一种调高垫板用聚乙烯复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料技术领域，具体是涉及到一种调高垫板用聚乙烯复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.高密度聚乙烯(hdpe)，为白色粉末或颗粒状产品。无毒，无味，结晶度为80％-90％，软化点为125-135℃，使用温度可达100℃。耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；吸水性低；耐老化性能差，耐环境应力开裂性较差，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以需对树脂改性来改善这方面的不足。
3.当前轨道扣件系统用调高垫板材质主要为高密度聚乙烯类，产品厚度范围大，最小厚度为0.5mm，最大达20mm。调高垫板采用注塑方式生产，较薄的产品注塑成型后，本体取样性能和外观较好，但较厚产品注塑后缩水严重，本体取样性能不稳定，特别是断裂伸长率及拉伸强度合格率较低。hdpe类垫板产品还存在耐热性低，高温高压易变形问题，限制了其适用范围。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种调高垫板用聚乙烯复合材料及其树脂制备方法，具有高刚性、耐环境应力开裂、易加工、收缩稳定的特点。
5.基于上述目的本发明提供的一种调高垫板用聚乙烯复合材料，由以下重量份的组分制成：
6.hdpe树脂55-90份、hsmpp树脂0.1-15份、改性硫酸钙晶须1-15份、增韧剂5-15份、润滑剂0.1-1份、抗氧剂0.1-0.5份、抗uv助剂0.1-0.5份和色母粒0.1-1份；
7.其中改性硫酸钙晶须由以下重量份的组分制成：
8.硫酸钙晶须0.6-14.5份、氧化聚乙烯蜡0.1-1份、硬脂酸0.1-0.5份。
9.可选地，调高垫板用聚乙烯复合材料，包括以下重量份的组分制成：
10.hdpe树脂68份、hsmpp树脂10份、改性硫酸钙晶须10份、增韧剂10份、润滑剂0.3份、抗氧剂0.4份、抗uv助剂0.3份和色母粒1份。
11.可选地，所述改性硫酸钙晶须由以下重量份的组分制成：
12.硫酸钙晶须9.4份、氧化聚乙烯蜡0.4份和硬脂酸0.2份。
13.可选地，所述改性硫酸钙晶须的制备方法包括以下步骤：
14.按重量份称取硫酸钙晶须、氧化聚乙烯蜡和硬脂酸；
15.先将氧化聚乙烯蜡粉碎，溶于有机溶剂，然后加入硫酸钙晶须，加热搅拌一段时间，然后热过滤，滤饼分散于无水乙醇溶液；最后加入硬脂酸无水乙醇溶液，加热搅拌，反应完毕后，过滤，干燥，得到改性硫酸钙晶须。
16.可选地，所述增韧剂为重量比为1：1的乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚
物。
17.可选地，所述抗氧剂为重量比为1：1的抗氧剂1010和抗氧剂168。
18.可选地，所述抗uv助剂为3808pp5、uv3346、uv9900中的一种或几种。
19.可选地，所述hdpe树脂的熔指为0.1-4g/10min，耐环境应力开裂性能大于1000h；所述hsmpp树脂为含较多支化结构高熔体强度聚丙烯。
20.一种调高垫板用聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
21.将hdpe树脂、hsmpp树脂、改性硫酸钙晶须、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、抗uv助剂和色母粒，混合均匀，熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。
22.可选地，所述熔融挤出的步骤为：采用双螺杆挤出机，工作温度为170-220℃，真空度不大于-0.06mpa。
23.本发明的有益效果是：本发明通过硫酸钙晶须表面处理，得到了易分散，且与聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相容性好的填料，在较低添加量下能大幅提高材料刚性，满足各种环境使用要求；通过改性硫酸钙晶须，获得了刚韧平衡、本体取样性能优异、性价比较高的调高垫板用料，解决了行业潜在需求。
24.本发明为了提高材料性能，在目前常用硬脂酸处理硫酸钙晶须基础上，提出协同使用氧化聚乙烯蜡，在与硫酸钙晶须形成吸附作用的同时，未吸附的伸展聚乙烯分子链与基体聚乙烯树脂分子链形成分子链缠结或共晶作用，从而大大提高晶须与基体树脂的作用力，进而提升材料性能。而只有硬脂酸达不到上述作用。
25.本发明的调高垫板用hdpe组合物，加入乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物组成的增韧剂可有效提高材料韧性及本体取样断裂伸长率。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
27.实施例1
28.①
将0.4份氧化聚乙烯蜡粉碎，分散于四氢呋喃溶液中，然后加入9.4份硫酸钙晶须，在50-100℃条件下，搅拌2-12h，过滤，滤饼分散于无水乙醇溶液中，然后加入含0.2份硬脂酸的无水乙醇溶液，在50-100℃条件下，继续搅拌2-12h，最后将混合液过滤，干燥，即得到改性硫酸钙晶须；
29.②
将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份乙烯-辛烯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718，及5份步骤
①
所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
30.实施例2：
