一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，所述复合材料由以下重量份数的各组分制备而成：混合高密度聚乙烯40‑60份，石墨烯0.5份，无碱玻璃纤维20‑40份，耐磨剂3‑10份，滑石粉5‑20份，胶黏剂3‑5份，接枝剂2‑5份，抗氧剂0.1‑0.5份，抗紫外剂0.1‑0.5份，硅烷偶联剂0.1‑0.5份；合计100份。本发明专利技术还提供其制备方法。对本发明专利技术制备得到的高密度聚乙烯复合材料进行性能检测，满足制作托辊制品的基本要求。

【技术实现步骤摘要】
一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子加工
，具体涉及一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
带式输送机又称胶带输送机，被广泛应用于家电、电子、煤矿、建材等领域。托辊是带式输送机的重要组成部分之一，它由托辊管体、轴承座以及内外密封件组成，在输送过程中可以起到支撑作用，提高货物输送量，缓解物品对于输送带的冲击以及防止输送带跑偏。托辊的成本可以占输送机总价的四分之一左右，其维修和更换费用也是带式输送机费用的重要部分，因此托辊的性能质量会直接影响到输送机的成本以及使用寿命。在目前的市场中，托辊按照材质的不同可分为钢制托辊、陶瓷托辊以及塑料托辊等，它们在使用过程中均暴露了许多问题，国内外也对此进行了大量的研究和创新开发。其中，钢制托辊易受到化学腐蚀，并且耐磨性能较差，导致了钢制托辊的使用寿命短，只有8000-10000h，远远低于设计寿命，并且钢的密度较大导致了其质量重，管理和维护需花费大量的时间。与之相比，市场上的陶瓷托辊耐磨性能以及耐化学腐蚀性能优异，但陶瓷托辊的韧性差，安装过程不便并且容易损坏，这些同样会导致其使用寿命降低和运营成本增加。相比较之下，塑料托辊由于其质量轻、耐腐蚀、抗冲击、运行噪音低等显著特点，近年来已经成为托辊领域中的主流产品，但是传统塑料托辊的耐温性能、耐候性以及耐磨性均不如陶瓷托辊，并且大多是采用价格高昂且加工条件苛刻、成型困难或复杂的原料，如超高分子量聚乙烯和尼龙等。经过查询，在本领域中的类似专利有CN103467978A<一种托辊用多元复合改性尼龙6复合材料及其制备方法>，但是经过对比，相关专利用的基体树脂都为尼龙6和超高分子量聚乙烯，而在本专利技术中，将高密度聚乙烯应用于托辊领域尚属首次。另外，专利号为CN1483650A的专利技术专利公开了一种以超高分子量聚乙烯为基料，纳米碳酸钙与偶联剂以及其它辅助助剂为改性剂，采用挤出成型制备复合材料托辊的方法。该专利技术利用超高分子量聚乙烯因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，但最终因价格过高并且无法量产而难以推广。专利号CN1810879A的专利技术专利，以不饱和聚酯树脂、玻璃纤维、尼龙纤维、石墨、碳酸钙、氢氧化铝和石英砂等为原材料，经模压成型制备复合材料托辊的方案，但材料体系本身存在耐高温性能差，固化时体积收缩率较大致使尺寸难以保障，同时又有耐磨性能差，韧性低，并且因采用模压成型导致生产效率不高的显著弊端。
技术实现思路
针对市面上目前已有的各类材质托辊的缺点，为解决上述问题，本专利技术旨在提供一种托辊用石墨烯高密度聚乙烯基复合材料的制备方法，利用石墨烯的自身特性，制备石墨烯耐磨填料，其加入高密度聚乙烯后，制品同时具备塑料托辊和陶瓷托辊的性能优点，具有高强度、高耐磨、耐化学腐蚀、使用寿命长等优点，并且加工工艺简单、制造成本低廉、环保增效，带来较高的社会经济效益。为了实现上述目的，本专利技术中所采取的技术方案是：本专利技术提供一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，所述复合材料由以下重量份数的各组分制备而成：所述混合高密度聚乙烯是由高熔融指数高密度聚乙烯和低熔融指数高密度聚乙烯混合组成；作为优选，所述高熔融指数HDPE：低熔融指数HDPE的质量比＝(30-50)：(10-20)。作为优选，所述复合材料由以下重量份数的各组分制备而成：所述混合高密度聚乙烯是由高熔融指数高密度聚乙烯和低熔融指数高密度聚乙烯混合组成；作为优选，所述高熔融指数HDPE：低熔融指数HDPE的质量比＝42:14。作为优选，所述高熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数大于15g/10min，所述低熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数小于3g/10min。作为进一步优选，所述高熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min，所述低熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数为0.8g/10min。作为优选，所述石墨烯为粉体，其BET≥220m2/g，粒径D50为≤30μm；作为进一步优选，所述石墨烯的BET为250m2/g，粒径D50为25μm。作为优选，所述无碱玻璃纤维的直径为13微米或14微米。作为优选，所述耐磨剂为石墨粉、聚四氟乙烯、二硫化钼中的一种或几种。作为优选，所述滑石粉选用的粒径是1000-5000目；优选2000目。作为优选，所述胶黏剂选用的是型号为A490；和/或所述接枝剂选用的是马来酸酐接枝PE；和/或所述抗氧剂选用的是抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或几种；和/或所述抗紫外剂选用的是UV531、UV770中的一种或几种；和/或所述硅烷偶联剂选用的是KH-550、KH-560中的一种或几种。本专利技术还提供上述的一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1，将高熔融指数高密度聚乙烯和低熔融指数高密度聚乙烯磨粉混合，得到混合高密度聚乙烯；S2，将石墨烯和耐磨剂进行表面处理后，加入硅烷偶联剂进行分散均匀，得到石墨烯/耐磨剂混合物；S3，将混合高密度聚乙烯和石墨烯/耐磨剂混合物混合后进行预分散搅拌均匀；S4，再加入除无碱玻璃纤维外的剩余填料与助剂混合搅拌均匀；S5，将步骤S4获得的混合物料与无碱玻璃纤维混合挤出造粒，得到托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料。步骤S2-S4中所述的“分散均匀”或“搅拌均匀”是为了保证各个原料充分混合均匀，指在肉眼观察下，无明显的结块现象发生。作为优选，步骤S3和步骤S4中，所述预分散搅拌采用在高速搅拌机中进行，搅拌时间为5-15min；和/或步骤S5中，采用在双螺杆挤出机中进行挤出，在双螺杆挤出机的第四段的加纤口加入无碱玻璃纤维。搅拌的目的只是为了分散均匀，理论上当然是时间越长越好，但考虑到实际生产加工，在这个区间内效率最高。作为优选，所述双螺杆挤出的参数设置如下：第一段至第十段的温度分别为170-200℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃，机头温度为235℃，主机转速为300-400rpm，喂料速率为30-50rpm。托辊材料要求具有高强度、高耐磨、重量轻及使用寿命长等特点，在目前的市场上，塑料托辊已逐渐成为主流产品，其中，尼龙6托辊以及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)托辊占据了塑料托辊的大部分市场，在本专利技术中，首次将高密度聚乙烯(HDPE)作为主材料来制备托辊并且进行了大规模生产。与尼龙6和UHMWPE等工程塑料相比较，HDPE属于通用塑料的一种，优势明显，HDPE价格低廉、加工成型工艺简单、对设备要求低。各组分的作用：托辊材料要求具有高强度、高耐磨、防腐蚀、重量轻以及使用寿命长等特点，所以纯HDPE虽然具有成本低廉、密度小等特点，但是在强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料由以下重量份数的各组分制备而成：/n

