一种托辊用石墨烯耐磨PE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耐磨PE复合材料，所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：石墨烯0.5‑2份，高密度聚乙烯40‑65份，无碱玻璃纤维5‑25份，超高分子量聚乙烯10‑25份，滑石粉3‑8份，胶黏剂1‑3份，接枝剂1‑3份，抗氧剂0.1‑0.5份，光稳定剂0.1‑0.5份，润滑剂0.1‑0.5份；合计100份。对本发明专利技术制备得到的托辊用石墨烯耐磨PE复合材料进行性能检测，得到的主要性能数据如下，满足制作托辊制品的基本要求：拉伸强度≥40MPa，断裂伸长率≥10％，弯曲强度≥53MPa，弯曲模量≥2980MPa，相对磨损量≤170mm

【技术实现步骤摘要】
一种托辊用石墨烯耐磨PE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耐磨PE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部件，种类多，数量大，可以支撑输送带和物料重量。托辊占据一台带式输送机总成本的35％，产生了70％以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。其主要有钢制托辊、陶瓷托辊和塑料托辊。根据目前的市场反馈，钢制托辊使用过程中有许多缺陷，首先钢制托辊易受到化学腐蚀，且耐磨性能差，造成钢制托辊的寿命短，且钢的密度较大导致了其质量重，所需人力与运输成本高，管理和维护需花费大量的时间。与之相比，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，其中超高分子量聚乙烯托辊最为热门，但由于超高分子量聚乙烯自身流动性差，加工成型困难，易分解等缺点，导致目前超高分子量聚乙烯托辊在生产过程中产率较低。目前，制备石墨烯耐磨PE复合材料相关专利已有报道，CN107652504A将氧化石墨烯加入到邻二氯苯溶液中并进行超声分散30min，再将超高分子量聚乙烯加入到邻二氯苯溶液中，在140℃的条件下进行油浴并进行搅拌、回流等处理，石墨烯与超高分子量聚乙烯的前处理较为繁琐，且处理后的石墨烯与超高分子量聚乙烯材料性能误差较大。CN110564035A选用碳纳米管且添加份数较多，而针对超高分子量聚乙烯的粘度大的缺点则选择添加了份数较多的流动改性剂，易导致复合材料的机械性能降低。r>
技术实现思路
针对市面上超高分子量聚乙烯托辊加工成型困难，产率低下的缺点，为解决上述问题，本专利技术旨在提供一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料及的制备方法，利用石墨烯与超高分子量聚乙烯相近的宏观尺寸，优异的耐磨、机械性能以及化学稳定性，再通过高熔融指数高密度聚乙烯(HDPE)的添加，改善其生产过程中的缺点，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耐磨PE复合材料，所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：作为优选，所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：作为优选，所述石墨烯的比表面积为≥320m2/g，粒径D50为≤45μm，含氧量为2％。作为进一步优选，所述石墨烯的比表面积为360m2/g，粒径D50为45μm，含氧量为2％；或所述石墨烯的比表面积为420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％。作为优选，所述高密度聚乙烯的熔融指数是15-25g/10min，优选为18g/10min。配方中含有超高分子量聚乙烯，其流动性差不易挤出托辊管材，需要高流动性(即高熔融指数)HDPE进行调节。当熔融指数高于25时，托辊管材尺寸难控制，低于15时无法起到调节熔融指数的作用，均主要体现在管材挤出过程中。作为优选，所述超高分子量聚乙烯的平均分子量为200-800万，优选分子量为250万。作为优选，所述无碱玻璃纤维的直径为9微米-14微米，优选为13微米。作为优选，所述滑石粉的粒径为800-4000目；优选为2000目。作为优选，所述胶黏剂为EVA；所述接枝剂为PE-g-MAH；所述抗氧剂选用的是抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或几种；所述光稳定剂为UV531、UV770中的一种或几种；所述润滑剂选用的是硬脂酸锌、硬脂酸钙、EBS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耐磨PE复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1,将石墨烯与超高分子量聚乙烯混合后高速搅拌进行预分散；S2,再加入除无碱玻璃纤维外的剩余填料和助剂高速搅拌均匀；S3,将步骤S2获得的混合物料与无碱玻璃纤维混合挤出造粒，得到辊用石墨烯耐磨PE复合材料。