一种聚乙烯微晶陶瓷复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种聚乙烯微晶陶瓷复合材料，由以下组分按照重量份数制备而成：聚乙烯树脂基体体系：高密度聚乙烯(HDPE)100份，硅酮粉1-5份，弹性体接枝物增韧改性剂5-10份，抗氧剂10100.5-1份；微晶陶瓷体系：硅酸盐类微晶陶瓷30-56份，氧化锌(细度≥800目)60-66份，蒙脱土2-3份，钛酸酯偶联剂2-3份；PE基体体系和微晶陶瓷体系的重量比为：70-80/30-20。本发明的优点在于：本发明制备的复合材料解决传统的油气集输管道在使用过程中存在的腐蚀、磨损问题。配方体系中硅酮粉不仅改善体系的流动性，还能增加体系的韧性；同样，弹性体接枝物可以改善PP基体和微晶陶瓷的界面结合强度，提高复合材料力学强度，同时还对基体起到增韧作用。
【专利说明】一种聚乙烯微晶陶瓷复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及树脂基陶瓷复合材料及其制备【技术领域】，特别涉及一种具有高防腐、 高强度、高耐温、高耐磨等特殊性能的功能化、高性能复合新材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 我国石油、天然气资源的输送主要依靠管道来实现，管道一般为钢制螺旋焊管。由 于管道穿越的地形复杂，所处环境不仅在空间上不同，而且还会随时间的变化遭受各种介 质的侵蚀。这些管道的泄露事故中有28%是由于腐蚀穿孔造成的。管道的腐蚀不仅会造成 因穿孔而引起的油、气跑漏损失，引起火灾等，而且还有维修带来的材料和人力的浪费。 [0003] 本发明的复合材料主要针对油气输送管道特别是海洋油气输送管道的海水腐蚀 问题，这种复合材料可用于钢塑复合管道的内外层塑管，复合材料吸收湿气使锌粉离子化， 对金属起电化学保护作用，同时具有很好的耐磨和耐温性能。
[0004] 一般而言，通常在聚合复合材料中加入填料，以取代昂贵的聚合物成分，或改善复 合材料整体的特定性能，或者同时实现这两个目的。通常，为了对性能产生明显的影响，必 需采用大量的填料。然而，大量填料的加入在使复合材料的至少一种力学性能增强的同时， 经常会对其它的力学性能产生不利的影响。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种聚乙烯微晶陶瓷复合材料 及其制备方法。
[0006] 具体的技术方案如下：
[0007] -种聚乙烯微晶陶瓷复合材料，由以下组分按照重量份数制备而成：
[0008] 聚乙烯树脂基体体系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉1-5份，弹性体接枝物 增韧改性剂5-10份，抗氧剂1010 0. 5-1份
[0009] 微晶陶瓷体系：硅酸盐类微晶陶瓷30-56份，氧化锌（细度彡800目）60-66份，蒙 脱土 2-3份，钛酸酯偶联剂2-3份；
[0010] PE基体体系和微晶陶瓷体系的重量比为：70-80/30-20
[0011] 在上述方案的基础上，一种聚乙烯微晶陶瓷复合材料，由以下组分按照重量份数 制备而成：
[0012] 聚乙烯树脂基体体系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉3份，弹性体接枝物增 韧改性剂5份，抗氧剂1010 0. 5份
[0013] 微晶陶瓷体系：硅酸盐类微晶陶瓷30份，氧化锌（细度彡800目）60份，蒙脱土 2 份，钛酸酯偶联剂2份；
[0014] PE基体体系和微晶陶瓷体系的重量比为：70/30
[0015] 在上述方案的基础上，所述硅酮粉为聚硅氧烷聚合物，平均粒径3?8ym。
[0016] 在上述方案的基础上，所述钛酸酯偶联剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯（TTS);弹 性体接枝物增韧改性剂为马来酸酐功能化的聚烯烃弹性体（POE)，接枝率0. 8-1. 2%。
[0017] -种如上所述的聚乙烯微晶陶瓷复合材料，具体的制备方法如下：
[0018] 1)按量称取微晶陶瓷体系中各组分，将各组分输入捏合机中，在捏合机搅拌叶片 转速1000转/分，温度多100°C的条件下捏合20分钟，然后放料冷却至室温；
[0019] 2)按量称取高密度聚乙烯（HDPE)、弹性体接枝物增韧改性剂、硅酮粉、抗氧剂 1010等组份放入高速捏合机中，然后按量加入步骤1)制备的微晶陶瓷复合材料进行高速 共混；高速捏合机转速为1000转/分，捏合温度80°C左右，捏合时间10分钟，然后放料形 成混合料，冷却至室温；
