1.本发明涉及一种玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料，属于管道材料技术领域。


背景技术：

2.塑料管道分为热塑性管道和热固性塑料管道，热塑性管道的种类很多，如pe管、pvc管、pp管等，且热塑造性管道具有易回收、抗冲击能力强、断裂韧性好、成型周期短和生产效率高等特点，被广泛应用于建筑材料、电器设备、汽车、航空航天等领域，在日常生活中塑料管道的应用是非常广泛。热塑性材料的强度性能低，难以适应于要求高刚度和高压力的要求，而通常通过纤维进行增强使热塑性复合材料具有更好的抗冲击性、耐高温和热稳定性的性能。但是，由于纤维与聚乙烯材料之间存在界面不相容问题，在熔融浸渍过程中会出现粘不住的情况，导致整体强度不好，为了改善其与基体材料之间的相容性和结合力，通常需要对纤维进行改性，以增强纤维与基体树脂之间的粘结。因此，通常会先对纤维进行改性，如现有文献(公开号：cn109694512a)公开的一种pe改性材料及其制备方法，其中该pe改性材料是高密度聚乙烯40～50份，低密度聚乙烯15～25份，无碱纤维5～15份，硅藻土5～20，硅烷偶联剂10～15份，聚四氟乙烯5～15，相容剂5～10，增韧剂5～10、润滑剂5～10，以及高效复合型抗氧剂。其主要是通过对材料进行改性，且采用选用的改性的无碱的玻璃纤维，目的是出于防止材料的吸水性，而导致的材料强度性能下降等问题，且该材料的整体抗冲击强度性能也不佳。


技术实现要素：

3.本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料，解决的问题是如何实现兼具高冲击强度性能和环刚强度性能。
4.本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料，其特征在于，该聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
5.高密度聚乙烯：50～70；线性低密度聚乙烯：10～20；过氧化物引发剂：0.01～0.03；马来酸酐：1～5；分散剂：5.0～8.0；活化的碳酸钙：2.0～4.0；炭黑：1.0～3.0；改性玻璃纤维：5～15；
6.所述改性玻璃纤维是通过先采用不饱和硅烷偶联剂对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到。
7.通过先采用不饱和硅烷偶联剂进行表面改性，活化玻璃纤维的表面性能，即硅烷偶联剂能与玻璃纤维之间形成si-o-si键合的化学键作用，将表面进行活化，然后，再接枝上特定的聚合物聚甲基丙烯酸甲酯，能够成功的进行接枝，形成玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯，具有更高的接枝效率，同时，通过加入马来酸酐在引发剂的作用下能够与聚乙烯之间形成接枝后，增加聚乙烯的极性，两者协同作用有效提高了改性后的玻璃纤维与基体材料之间的相容性，提高它们之间的界面结合力，实现材料的高抗冲击强度性能和环刚强度性
能；同时，通过加入炭黑和活化后的碳酸钙能提高整体的强度性能，且采用活化后的碳酸钙能够与聚乙烯树脂之间的相容性得到明显提高。
8.在上述玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料中，作为优选，所述不饱和硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷中的一种或者几种混合物。能够更有效的对玻璃纤维的表面进行改性，且使更有效的将聚甲基丙烯酸甲酯接枝到玻璃纤维表面，使能更好的实现与基体材料之间的界面结合力，且能更均匀的分散在基体材料中，具有高抗冲击强度的性能。最好是进行硅烷化表面处理之前，先对玻璃纤维表面进行羟基化处理形成羟基化玻璃纤维，更进一步的提高玻璃纤维的表面活性，提高接枝的有效性。作为另一优选方案，所述改性玻璃纤维中有3～6重量份为采用三嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维进行改性而成，三嵌段共聚物偶联剂的嵌段比为a:b:c，且所述三嵌段共聚物偶联剂为聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯-b-聚γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧化硅烷(ps-b-pba-b-pmps)，最好使嵌段比中a为50～200，b为50～200，c为10～30。通过上述两种改性玻璃纤维的协同作用，能够更有效的提高材料的整体抗冲击强度性能。最好使其中的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯与三嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维进行改性而成的改性玻璃纤维的质量比为1：1.0～2.0。
9.在上述玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料中，作为优选，所述改性玻璃纤维中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分数为15％～20％。能够使整体接枝率控制在该范围内，目的在于更好的提升相容性和整体抗冲击强度性能。
10.在上述玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料中，作为优选，所述过氧化物引发剂选自过氧化二异丙苯、过氧化二特丁烷、1,3-二特丁基过氧化二异丙苯和2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧化基)己炔中的一种或者几种混合。使在加工的过程中，能够更好的引发反应的进行，促进马来酸酐接枝聚乙烯中，提高材料的整体抗冲击强度性能。
11.在上述玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料中，作为优选，所述活化的碳酸钙通过采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂进行活化处理。提高碳酸钙的表面活性，能够与高密度聚乙烯材料的相容性更好，且分散性好，更有利于均匀分散在基体材料中，形成应力集中点，更有利于充分吸收材料的冲击力，使材料在受到外部压力时不至于发生结构性破坏，提高整体的抗冲击强度性能，且与加入的炭黑共同作用，具有明显的增强和增刚的作用。作为进一步的优选，所述活化的碳酸钙的粒径为800目～3000目。