步骤S1进行预分散的目的是由于石墨烯粉体与超高分子量聚乙烯粉体具有相近的微观尺寸，故预分散可以先将这两种原材料分散的较为均匀。步骤S2进行高速搅拌的目的在于将石墨烯与超高分子量聚乙烯预分散后加入其它助剂再次进行混合搅拌，以达到物料均匀的效果。无碱玻璃纤维是以连续的纤维线的方式加入。无碱玻璃纤维在体系中起到增强的作用，提升材料的力学强度；微观原理是玻璃纤维和树脂在界面上连接使作力传导到玻璃纤维上，因此玻璃纤维的长度被充分利用，起到树脂增强的目的。作为优选，所述S1中，所述高速搅拌的速率为350-480rpm，时间为10-35min。作为优选，所述S2中，所述高速搅拌的速率为350-480rpm，时间为20-30min。步骤S1和S2中，选择上述参数的目的是为了使得物料混合均匀，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S3中，所述挤出造粒采用双螺杆挤出机，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180-210℃、190-230℃、200-230℃、200-235℃、200-235℃、200-235℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃、200-240℃，机头温度为220℃，挤出速率为150-300rpm，喂料速率为15-25rpm。采用上述参数的理由为：树脂基体为聚乙烯，温度过低塑化不完全，温度过高超高分子量聚乙烯易分解。本专利技术的有益效果为：用本专利技术中制备的托辊用石墨烯耐磨PE复合材料生产出的托辊可以用于除煤矿外的矿山、化工、码头、盐场等场景。对本专利技术中的配方和工艺经过优化后制备得到的托辊用石墨烯耐磨PE复合材料进行性能检测，得到的主要性能数据如下，满足制作托辊制品的基本要求：拉伸强度≥40MPa，断裂伸长率≥10％，弯曲强度≥53MPa，弯曲模量≥2980MPa，相对磨损量≤170mm3。本专利技术中的复合材料具有良好的综合性能，与市场上使用的传统托辊相比有不俗的优势，有着良好的应用前景。用专利技术中的高性能复合材料制作的托辊与传统塑料托辊相比，成本低廉，且加工成型工艺简单，对挤出机要求低，耐磨性能更加优异；与传统陶瓷托辊相比，制作工艺简单，韧性好不易断，重量轻，安装操作过程简单；与传统钢制托辊相比，重量轻，耐腐蚀性抗老化性能优异，使用寿命长。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，在目前的市场上，塑料托辊已逐渐成为主流产品，其中，超高分子量聚乙烯由于具有密度小、韧性好以及高耐磨等优点，占据了塑料托辊的大部分市场。但是其存在加工成型困难，强度较低，生产效率低下等缺点，还远远不能满足用作托辊材料的要求，因此需要添加其他的材料进行复合改性，增加它的强度以及解决加工成型的缺点。在本专利技术中，树脂基体选用的是超高分子量聚乙烯，并且配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：/n

【技术特征摘要】
1.一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：





2.根据权利要求1所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述托辊用石墨烯耐磨PE复合材料由以下重量份数的各原料制备而成：








3.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述石墨烯的比表面积为≥320m2/g，粒径D50为≤45μm，含氧量为2％；
作为优选，所述石墨烯的比表面积为420m2/g，粒径D50为25μm，石墨烯的含氧量为2％；或，所述石墨烯的比表面积为360m2/g，粒径D50为45μm，含氧量为2％。


4.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述高密度聚乙烯的熔融指数是15-25g/10min，优选为18g/10min。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯的平均分子量为200-800万，优选分子量为250万。


6.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述无碱玻璃纤维的直径为9微米-14微米，优选为13微米。


7.根据权利要求1或2所述的一种托辊用石墨烯耐磨PE复合材料，其特征在于：所述滑石粉的粒径为800-4000目；优选为2000目。
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴昊，田振宇，谢卫宏，刘中车，宗旭，郑雅轩，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