一种用于波纹管的PP/PA复合材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种PP/PA复合材料及其制备方法，具体说，是涉及一种用于波纹管的PP/PA复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体，具有转换、补偿、连接和储能等方面的功能。相对于同样材料制成的管材，波纹管具有质轻、美观、耐用和成本低、弹性好等优点，因此在石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等领域得到广泛应用。在使用中，使得波纹管开口端固定，密封端处于自由状态，工作时在内部或外部压力的作用下沿管子纵向或径向变化，起到减震、保持特定设备的连接等作用。
目前制备波纹管的材料主要有金属和塑料。其中，常用的金属材料有不锈钢、黄铜、铍青铜和锡青铜等，塑料材料有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙(PA)和聚氯乙烯(PVC)等。不同的材质做成的波纹管在性能及应用领域上都有差别。比如不锈钢材料具有很高的弯曲疲劳强度和耐蚀性，焊接性能良好，用它做成的波纹管经常用于连接石油储罐与石油管道，以吸引地震或地基下沉等引起的石油储罐与管道之间的相对变位，提高系统的抗外力能力。铍青铜波纹管具有很小的迟滞和弹性后效，很高的弹性稳定性、耐腐蚀、无磁性，多用于高精度的测量仪表中。塑料(PA、PE、PP、PVC)波纹管常用作电缆套管(如电信、铁路、高速公路、隧道、通信电缆、广播电视线路保护套管)、地下电缆管、农业灌溉管、通风管和输水管等，其中以PVC、HDPE用得最多，占塑料波纹管材料的80％。PP和PA波纹管常用于对热性能有要求的设备上，比如一些汽车线束、机械线束等。但限于材料本身的特性，每种波纹管都有自己的优缺点，如PVC材料的耐热性不佳，而PP或PE材料制成的波纹管比PA做成的波纹管力学性能要差一点，但在产品稳定性及吸水性方面却好于PA波纹管。如果将PA与PP做成复合材料制备波纹管，一方面可克服PP、PA材料的各自缺点，另一方面也可使成本大幅降低，具有很好的性价比，但目前未见相关产品和技术报道。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种用于波纹管的PP/PA复合材料及其制备方法，以克服现有技术所存在的上述缺陷，填补市场空白。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的用于波纹管的PP/PA复合材料，其组成及各组成的重量百分比如下：
聚丙烯(PP) 47％～80％
尼龙(PA) 3％～40％
相容剂 5％～20％
增韧剂 1％～40％
填充母粒 0～10％
光稳定剂 0.1～1％
热稳定剂 0.2～1.5％
加工助剂 0.2～1.5％
上述各组成的配比之和为100％；其中：聚丙烯在230℃/2.16kg测试条件下的熔体流动指数(MFR)小于5g/10min；尼龙在270℃/2.16kg测试条件下的熔体流动指数(MFR)小于15g/10min；所述填充母粒是由15wt％～58.5wt％的聚烯烃树脂、40wt％～80wt％的无机填料、0.2wt％～0.5wt％的热稳定剂和0.2wt％～0.5wt％的加工助剂进行挤出造粒而成。
所述尼龙可选自尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610及尼龙612中的一种或一种以上的混合物。
所述相容剂优选由马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的聚丙烯、聚烯烃弹性体POE或三元乙丙橡胶(EPDM)。
所述增韧剂优选聚乙烯(PE)、聚烯烃弹性体POE、三元乙丙橡胶(EPDM)、热塑性聚烯烃弹性体TPO、苯乙烯类热塑性弹性体TPE、动态硫化热塑性弹性体TPV及热塑性弹性体SEBS中的一种或一种以上的混合物。
所述填充母粒中的聚烯烃树脂优选在230℃/2.16kg测试条件下的熔体流动指数(MFR)小于5g/10min的聚乙烯树脂，所述无机填料优选平均粒径为0.1～10微米的滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、硅酸铝晶须、硅酸镁晶须、硫酸镁晶须及硫酸钙晶须中的一种或一种以上的混合物。
所述光稳定剂可选自水杨酸脂类、二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类、取代丙烯晴类、草酰胺类、有机镍化合物类及受阻胺类光稳定剂中的一种或一种以上的混合物。
所述热稳定剂可选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类及杯芳烃类热稳定剂中的一种或一种以上的混合物。
所述加工助剂可选自低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类及酰胺类加工助剂中的一种或一种以上的混合物。
本发明所述地用于波纹管的PP/PA复合材料的制备方法，包括如下步骤：
A)填充母粒的制备
将聚烯烃树脂、无机填料预先混合，再加入热稳定剂和加工助剂，然后在混炼设备中熔融造粒，加工温度为140～250℃；
B)复合材料的制备
将聚丙烯、尼龙、相容剂、增韧剂、填充母粒、光稳定剂、热稳定剂及加工助剂按配比加入混炼设备中，在210～280℃进行熔融混合分散，挤出造粒。
所述混炼设备可以是单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机、开炼机或螺杆数目大于2的多螺杆挤出机，优选长径比为36～46∶1的双螺杆挤出机。
