聚硅氧烷聚合物，平均粒徑3?8 y m。
4. 根據權利要求1或2所述的聚乙烯微晶陶瓷復合材料，其特征在于：所述鈦酸酯偶 聯劑為三異硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS);彈性體接枝物增韌改性劑為馬來酸酐功能化的聚 烯烴彈性體（POE)，接枝率0. 8-1. 2 %。
5. -種如權利要求3或4所述的聚乙烯微晶陶瓷復合材料，其特征在于：具體的制備 方法如下： 1) 按量稱取微晶陶瓷體系中各組分，將各組分輸入捏合機中，在捏合機攪拌葉片轉速 1000轉/分，溫度多l〇〇°C的條件下捏合20分鐘，然后放料冷卻至室溫； 2) 按量稱取高密度聚乙烯（HDPE)、彈性體接枝物增韌改性劑、硅酮粉、抗氧劑1010等 組份放入高速捏合機中，然后按量加入步驟1)制備的微晶陶瓷復合材料進行高速共混；高 速捏合機轉速為1000轉/分，捏合溫度80°C左右，捏合時間10分鐘，然后放料形成混合料， 冷卻至室溫； 3) 將混合料放入反應型雙螺桿共混擠出造粒機中進行反應性共混、擠出造粒。其擠 出過程中的工藝技術參數是：擠出溫度控制區段多6段，溫度梯度范圍70-220°C，螺桿 轉速彡360r/min，螺桿直徑彡30mm，長徑比L/D = 30,物料在機筒中的平均停留時間為 8-10min.將擠出后的共混復合材料進行以水冷切粒方式進行造粒。
6. 權利要求5制備的聚乙烯微晶陶瓷復合材料用作管道防腐高耐磨材料。
7. 根據權利要求6所述的防腐材料，其特征在于：用作金屬管道的內襯或外部防腐材 料。
【文檔編號】C08K3/22GK104448505SQ201410842832
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】潘炯璽, 邱桂學, 謝雁, 孟北, 徐軍, 李寧, 潘云祥, 周澤衡 申請人:青島科技大學