31.将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份乙烯-辛烯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及10份实施例1所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度
为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
32.实施例3：
33.将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份乙烯-辛烯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及15份实施例1所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
34.对比例1：
35.将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份乙烯-辛烯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及10份未改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
36.对比例2：
37.①
将0.2份硬脂酸分散于无水乙醇溶液中，然后加入9.4份硫酸钙晶须，在50-100℃条件下，继续搅拌2-12h，然后将混合液过滤，干燥，即得到改性硫酸钙晶须；
38.②
将68份树脂、10份hsmpp树脂、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份乙烯-辛烯共聚物、0.2份氧化聚乙烯蜡、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及10份步骤
①
所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
39.对比例3：
40.①
将0.4份聚丙烯酸，分散于去离子水中，然后加入9.4份硫酸钙晶须，在50-100℃条件下，搅拌2-12h，过滤，滤饼经无水乙醇洗涤后分散于无水乙醇溶液中，然后加入含0.2份硬脂酸的无水乙醇溶液，在50-100℃条件下，继续搅拌2-12h，最后将混合液过滤，干燥，即得到改性硫酸钙晶须；
41.②
将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份乙烯-辛烯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及10份步骤
①
所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
42.对比例4：
43.①
将1.2份氧化聚乙烯蜡粉碎，分散于四氢呋喃溶液中，然后加入9.4份硫酸钙晶须，在50-100℃条件下，搅拌2-12h，过滤，滤饼分散于无水乙醇溶液中，然后加入含0.2份硬脂酸的无水乙醇溶液，在50-100℃条件下，继续搅拌2-12h，最后将混合液过滤，干燥，即得到改性硫酸钙晶须；
44.②
将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份乙烯-辛烯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及10份步骤
①
所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤
出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
45.对比例5：
46.①
将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、10份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及10份实施例1所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
47.对比例6：
48.②
将68份hdpe树脂、10份hsmpp树脂、10份乙烯-辛烯共聚物、0.3份润滑剂ebs、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.3份抗uv助剂3808pp5、1份色母粒pe2718及10份实施例1所得改性硫酸钙晶须，混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。控制双螺杆挤出机的工作温度为170-220℃；真空度不大于-0.06mpa。
49.以下测试数据均是将上述所得调高垫板用聚乙烯复合材料注塑成型为调高垫板产品后，经本体取样测试所得结果，见表1。
[0050][0051][0052]
通过表1可知：
[0053]
对比例1采用未经过改进的硫酸钙晶须，得到的调高垫板产品的机械性能和耐热性能，明显低于实施例1-3；对比例2，只使用硬脂酸对硫酸钙晶须进行改性，得到的调高垫板产品的机械性能和耐热性能略好于对比例1，但仍然与实施例1-3的产品有明显差距；对比例3，使用聚丙烯酸代替氧化聚乙烯蜡，其余方法不变，得到的调高垫板产品的机械性能和耐热性能，与对比例2相比没有明显提高；
[0054]
对比例4，在改性硫酸钙晶须的方法中，加大了氧化聚乙烯蜡的用量，得到的调高垫板产品的机械性能和耐热性能，相比于对比例1-3有所提高，但是仍明显低于实施例1-3；
[0055]
对比例5和对比例6，是将两个增韧剂乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物任意缺少一个，可知，乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物组合使用，可有效提高材料韧性及本体取样断裂伸长率。
[0056]
