一種ep預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成：HDPE 70～100份；EP預(yù)聚體粉末1～10份；相容劑1～30份；其中，所述EP預(yù)聚體粉末按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成：環(huán)氧樹脂40～65份、固化劑35～60份、固化助劑0.001～2份，所述EP預(yù)聚體粉末的粒徑不大于500μm。本發(fā)明制備得到的EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、韌性好、耐熱性能優(yōu)異的特點(diǎn)，擴(kuò)寬了樹脂材料的應(yīng)用領(lǐng)域，解決了通用樹脂由于強(qiáng)度和韌性低等缺陷難以作為結(jié)構(gòu)材料使用的難題。
【專利說明】
一種EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體涉及一種EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高密度聚乙烯(HDPE)具有無毒、廉價(jià)、輕質(zhì)、耐腐蝕及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且 易成型加工，是廣泛應(yīng)用的塑料材料之一。然而高密度聚乙烯具有強(qiáng)度低、韌性低、易變形、 尺寸穩(wěn)定性差及耐熱性差等缺點(diǎn)，限制了 HDPE作為結(jié)構(gòu)材料的使用。
[0003] 目前HDPE的改性方法主要有共混改性、填充改性、交聯(lián)改性等，前兩種改性方法很 難達(dá)到同時(shí)增強(qiáng)增韌的目的，后一種方法效果較好，但是交聯(lián)改性存在殘留引發(fā)劑和工藝 復(fù)雜或設(shè)備成本較高等問題。采用納米碳酸鈣、納米二氧化硅、納米蒙脫土等改性HDPE雖然 可以取得較好的效果，但是，由于納米無機(jī)粒子的分散性和相容性問題，其增強(qiáng)增韌幅度有 限。
[0004] 因此，仍需尋求一種能夠提高HDPE樹脂強(qiáng)度和韌性的方法及具有增強(qiáng)增韌效果的 HDPE樹脂材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材 料，本發(fā)明制備的復(fù)合材料強(qiáng)度高、韌性好，耐熱性能優(yōu)異。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料的制備方法。
[0007] 為滿足上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)由 以下原料組成： HDPE 70 ~100 份； EP預(yù)聚體粉末 1~10份； 相容劑 1~30份； 其中，所述EP預(yù)聚體粉末按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成:環(huán)氧樹脂40~65份、固化劑35 ~60份、固化助劑0.001~2份。
[0008] 優(yōu)選地，所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成： HDPE 85 份； EP預(yù)聚體粉末 5份； 相容劑 1〇份； 其中，所述EP預(yù)聚體粉末按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成：環(huán)氧樹脂55份、固化劑44.95 份、固化助劑0.05份。
[0009] 本發(fā)明將EP預(yù)聚體粉末、HDPE樹脂材料和相容劑混合均勻通過熔融擠出制備復(fù)合 材料，在熱剪切的作用下，EP預(yù)聚體粉末變軟細(xì)化、繼續(xù)固化，在基體樹脂中達(dá)到納米級(jí)分 散，產(chǎn)生納米粒子效應(yīng);并且EP中的環(huán)氧基團(tuán)和羥基與相容劑中的酸酐基團(tuán)或縮水甘油酯 基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成以EP粒子為中心的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善了EP粒子與基體樹脂界面的粘 結(jié)效果;本發(fā)明通過納米粒子效應(yīng)和相容劑中的彈性體協(xié)同增強(qiáng)增韌HDPE樹脂，制備得到 的HDPE樹脂強(qiáng)度高、韌性好、耐熱性能優(yōu)異，拓寬了HDPE樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0010] 在本發(fā)明中，EP預(yù)聚體粉末的粒徑尤為重要，粒徑過大，EP預(yù)聚體粉末在熱剪切的 作用下無法達(dá)到納米級(jí)分散，EP預(yù)聚體粉末將以較大的環(huán)氧固化粒子不均勻的分散在基體 樹脂中，造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度以及耐熱性能的降低。因此所 述EP預(yù)聚體粉末的粒徑不大于500μηι ;優(yōu)選地，所述EP預(yù)聚體粉末的粒徑不大于100μπι。
