基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水泵殼體材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機(jī)高分子納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于有機(jī)長玻纖增 強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓水栗是為高壓旋噴水泥漿提供高壓動力的設(shè)備，可用于建筑、公路等地基強(qiáng) 化加固，亦可用于高壓水射流輔助破巖落煤，井下液壓支柱供液，錨固有水利膨脹金屬錨桿 栗送高壓水，地下大型管道疏通清淤清洗等。由于高壓水栗的特殊用途，因此對于水栗的整 體材料特別是外殼材料的要求特別高，高壓水栗的外殼材料應(yīng)具備耐高壓、無毒、抗沖擊性 強(qiáng)、耐低溫脆性、使用壽命長、耐蠕變性強(qiáng)、抗老化性能強(qiáng)等一系列要求。
[0003] 目前，水栗外殼分類主要包括鋼殼、錯合金殼和塑料殼幾大類。鋼殼和錯合金殼比 較適合中高壓的水栗，而塑料殼(主要是工程塑料殼）由于性能所限，主要適合中低壓的水 栗。
[0004] 傳統(tǒng)的金屬類高壓水栗殼體材料性能雖然較為穩(wěn)定，但由于金屬栗體笨重、金屬 價格昂貴、加工工藝復(fù)雜、生產(chǎn)制造設(shè)備投入大、含重金屬的鋼和鋁合金易造成水污染等一 系列問題，限制了金屬類高壓水栗殼體的進(jìn)一步發(fā)展。另外，高壓水栗輕量化、小型化也將 是未來的發(fā)展方向。
[0005] 雖然，一部分工程塑料如尼龍雖然經(jīng)過一定程度的加工改性，其性能上有了很大 的提高，可以應(yīng)用于中低壓水栗上;但由于工程塑料加工溫度較高、材料價格往往較貴，而 且如尼龍等工程塑料具有含極性官能團(tuán)（如氫鍵），使得復(fù)合材料極易吸水導(dǎo)致性能大幅度 下降以及尺寸不穩(wěn)定等缺點，也限制了其在高端水栗中的發(fā)展。
[0006] 聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂，最輕的通用塑料，綜合性能優(yōu) 異，價格較為低廉。開發(fā)一款可用于高壓水栗殼體的聚丙烯材料具有良好的市場和經(jīng)濟(jì)價 值。傳統(tǒng)的聚丙烯耐老化、抗沖擊性能、剛性、力學(xué)強(qiáng)度僅為適中，還不能滿足高壓水栗的 要求。聚丙烯采用玻纖增強(qiáng)后，其力學(xué)性能和耐老化性能等會有較大的提升，完全可滿足各 種高壓水栗殼體的需求。但玻纖屬于極性材料而聚丙烯屬于非極性材料，聚丙烯中如有玻 纖的存在，玻纖增強(qiáng)聚丙烯的相容性和焊接性能較差，易形成相分離或應(yīng)力集中現(xiàn)象;導(dǎo)致 高壓水栗在高速運行時，水栗殼體極易形成應(yīng)力開裂或者應(yīng)力變形，不能滿足高壓水栗追 求高性能的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚 丙烯的高壓水栗殼體材料及其制備方法，采用長玻璃纖維、抗沖擊劑、擴(kuò)鏈劑等改性增強(qiáng)聚 丙烯，通過將長玻璃纖維有機(jī)浸潤，在長玻纖的表面包覆一層有機(jī)膜，從而有效提高玻纖和 聚丙烯的相容性，這種效果大大優(yōu)于傳統(tǒng)的長玻纖與聚丙烯直接共混改性效果;另外，在浸 潤長玻纖的同時加入聚丙烯用的分散劑、低分子聚合物、復(fù)配抗氧化劑、抗紫外線劑，在提 高聚丙烯性能的同時，進(jìn)一步提高助劑在聚丙烯基體中的分散性，提高復(fù)合材料的綜合性 能。
[0008] 本發(fā)明所述的基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料，其是由以下重量 百分比的原料制備而成，熱塑性聚丙烯樹脂55-80%，有機(jī)長玻璃纖維15-40%，抗沖擊劑 0.5-1.5 %，擴(kuò)鏈劑0.5-1.5 %，色母粒2-4 % ;
[0009] 進(jìn)一步，所述熱塑性聚丙烯樹脂為均聚聚丙烯，其熔融指數(shù)為16-18g/min;
[0010] 進(jìn)一步，所述抗沖擊劑為氯化聚乙稀，所述擴(kuò)鏈劑為松香甘油酯；
[0011] 進(jìn)一步，所述的有機(jī)長玻璃纖維為經(jīng)過有機(jī)浸潤預(yù)處理的無堿玻璃纖維，所述有 機(jī)長玻璃纖維的長徑比為150-400;
[0012] 更進(jìn)一步，所述的有機(jī)長玻璃纖維的制備方法依次包括以下步驟：