本发明的调高垫板用hdpe组合物，具有易成型加工、高耐热、收缩稳定、耐环境应力开裂等优点，特别适合更广泛应用环境的铁路调高垫板；
[0057]
本发明通过硫酸钙晶须表面处理，得到了易分散，且与聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯
共聚物相容性好的填料，在较低添加量下能大幅提高材料刚性，满足各种环境使用要求；通过改性硫酸钙晶须，获得了刚韧平衡、本体取样性能优异、性价比较高的调高垫板用料，解决了行业潜在需求。
[0058]
本发明为了提高材料性能，在目前常用硬脂酸处理硫酸钙晶须基础上，提出协同使用氧化聚乙烯蜡，在与硫酸钙晶须形成吸附作用的同时，未吸附的伸展聚乙烯分子链与基体聚乙烯树脂分子链形成分子链缠结或共晶作用，从而大大提高晶须与基体树脂的作用力，进而提升材料性能。而只有硬脂酸达不到上述作用。
[0059]
本发明的调高垫板用hdpe组合物，加入乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物组成的增韧剂可有效提高材料韧性及本体取样断裂伸长率。
[0060]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的保护范围限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0061]
本技术中一个或多个实施例旨在涵盖落入本技术的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：hdpe树脂55-90份、hsmpp树脂0.1-15份、改性硫酸钙晶须1-15份、增韧剂5-15份、润滑剂0.1-1份、抗氧剂0.1-0.5份、抗uv助剂0.1-0.5份和色母粒0.1-1份；其中改性硫酸钙晶须由以下重量份的组分制成：硫酸钙晶须0.6-14.5份、氧化聚乙烯蜡0.1-1份、硬脂酸0.1-0.5份。2.根据权利要求1所述的调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：hdpe树脂68份、hsmpp树脂10份、改性硫酸钙晶须10份、增韧剂10份、润滑剂0.3份、抗氧剂0.4份、抗uv助剂0.3份和色母粒1份。3.根据权利要求2所述的调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述改性硫酸钙晶须由以下重量份的组分制成：硫酸钙晶须9.4份、氧化聚乙烯蜡0.4份和硬脂酸0.2份。4.根据权利要求1-3任一项所述的调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述改性硫酸钙晶须的制备方法包括以下步骤：按重量份称取硫酸钙晶须、氧化聚乙烯蜡和硬脂酸；先将氧化聚乙烯蜡粉碎，溶于有机溶剂，然后加入硫酸钙晶须，加热搅拌一段时间，然后热过滤，滤饼分散于无水乙醇溶液；最后加入硬脂酸无水乙醇溶液，加热搅拌，反应完毕后，过滤，干燥，得到改性硫酸钙晶须。5.根据权利要求1所述的调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为重量比为1：1的乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。6.根据权利要求1所述的调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为重量比为1：1的抗氧剂1010和抗氧剂168。7.根据权利要求1所述的调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述抗uv助剂为3808pp5、uv3346、uv9900中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的调高垫板用聚乙烯复合材料，其特征在于，所述hdpe树脂的熔指为0.1-4g/10min，耐环境应力开裂性能大于1000h；所述hsmpp树脂为含较多支化结构高熔体强度聚丙烯。9.一种如权利要求1-8任一项所述的调高垫板用聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将hdpe树脂、hsmpp树脂、改性硫酸钙晶须、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、抗uv助剂和色母粒，混合均匀，熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制得调高垫板用聚乙烯复合材料。10.根据权利要求9所述的调高垫板用聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出的步骤为：采用双螺杆挤出机，工作温度为170-220℃，真空度不大于-0.06mpa。

技术总结
本发明属于高分子材料技术领域，具体是涉及到一种调高垫板用聚乙烯复合材料及其制备方法，复合材料由以下组分制成：HDPE树脂、HSMPP树脂、改性硫酸钙晶须、增韧剂、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂和色母粒，经过混合均匀，熔融挤出，然后牵引，冷却，切粒，制成。本发明通过硫酸钙晶须表面处理，得到了易分散，且与聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相容性好的填料，在较低添加量下能大幅提高材料刚性，满足各种环境使用要求；通过改性硫酸钙晶须，获得了刚韧平衡、本体取样性能优异、性价比较高的调高垫板用料，解决了行业潜在需求。解决了行业潜在需求。


技术研发人员：吴承然 孟凡地 姚峰 张凤桥 邓娇 孙照亮 易琪伟
受保护的技术使用者：株洲时代新材料科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/7