[0011] 優(yōu)選地，所述相容劑為P〇E、HDPE、LDPE接枝的馬來酸酐或甲基丙烯酸縮水甘油酯 中的一種或幾種。
[0012] 優(yōu)選地，所述固化劑為甲基四氫鄰笨二甲酸酐(MeTHPA)、甲基六氫鄰笨二甲酸酐 (MeHHPA)、十二烷基琥珀酸酐(DDSA)中的一種或幾種。
[0013] 優(yōu)選地，所述固化助劑為三(二甲氨基甲基）苯酚(DMP-30)、芐基二甲胺(BD-MA)、 二甲胺基甲基苯酚(MDPZ-10)中的一種或幾種。
[0014]優(yōu)選地，所述EP預(yù)聚體粉末的制備方法包括將所述環(huán)氧樹脂、固化劑、固化助劑預(yù) 固化至室溫成固體，使用球磨機(jī)研磨、過篩即得EP預(yù)聚體粉末。
[0015] 上述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為:將HDPE、EP預(yù)聚體粉 末、相容劑混合均勻，然后加入同向雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)于165~190°C熔融擠出造粒，干燥即得 EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果： 本發(fā)明將EP預(yù)聚體粉末、HDPE和相容劑混合制備得到一種強(qiáng)度高、韌性好、耐熱性能優(yōu) 異的HDPE樹脂材料，拓寬了 HDPE樹脂材料的應(yīng)用領(lǐng)域，解決了通用HDPE樹脂由于強(qiáng)度差韌 性低等缺陷難以作為結(jié)構(gòu)材料使用的難題。本發(fā)明使用的EP預(yù)聚體粉末的制備工藝簡單、 容易控制，且室溫下性能穩(wěn)定，可長期存放，可大量應(yīng)用在HDPE樹脂復(fù)合材料中。
【附圖說明】
[0017] 圖1為制備的EP環(huán)氧預(yù)聚體粉末放置不同時(shí)間的紅外譜(FT-IR)圖； 圖2為制備的EP環(huán)氧預(yù)聚體粉末平均粒徑掃描電鏡(SBO照片； 圖3為對(duì)照例1的純HDPE的掃描電鏡(SEM)照片； 圖4為實(shí)施例1的HDPE/EP復(fù)合材料的掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。這些實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的典型描 述，但本發(fā)明不限于此。下述實(shí)施例中所用的試驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法，所使 用的原料，試劑等，如無特殊說明，均為可從常規(guī)市購等商業(yè)途徑得到的原料和試劑。
[0019]實(shí)驗(yàn)例I: EP預(yù)聚體粉末1的制備 將環(huán)氧樹脂55份，甲基四氫鄰笨二甲酸酐(MeTHPA)44.95份，二甲胺基甲基苯酚(MDPZ-10)0.05份加入到配有攪拌功能的反應(yīng)容器中，在80°C條件下預(yù)固化4h，冷卻至室溫，球磨， 過篩，得到EP預(yù)聚體粉末。
[0020] 實(shí)驗(yàn)例2 EP預(yù)聚體粉末2的制備 將環(huán)氧樹脂40份，十二烷基琥珀酸酐(DDSA)58份，二甲胺基甲基苯酚(MDPZ-10)2份加 入到配有攪拌功能的反應(yīng)容器中，在80°C條件下預(yù)固化4h，冷卻至室溫，球磨，過篩，得到EP 預(yù)聚體粉末。
[0021] 實(shí)驗(yàn)例3 EP預(yù)聚體粉末3的制備 將環(huán)氧樹脂50份，十二烷基琥珀酸酐(DDSA)49.9份，二甲胺基甲基苯酚(MDPZ-IO)0.1 份加入到配有攪拌功能的反應(yīng)容器中，在80°C條件下預(yù)固化4h，冷卻至室溫，球磨，過篩，得 到EP預(yù)聚體粉末。
[0022]實(shí)施例1 HDPE/EP復(fù)合材料1的制備 將HDPE 70份、實(shí)驗(yàn)例1制備得到的EP預(yù)聚體粉末1份、POE-g-MAH 5份混合均勻，然后加 入同向雙螺桿擠出機(jī)擠內(nèi)在165~190 °C熔融擠出造粒，制得復(fù)合材料母粒放入烘箱中80 °C 烘4h后，采用平板硫化儀在185°C、125MPa條件下壓片5min，冷卻、裁剪得到樣品，測(cè)試其力 學(xué)、耐熱性能及熔融指數(shù)。