[0013] 步驟l:75v/v%乙醇溶液與偶聯(lián)劑γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷按體 積比2:5的比例混合；
[0014] 步驟2:分別配置與步驟1所得溶液體積比為5:1的聚乙烯醇、體積比為9:1的分散 劑聚乙烯蠟、質(zhì)量比為100:1的抗氧化劑和質(zhì)量比為95:1的抗紫外線劑，然后依次加入到步 驟1所得溶液中，充分混合；
[0015] 步驟3:將干燥的無堿玻璃纖維加入高速混合機(jī)中，邊攪拌邊加入步驟2所得溶液， 步驟2所得溶液與干燥的無堿玻璃纖維以質(zhì)量比3.5:10的比例浸潤混合1小時后取出；
[0016] 步驟4:在65°C干燥2小時，得到所述有機(jī)長玻璃纖維。
[0017] 再進(jìn)一步，所述聚乙烯醇分子量為500-1000,所述分散劑聚乙烯蠟分子量為1000-2000；
[0018] 所述的抗氧化劑為主抗氧劑硫代雙酚和輔助抗氧劑對苯二胺質(zhì)量比4:1的混合 物;所述抗紫外線劑為鄰羥基苯甲酸苯酯和2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮質(zhì)量比3:1的混合 物，其中，硫代雙酚醛優(yōu)選為4，4 硫代雙苯硫酚和/或4，4-硫代二苯酚。
[0019] 上述基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料的制備方法，其步驟如下： 1)依次將熱塑性聚丙烯樹脂、抗沖擊劑、擴(kuò)鏈劑、色母粒、有機(jī)長玻璃纖維放入高速混料機(jī) 進(jìn)行混料處理，混合攪拌5-15分鐘;2)然后將混合物放入雙螺桿擠出機(jī)中，通過擠出機(jī)進(jìn)行 均衡共混，最后共混物經(jīng)擠出機(jī)機(jī)頭拉出、冷卻、吹干、切粒即得高壓水栗殼體材料。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果如下：
[0021] 通過本發(fā)明制備的基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料、生產(chǎn)成本 低、工藝簡單、無毒、無污染，環(huán)保性能符合歐盟R0HS標(biāo)準(zhǔn);材料力學(xué)性能優(yōu)異，力學(xué)強(qiáng)度高、 耐沖擊性能高、剛性高，可用于高壓水栗殼體，替代傳統(tǒng)的水栗金屬殼體材料，能有效解決 傳統(tǒng)金屬栗體笨重、價格昂貴、易重金屬污染等問題。
【具體實施方式】
[0022] 下面申請人將結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的產(chǎn)品及方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，目 的在于使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠清楚地理解本發(fā)明。以下實施例不應(yīng)在任何程度上被理解為 對本發(fā)明權(quán)利要求書請求保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員按本申請的思路修改制備類似 的復(fù)合材料也應(yīng)在本發(fā)明權(quán)利要求書請求保護(hù)范圍的限制內(nèi)。
[0023]以下實施例和對比例中：
[0024]原料熱塑性聚丙烯樹脂均為均聚聚丙烯，其熔融指數(shù)為16-18g/min;
[0025]抗沖擊劑均為牌號為CPE135A的氯化聚乙烯；
[0026]擴(kuò)鏈劑均為牌號138的松香甘油酯；
[0027] 聚乙烯醇分子量均為500-1000;
[0028] 分散劑聚乙烯蠟分子量均為1000-2000;
[0029] 實施例1
[0030] -種基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料及其制備方法，所述基于有 機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料的原料組成如下： 原料 重量百分比 熱塑性聚丙烯樹脂 65%， 有機(jī)長玻璃纖維（長徑比250) 30%，
[0031] 抗沖擊劑 1%， 擴(kuò)鏈劑 1%> 色母粒（白色〉 3%；
[0032] 所述的有機(jī)長玻璃纖維的制備方法依次包括以下步驟：
[0033] 步驟l:75v/v%乙醇溶液與偶聯(lián)劑γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷按體 積比2:5的比例混合，所得溶液體積為Vi，質(zhì)量為Μι;