12.在上述玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料中，作为优选，所述高密度聚乙烯的熔体指数为0.01～2g/10min，所述线性低密度聚乙烯的熔体指数为20～100g/10min。通过提高聚乙烯熔融指数，能够改善熔体的流动性，使在加工的过程中更好的与改性的玻璃纤维粘合，提高界面的结合力的优点。
13.在上述玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料中，作为优选，所述分散剂选自聚乙烯蜡和/或聚丙烯蜡。改善材料的整体分散性能，使形成更有效的均匀分散性能，更有利于提高材料的抗冲击强度性能。
14.综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
15.1.本发明通过对玻璃纤维进行改性，并采用特定的材料聚甲基丙烯酸甲酯，且加入的马来酸酐在引发剂的作用下能够与聚乙烯之间形成接枝后，增加聚乙烯的极性，两者
协同作用有效提高了改性后的玻璃纤维与基体材料之间的相容性，提高它们之间的界面结合力，实现材料的高抗冲击强度性能和环刚强度性能。
16.2.通过采用不饱和的硅烷偶联剂，能够更好的现实与基体材料之间的界面结合力，提高整体的抗冲击强度性能。
具体实施方式
17.下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
18.实施例1
19.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
20.高密度聚乙烯：70；线性低密度聚乙烯：20；过氧化二异丙苯：0.03；马来酸酐：5；聚乙烯蜡：8.0；活化的碳酸钙：2.0，采用钛酸酯偶联剂进行活化；炉法炭黑：3.0；改性玻璃纤维：15；
21.上述改性玻璃纤维是通过先采用乙烯基三甲氧基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯。
22.上述聚乙烯复合材料可通过一般的方法加工得到，一般可通过以下方法加工而成：
23.按照上述各原料的重量份比例，将高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、过氧化物二异丙苯、马来酸酐、聚乙烯蜡、活化的碳酸钙，且采用钛酸酯偶联剂进行活化、炉法炭黑，以及改性玻璃纤维加入到混合器中进行高速混合，混合器的温度控制在26℃～30℃之间，混合时间为5～15分钟后，得到相应的混配物，备用；
24.上述的改性玻璃纤维是通过先采用乙烯基三甲氧基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯。
25.将混配物直接加入到双螺杆挤出机中进行造粒加工，挤出机设定温度由加料口到口模共分9段，每段温度依次逐渐升高5℃～10℃，整个挤出机的加工温度控制在110℃～220℃，挤出机的主机转速控制使物料在挤出机中的停留时间为2min～5min，挤出机的真空抽提的真空度应低于-0.08mpa,挤出机的长径比大于36:1。
26.实施例2
27.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
28.高密度聚乙烯：50；线性低密度聚乙烯：15；1,3-二特丁基过氧化二异丙苯：0.02；马来酸酐：2；聚乙烯蜡：7.0；活化的碳酸钙：2.0，采用铝酸酯偶联剂进行活化；炉法炭黑：2.0；改性玻璃纤维：12；
29.上述改性玻璃纤维是通过先采用二甲基乙烯基乙氧基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯。
30.上述聚乙烯复合材料可采用实施例1的方法基本一致，这里不再赘述。
31.实施例3
32.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
33.高密度聚乙烯：60；线性低密度聚乙烯：14；1,3-二特丁基过氧化二异丙苯：0.03；马来酸酐：3；聚丙烯蜡：5.0；活化的碳酸钙：3.0，采用铝酸酯偶联剂进行活化；炉法炭黑：
1.0；改性玻璃纤维：10；
34.上述改性玻璃纤维是通过先采用甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯。
35.上述聚乙烯复合材料可采用实施例1的方法基本一致，这里不再赘述。
36.实施例4
37.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
38.高密度聚乙烯：65；线性低密度聚乙烯：16；2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧化基)己炔：0.03；马来酸酐：4；聚乙烯蜡：5.0；活化的碳酸钙：3.0，采用硅烷偶联剂进行活化，粒径为1500目；炉法炭黑：2.0；改性玻璃纤维：10；
39.其中，高密度聚乙烯的熔体指数为0.01～2g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体指数为20～100g/10min，上述改性玻璃纤维是通过先采用二甲基乙烯基乙氧基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯，且玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分数为20％；
40.上述聚乙烯复合材料可采用实施例1的方法基本一致，这里不再赘述。
41.实施例5
42.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
43.高密度聚乙烯：55；线性低密度聚乙烯：10；2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧化基)己炔：0.01；马来酸酐：3；聚乙烯蜡：6.0；活化的碳酸钙：2.0，采用硅烷偶联剂进行活化，粒径为1500目；炉法炭黑：3.0；改性玻璃纤维：5；
44.其中，高密度聚乙烯的熔体指数为0.01～2g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体指数为20～100g/10min，上述改性玻璃纤维是通过先采用二甲基乙烯基乙氧基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯，且玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分数为15％；