[0023]實(shí)施例2 HDPE/EP復(fù)合材料2的制備 將HDPE 87份、實(shí)驗(yàn)例2制備得到的EP預(yù)聚體粉末5份、LDPE-g-MAH 15份混合均勻，然后 加入同向雙螺桿擠出機(jī)擠內(nèi)在165~190 °C熔融擠出造粒，制得復(fù)合材料母粒放入烘箱中80 °(：烘411后，采用平板硫化儀在185 °C、125MPa條件下壓片5min，冷卻、裁剪得到樣品，測(cè)試其 力學(xué)、耐熱性能及熔融指數(shù)。
[0024]實(shí)施例3 HDPE/EP復(fù)合材料3的制備 將HDPE 100份、實(shí)驗(yàn)例3制備得到的EP預(yù)聚體粉末10份、POE-g-MAH 30份混合均勻，然 后加入同向雙螺桿擠出機(jī)擠內(nèi)在165~190 °C熔融擠出造粒，制得復(fù)合材料母粒放入烘箱中 80°C烘4h后，采用平板硫化儀在185°C、125MPa條件下壓片5min，冷卻、裁剪得到樣品，測(cè)試 其力學(xué)、耐熱性能及熔融指數(shù)。
[0025] 對(duì)照例1: 將純HDPE采用平板硫化儀在185°C、125MPa條件下壓片5min，冷卻、裁剪得到樣品，測(cè)試 其力學(xué)、耐熱性能及熔融指數(shù)。
[0026] 對(duì)照例2: 將HDPE 100份、POE-g-MAH 30份混合均勻，然后加入同向雙螺桿擠出機(jī)擠內(nèi)在165~ 190 °C熔融擠出造粒，制得復(fù)合材料母粒放入烘箱中80 °C烘4h后，采用平板硫化儀在185 °C、 125MPa條件下壓片5min，冷卻、裁剪得到樣品，測(cè)試其力學(xué)、耐熱性能及熔融指數(shù)。
[0027] 對(duì)照例3: 將HDPE100份、實(shí)驗(yàn)例3制備得到的EP預(yù)聚體粉末10份混合均勻，然后加入同向雙螺桿 擠出機(jī)擠內(nèi)在165~190 °C熔融擠出造粒，制得復(fù)合材料母粒放入烘箱中80 °C烘4h后，采用 平板硫化儀在185 °C、125MPa條件下壓片5min，冷卻、裁剪得到樣品，測(cè)試其力學(xué)、耐熱性能 及熔融指數(shù)。
[0028] 對(duì)照例4 將HDPE 70份、POE-g-MAH 5份、環(huán)氧樹脂55份、甲基四氫鄰笨二甲酸酐(MeTHPA)44.95 份、二甲胺基甲基苯酚(MDPZ-IO)0.05份混合均勻，然后加入同向雙螺桿擠出機(jī)擠內(nèi)在165 ~190°C熔融擠出造粒，制得復(fù)合材料母粒放入烘箱中80°C烘4h后，采用平板硫化儀在185 °C、125MPa條件下壓片5min，冷卻、裁剪得到樣品，測(cè)試其力學(xué)、耐熱性能及熔融指數(shù)。
[0029]性能測(cè)試 (1)紅外光譜(FT-IR)分析 分別對(duì)實(shí)施例1剛制備得到的EP預(yù)聚體粉末與在室溫下密封放置1年的EP預(yù)聚體粉末 進(jìn)行紅外光譜(FT-IR)分析。
[0030] 由圖1中的曲線可知，密封放置一年的EP預(yù)聚體粉末與剛制備的EP預(yù)聚體粉末的 紅外光譜曲線變化趨勢(shì)基本一致，都在914CHT 1和3500CHT1位置分別出現(xiàn)環(huán)氧官能團(tuán)和羥基 的伸縮振動(dòng)峰，這說明EP預(yù)聚體粉末可以長期儲(chǔ)存。
[0031] (2)掃描電鏡(SEM)分析 對(duì)實(shí)驗(yàn)例1制備的EP預(yù)聚體粉末、純HDPE和本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的HDPE/EP復(fù)合材 料進(jìn)行掃描電鏡(SEM)分析，具體可參看說明書附圖2、3、4。
[0032] 由圖2~4可知，EP預(yù)聚體粉末在與基體樹脂擠出造粒過程中變軟細(xì)化、繼續(xù)固化， 呈納米級(jí)均勻分散到基體樹脂中。
[0033] (3)力學(xué)性能及耐熱性能測(cè)試 1) 拉伸屈服強(qiáng)度：按GB/T 1040.2-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉測(cè)試，拉伸速度為50 mm/min; 2) 沖擊強(qiáng)度：按GB/T 1043-1993標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試沖擊強(qiáng)度，缺口深度為2 mm; 3) 彎曲強(qiáng)度:按GB/T 9341-2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試速度為2 mm/min; 4 )維卡軟化溫度:按照GB/T 1634-2004的規(guī)定，采用熱變形溫度儀，在0.45MPa條件下測(cè) 試其維卡； 5)熔融指數(shù):按照GB/T3682-2000，在190°C，負(fù)荷為5kg的條件下，使用熔融指數(shù)儀測(cè)定 復(fù)合材料的MFR。