[0034] 步驟2:依次將體積5V!的聚乙烯醇、體積為9V!的分散劑聚乙烯蠟、質(zhì)量為100M!的 抗氧化劑(主抗氧劑4,4'_硫代雙苯硫酚和輔助抗氧劑對苯二胺質(zhì)量比為4:1的混合物)和 質(zhì)量為95M:的抗紫外線劑(抗紫外線劑為鄰羥基苯甲酸苯酯和2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮 質(zhì)量比3:1的混合物)加入到步驟1所得溶液中，充分混合；
[0035] 步驟3:將干燥的無堿玻璃纖維加入高速混合機(jī)中，邊攪拌邊加入步驟2所得溶液， 步驟2所得溶液與干燥的無堿玻璃纖維以質(zhì)量比3.5:10的比例浸潤混合，充分混合1小時后 取出；
[0036]步驟4:在65°C，干燥2小時，得到所述有機(jī)長玻璃纖維。
[0037] 所述基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料的制備方法，其步驟如下： 1)依次將熱塑性聚丙烯樹脂、抗沖擊劑氯化聚乙烯、擴(kuò)鏈劑松香甘油酯、色母粒、有機(jī)長玻 璃纖維放入高速混料機(jī)進(jìn)行混料處理，混合攪拌10分鐘；2)然后將混合物放入雙螺桿擠出 機(jī)中，通過擠出機(jī)進(jìn)行均衡共混，最后共混物經(jīng)擠出機(jī)機(jī)頭拉出、冷卻、吹干、切粒即得高壓 水栗殼體材料。
[0038] 本實施例所制得的高壓水栗殼體材料經(jīng)充分干燥后使用注塑機(jī)注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條， 進(jìn)行力學(xué)性能（國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1039-1992)和R0HS檢測等性能測試。
[0039]性能測試結(jié)果：
[0040]拉伸強(qiáng)度:91.8Mpa [0041 ]彎曲強(qiáng)度：116Mpa [0042]彎曲模量:5409Mpa
[0043] 懸壁梁缺口沖擊強(qiáng)度:20.5KJ/m2
[0044] 收縮率:<0.3%
[0045] R0HS:重金屬含量 <2ppm
[0046] 實施例2
[0047] -種基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料及其制備方法，所述基于有 機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料的原料組成如下： 原料 重量百分比 熱塑性聚丙烯樹脂 55%， 有機(jī)長玻璃纖維（長徑比150) 40%，
[0048] 抗沖擊劑 0.5%,： 擴(kuò)鏈劑 0.5%, 色母粒（黑色） 4%;
[0049] 所述的有機(jī)長玻璃纖維的制備方法依次包括以下步驟：
[0050] 步驟l:75v/v%乙醇溶液與偶聯(lián)劑γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷按體 積比2:5的比例混合，所得溶液體積為V 2，質(zhì)量為M2;
[0051 ]步驟2:依次將體積為5V2的聚乙烯醇、體積為9V2的分散劑聚乙烯蠟、質(zhì)量為100Μ2 的抗氧化劑(主抗氧劑4,4_硫代二苯酚和輔助抗氧劑對苯二胺質(zhì)量比為4:1的混合物)和質(zhì) 量為95M2的抗紫外線劑(抗紫外線劑為鄰羥基苯甲酸苯酯和2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮質(zhì) 量比例為3:1的混合物)加入到步驟1所得溶液中，充分混合；
[0052]步驟3:將干燥的無堿玻璃纖維加入高速混合機(jī)中，邊攪拌邊加入步驟2所得溶液， 步驟2所得溶液與干燥的無堿玻璃纖維以質(zhì)量比3.5:10的比例浸潤混合，充分混合1小時后 取出；
[0053]步驟4:在65°C，干燥2小時，得到所述有機(jī)長玻璃纖維。
[0054] 所述基于有機(jī)長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的高壓水栗殼體材料的制備方法，其步驟如下： 1)依次將熱塑性聚丙烯樹脂、抗沖擊劑氯化聚乙烯、擴(kuò)鏈劑松香甘油酯、色母粒、有機(jī)長玻 璃纖維放入高速混料機(jī)進(jìn)行混料處理，混合攪拌5分鐘;2)然后將混合物放入雙螺桿擠出機(jī) 中，通過擠出機(jī)進(jìn)行均衡共混，最后共混物經(jīng)擠出機(jī)機(jī)頭拉出、冷卻、吹干、切粒即得高壓水 栗殼體材料。
[0055] 本實施例所制