[0020] 3)将混合料放入反应型双螺杆共混挤出造粒机中进行反应性共混、挤出造粒。其 挤出过程中的工艺技术参数是：挤出温度控制区段多6段，温度梯度范围70-220°C，螺杆转 速彡360r/min，螺杆直径彡30mm，长径比L/D= 30,物料在机筒中的平均停留时间为8? lOmin.将挤出后的共混复合材料进行以水冷切粒方式进行造粒。
[0021] 本发明的优点在于：本发明制备的复合材料解决传统的油气集输管道在使用过程 中存在的腐蚀、磨损问题。配方体系中硅酮粉不仅改善体系的流动性，还能增加体系的韧 性；同样，弹性体接枝物可以改善PP基体和微晶陶瓷的界面结合强度，提高复合材料力学 强度，同时还对基体起到增韧作用。总之，复合材料中各组分相互作用，充分发挥各组份的 增韧和增强作用，成为制备高强度、高韧性、高耐磨复合材料的关键。
【具体实施方式】
[0022] 以下实施例仅用于对本发明做进一步的描述，并不是用来限制本发明的范围。
[0023] 硅酸盐类微晶陶瓷英杰惠能（北京）能源新技术有限公司与青岛科技大学高分子 工程材料研宄所合作生产，商品名：盖世盾类微晶无机陶瓷粉体
[0024] 氧化锌天津市大茂化学试剂厂
[0025] 蒙脱土上海谱振生物科技有限公司
[0026] 三异硬脂酰基钛酸异丙酯（TTS)浙江沸点化工有限公司
[0027]PE中石化茂名
[0028] 硅酮粉星贝达（北京）化工材料有限公司
[0029] 马来酸酐功能化的聚烯烃弹性体（P0E)南京德巴高分子材料有限公司
[0030] 抗氧剂1010湖北兴银化工有限公司
[0031] 捏合机南通福斯特机械制造有限公司型号10L
[0032] 反应型双螺杆共混挤出造粒机南京聚力化工机械有限公司型号SHJ-65B
[0033] 实施例1
[0034] -种复合材料，具体的制备方法如下：
[0035] 1)称取硅酸盐类微晶陶瓷30kg，氧化锌（细度彡800目）60kg，蒙脱土 2kg，三异 硬脂酰基钛酸异丙酯（TTS) 2kg，将各组分输入捏合机中，在捏合机搅拌叶片转速1000转/ 分，捏合机温度ll〇°C的条件下捏合20分钟，然后放料冷却至室温；
[0036] 2)将重量组分为高密度聚乙烯（HDPE) 100kg、马来酸酐功能化的聚烯烃弹性体 (POE) 5kg、娃酮粉2kg、1010抗氧剂0. 4kg等组份混合，从混合物中取出75kg，与步骤1中制 备的复配材料20kg，放入高速捏合机中，进行高速共混。高速捏合机转速为1000转/分，捏 合温度80°C左右，捏合时间10分钟，然后放料形成混合料，冷却至室温。
[0037] 3)将混合料放入反应型双螺杆共混挤出造粒机中进行反应性共混、挤出造粒。其 挤出过程中的工艺技术参数是：挤出温度控制区段6段，温度梯度范围110、150、160、170、 180、170°C，螺杆转速200r/min，螺杆直径30mm，长径比L/D= 30,物料在机筒中的停留时间 为8min，将挤出后的共混复合材料进行以水冷切粒方式进行造粒、包装。
[0038] 实施例2
[0039] -种复合材料，具体的制备方法如下：
[0040] 1)称取硅酸盐类微晶陶瓷30kg，氧化锌（细度彡800目）60kg，蒙脱土 2kg，三异 硬脂酰基钛酸异丙酯（TTS) 2kg，将各组分输入捏合机中，在捏合机搅拌叶片转速1000转/ 分，捏合机温度l〇〇°C的条件下捏合20分钟，然后放料冷却至室温；
[0041] 2)将重量组分为高密度聚乙烯（HDPE) 100kg、马来酸酐功能化的聚烯烃弹性体 (POE) 5kg、娃酮粉2kg、1010抗氧剂0. 4kg等组份混合，从该混合物中取出70kg与步骤1中 制备的复配材料30kg，放入高速捏合机进行高速共混。高速捏合机转速为1000转/分，捏 合温度80°C左右，捏合时间10分钟，然后放料形成混合料，冷却至室温。
[0042] 3)将混合料放入反应型双螺杆共混挤出造粒机中进行反应性共混、挤出造粒。其 挤出过程中的工艺技术参数是：挤出温度控制区段6段，温度梯度范围110、150、160、170、 180、170°C，螺杆转速200r/min，螺杆直径30mm，长径比L/D= 30,物料在机筒中的停留时间 为9min，将挤出后的共混复合材料进行以水冷切粒方式进行造粒、包装。
[0043] 实施例3
[0044] -种复合材料，具体的制备方法如下：