45.上述聚乙烯复合材料可采用实施例1的方法基本一致，这里不再赘述。
46.实施例6
47.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
48.高密度聚乙烯：55；线性低密度聚乙烯：10；2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧化基)己炔：0.01；马来酸酐：3；聚乙烯蜡：6.0；活化的碳酸钙：2.0，采用硅烷偶联剂进行活化，粒径为1500目；炉法炭黑：3.0；改性玻璃纤维：5；
49.其中，高密度聚乙烯的熔体指数为0.01～2g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体指数为20～100g/10min，上述改性玻璃纤维所用的重量份中其中有2份是通过先采用二甲基乙烯基乙氧基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯，且玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分数为15％；另外3重量份是采用三嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维进行改性而成，三嵌段共聚物偶联剂的嵌段比为a:b:c，且三嵌段共聚物偶联剂为聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯-b-聚γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧化硅烷(ps-b-pba-b-pmps)，嵌段比中a为200，b为200，c为30；
50.上述聚乙烯复合材料可采用实施例1的方法基本一致，这里不再赘述。
51.实施例7
52.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
53.高密度聚乙烯：65；线性低密度聚乙烯：15；1,3-二特丁基过氧化二异丙苯：0.03；马来酸酐：5；聚乙烯蜡：5.0；活化的碳酸钙：4.0，采用硅烷偶联剂进行活化，粒径为3000目；炉法炭黑：2.0；改性玻璃纤维：12；
54.其中，高密度聚乙烯的熔体指数为0.01～2g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体指数为20～100g/10min，上述改性玻璃纤维所用的重量份中其中有6份是通过先采用二甲基乙烯基乙氧基硅烷对玻璃纤维进行表面改性处理，再接枝聚甲基丙烯酸甲酯得到的玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯，且玻璃纤维-g-聚甲基丙烯酸甲酯中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分数为20％；另外6重量份是采用三嵌段共聚物偶联剂对玻璃纤维进行改性而成，三嵌段共聚物偶联剂的嵌段比为a:b:c，且三嵌段共聚物偶联剂为聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯-b-聚γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧化硅烷(ps-b-pba-b-pmps)，嵌段比中a为100，b为100，c为10；
55.上述聚乙烯复合材料可采用实施例1的方法基本一致，这里不再赘述。
56.实施例8
57.本实施例的聚乙烯复合材料的各成分的重量份比例基本同实施例7一致，区别仅在于其中的三嵌段共聚物偶联剂为聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯-b-聚γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧化硅烷(ps-b-pba-b-pmps)，嵌段比中a为50，b为50，c为10。
58.比较例1
59.为了说明本发明中通过对改性玻璃纤维中的聚合物的选择在聚乙烯为基体的复合材料中的性能影响，以实施例2为比较对象，本比较例通过采用其它的聚合物的改性玻璃纤维进行比例说明，具体如下：
60.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
61.高密度聚乙烯：50；线性低密度聚乙烯：15；1,3-二特丁基过氧化二异丙苯：0.02；马来酸酐：2；聚乙烯蜡：7.0；活化的碳酸钙：2.0，采用铝酸酯偶联剂进行活化；炉法炭黑：2.0；改性玻璃纤维：12；
62.上述改性玻璃纤维是聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸接枝玻璃纤维。
63.上述聚乙烯复合材料可采用实施例2的方法基本一致，这里不再赘述。
64.比较例2
65.为了说明本发明中通过对改性玻璃纤维中的聚合物的选择在聚乙烯为基体的复合材料中的性能影响，以实施例5为比较对象，本比较例通过采用其它的聚合物的改性玻璃纤维进行比例说明，具体如下：
66.本玻璃纤维增强热塑性管道用的聚乙烯复合材料包括以下成分的重量份：
67.高密度聚乙烯：55；线性低密度聚乙烯：10；2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧化基)己炔：0.01；马来酸酐：3；聚乙烯蜡：6.0；活化的碳酸钙：2.0，采用硅烷偶联剂进行活化，粒径为1500目；炉法炭黑：3.0；改性玻璃纤维：5；
68.其中，高密度聚乙烯的熔体指数为0.01～2g/10min，线性低密度聚乙烯的熔体指数为20～100g/10min，上述改性玻璃纤维是聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸接枝玻璃纤维。
69.上述聚乙烯复合材料可采用实施例5的方法基本一致，这里不再赘述。
70.随机选取上述实施例和比较例得到的复合材料为样品加工成相应的测试管材
(160mm*6.2mm)进行相应的性能测试，测试结果如下表1所示：
71.表1：
[0072][0073]
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0074]
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。