[0034]表1. HDPE/EP復(fù)合材料的力學(xué)性能及耐熱性能
[0035]由上表1可知，實(shí)施例1~3制備得到的復(fù)合材料的熔融指數(shù)相對(duì)于對(duì)照例1~4的 材料的熔融指數(shù)大幅度降低，結(jié)合附圖4的SEM照片，說明EP與相容劑反應(yīng)形成以EP粒子為 中心的網(wǎng)狀分子鏈結(jié)構(gòu)。由上表1中實(shí)施例1~3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，與對(duì)照例1~4相比，本發(fā) 明各實(shí)施例制備得到的EP/相容劑/HDPE復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯改善;對(duì)照例1~3中未添 加 EP預(yù)聚體粉末和/或未添加相容劑，以對(duì)照例1~3中各組分制備得到的復(fù)合材料的強(qiáng)度、 韌性及耐熱性能較差;對(duì)照例4中的環(huán)氧樹脂未進(jìn)行預(yù)固化處理，以對(duì)照例4中各組分為原 料之別得到的復(fù)合材料的強(qiáng)度、韌性和耐熱性能也較差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，其特征在于，所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材 料按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成： HDPE 70 ~100 份； EP預(yù)聚體粉末 1~10份； 相容劑 1~30份； 其中，所述EP預(yù)聚體粉末按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成:環(huán)氧樹脂40~65份、固化劑35 ~60份、固化助劑0.001~2份，所述EP預(yù)聚體粉末的粒徑不大于500μπι。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，其特征在于，所述EP預(yù)聚體粉末 改性的復(fù)合材料按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成： HDPE 85 份； EP預(yù)聚體粉末 5份； 相容劑 1〇份； 其中，所述EP預(yù)聚體粉末按質(zhì)量份數(shù)由以下原料組成：環(huán)氧樹脂55份、固化劑44.95 份、固化助劑0.05份，所述EP預(yù)聚體粉末的粒徑不大于500μπι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，其特征在于，所述EP預(yù)聚體 粉末的粒徑不大于100μπι。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，其特征在于，所述相容劑為POE、 HDPE、LDPE接枝的馬來酸酐或甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或幾種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，其特征在于，所述固化劑為甲基 四氫鄰笨二甲酸酐、甲基六氫鄰笨二甲酸酐、十二烷基琥珀酸酐中的一種或幾種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，其特征在于，所述固化助劑為三 (二甲氨基甲基)苯酚、芐基二甲胺、二甲胺基甲基苯酚中的一種或幾種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料，其特征在于，所述EP預(yù)聚體粉末 的制備方法包括將所述環(huán)氧樹脂、固化劑、固化助劑預(yù)固化至室溫成固體，使用球磨機(jī)研 磨、過篩即得EP預(yù)聚體粉末。8. 權(quán)利要求1所述EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，將HDPE、EP 預(yù)聚體粉末、相容劑混合均勻，然后加入同向雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)于165~190 °C熔融擠出造粒， 干燥即得EP預(yù)聚體粉末改性的復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C08L23/06GK105860227SQ201610391996
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】劉運(yùn)錦
【申請(qǐng)人】聯(lián)塑科技發(fā)展(貴陽)有限公司