[0045] 1)称取硅酸盐类微晶陶瓷30kg，氧化锌（细度彡800目）60kg，蒙脱土 2kg，三异 硬脂酰基钛酸异丙酯（TTS) 2kg，将各组分输入捏合机中，在捏合机搅拌叶片转速1000转/ 分，捏合机温度l〇〇°C的条件下捏合20分钟，然后放料冷却至室温；
[0046] 2)将重量组分为高密度聚乙烯（HDPE)80kg、马来酸酐功能化的聚烯烃弹性体 (POE) 8kg、硅酮粉2kg、1010抗氧剂0. 4kg等组份混合，从该混合物中取出80kg与步骤1中 制备的复配材料20kg，按比例放入高速捏合机中，进行高速共混。高速捏合机转速为1000 转/分，捏合温度80°C左右，捏合时间10分钟，然后放料形成混合料，冷却至室温。
[0047] 3)将混合料放入反应型双螺杆共混挤出造粒机中进行反应性共混、挤出造粒。其 挤出过程中的工艺技术参数是：挤出温度控制区段6段，温度梯度范围110、150、160、170、 180、170°C，螺杆转速200r/min，螺杆直径30mm，长径比L/D= 40,物料在机筒中的停留时间 为lOmin，将挤出后的共混复合材料进行以水冷切粒方式进行造粒、包装。
[0048] 实施例4
[0049] 耐高温和低温的实验：
[0050] 测定高低温状态下的力学性能，特别是低温冲击强度：依据GB/T2490-2007和GB/ T17748-2008标准，耐热性用维卡软化点表征，依照GB/T8802-2001热塑性塑料管材、管件 维卡软化温度的测定，测试结果如表1所示。
[0051] 表1:复合材料力学性能和软化点测试结果
[0052]
【权利要求】
1. 一种聚乙烯微晶陶瓷复合材料，其特征在于：由以下组分按照重量份数制备而成： 聚乙烯树脂基体体系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉1-5份，弹性体接枝物增韧 改性剂5-10份，抗氧剂1010 0. 5-1份 微晶陶瓷体系：硅酸盐类微晶陶瓷30-56份，氧化锌（细度多800目）60-66份，蒙脱土 2-3份，钛酸酯偶联剂2-3份； PE基体体系和微晶陶瓷体系的重量比为：70-80/30-20。
2. 根据权利要求1所述的一种聚乙烯微晶陶瓷复合材料，其特征在于：由以下组分按 照重量份数制备而成： 聚乙烯树脂基体体系：高密度聚乙烯（HDPE) 100份，硅酮粉3份，弹性体接枝物增韧改 性剂5份，抗氧剂1010 0.5份 微晶陶瓷体系：硅酸盐类微晶陶瓷30份，氧化锌（细度多800目）60份，蒙脱土 2份， 钛酸酯偶联剂2份； PE基体体系和微晶陶瓷体系的重量比为：70/30。
3. 根据权利要求1或2所述的聚乙烯微晶陶瓷复合材料，其特征在于：所述硅酮粉为 聚硅氧烷聚合物，平均粒径3?8 y m。
4. 根据权利要求1或2所述的聚乙烯微晶陶瓷复合材料，其特征在于：所述钛酸酯偶 联剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯（TTS);弹性体接枝物增韧改性剂为马来酸酐功能化的聚 烯烃弹性体（POE)，接枝率0. 8-1. 2 %。
5. -种如权利要求3或4所述的聚乙烯微晶陶瓷复合材料，其特征在于：具体的制备 方法如下： 1) 按量称取微晶陶瓷体系中各组分，将各组分输入捏合机中，在捏合机搅拌叶片转速 1000转/分，温度多l〇〇°C的条件下捏合20分钟，然后放料冷却至室温； 2) 按量称取高密度聚乙烯（HDPE)、弹性体接枝物增韧改性剂、硅酮粉、抗氧剂1010等 组份放入高速捏合机中，然后按量加入步骤1)制备的微晶陶瓷复合材料进行高速共混；高 速捏合机转速为1000转/分，捏合温度80°C左右，捏合时间10分钟，然后放料形成混合料， 冷却至室温； 3) 将混合料放入反应型双螺杆共混挤出造粒机中进行反应性共混、挤出造粒。其挤 出过程中的工艺技术参数是：挤出温度控制区段多6段，温度梯度范围70-220°C，螺杆 转速彡360r/min，螺杆直径彡30mm，长径比L/D = 30,物料在机筒中的平均停留时间为 8-10min.将挤出后的共混复合材料进行以水冷切粒方式进行造粒。
6. 权利要求5制备的聚乙烯微晶陶瓷复合材料用作管道防腐高耐磨材料。
7. 根据权利要求6所述的防腐材料，其特征在于：用作金属管道的内衬或外部防腐材 料。
【文档编号】C08K3/22GK104448505SQ201410842832
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】潘炯玺, 邱桂学, 谢雁, 孟北, 徐军, 李宁, 潘云祥, 周泽衡 申请人:青岛科技大学