【技术特征摘要】
1.一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料由以下重量份数的各组分制备而成：



所述混合高密度聚乙烯是由高熔融指数高密度聚乙烯和低熔融指数高密度聚乙烯混合组成；作为优选，所述高熔融指数HDPE：低熔融指数HDPE的质量比＝(30-50)：(10-20)。


2.根据权利要求1所述的一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料由以下重量份数的各组分制备而成：






所述混合高密度聚乙烯是由高熔融指数高密度聚乙烯和低熔融指数高密度聚乙烯混合组成；作为优选，所述高熔融指数HDPE：低熔融指数HDPE的质量比＝42:14。


3.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述高熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数大于15g/10min，所述低熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数小于3g/10min；作为优选，所述高熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数为18g/10min，所述低熔融指数高密度聚乙烯的熔融指数为0.8g/10min。


4.根据权利要求1-3任一项所述的一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述石墨烯为粉体，其BET≥220m2/g，粒径D50为≤30μm；作为优选，所述石墨烯的BET为250m2/g，粒径D50为25μm。


5.根据权利要求1-3任一项所述的一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述无碱玻璃纤维的直径为13微米或14微米。


6.根据权利要求1-3任一项所述的一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料，其特征在于：所述耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中车，田振宇，吴昊，谢卫宏，宗旭，瞿研，
申请(专利权)人：南通第六元素材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32