与现有技术相比，本发明产品不仅具有很高的韧性、优良的高抗冲性能和弯曲性能、极佳的耐高温性能，而且在表面光泽、耐摩擦、耐化学腐蚀、电气绝缘性等方面表现优异，解决了现有的PP波纹管耐热性能不足、PA波纹管价格过高等缺陷问题；另外，本发明产品的制备工艺简单，符合工业化生产要求。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明是如何实现的做进一步详细、清楚、完整地说明，所列实施例仅对本发明予以进一步的说明，并不因此而限制本发明。实施例中所用的聚丙烯在230℃/2.16kg测试条件下的熔体流动指数(MFR)小于5g/10min；所用的尼龙在270℃/2.16kg测试条件下的熔体流动指数(MFR)小于15g/10min；所述光稳定剂可选自水杨酸脂类、二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类、取代丙烯晴类、草酰胺类、有机镍化合物类及受阻胺类光稳定剂中的一种或一种以上的混合物；所述热稳定剂可选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类及杯芳烃类热稳定剂中的一种或一种以上的混合物；所述加工助剂可选自低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类及酰胺类加工助剂中的一种或一种以上的混合物。
实施例1
A)填充母粒的制备
将熔体流动指数为1.2g/10min的聚丙烯粉料27公斤、平均粒径为3微米的粒子状的无机填料-碳酸钙和硅酸铝晶须的混合物30公斤预先混合均匀，再加入0.2公斤的热稳定剂Irganox 1010和0.2公斤的加工助剂，然后在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，加工温度为140～250℃；
B)复合材料的制备
将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、10公斤的相容剂-马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、5公斤增韧剂-EPDM、2公斤填充母粒、0.2公斤光稳定剂、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，即得本发明所述的PP/PA复合材料。
本实施例所制备的PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，具体性能见表1所示：
表1本实施例的PP/PA复合材料的性能数据
实施例2
将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)、5公斤增韧剂-POE、0.2公斤光稳定剂、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，即得本发明所述的PP/PA复合材料。
本实施例所制备的PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于400MΩ，具体性能见表2所示：
表2本实施例的PP/PA复合材料的性能数据
实施例3
A)填充母粒的制备
将熔体流动指数为0.8g/10min的聚乙烯27公斤、平均粒径为1微米的粒子状的无机填料-硫酸钡和硫酸钙晶须的混合物30公斤预先混合均匀，再加入0.2公斤的热稳定剂Irganox 1010和0.2公斤的加工助剂，然后在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，加工温度为140～250℃；
B)复合材料的制备
将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)、5公斤增韧剂-TPV、2公斤填充母粒、0.2公斤光稳定剂、0.2公斤热稳定剂和0.5公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，即得本发明所述的PP/PA复合材料。
本实施例所制备的PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，具体性能见表3所示：
表3本实施例的PP/PA复合材料的性能数据
实施例4
将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝EPDM(EPDM-g-MAH)、5公斤增韧剂-TPO、0.2公斤光稳定剂、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，即得本发明所述的PP/PA复合材料。
本实施例所制备的PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，具体性能见表4所示：
表4本实施例的PP/PA复合材料的性能数据
实施例5
将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝EPDM(EPDM-g-MAH)、5公斤增韧剂-TPE、0.2公斤光稳定剂、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，即得本发明所述的PP/PA复合材料。
本实施例所制备的PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于200MΩ，具体性能见表5所示：
表5本实施例的PP/PA复合材料的性能数据
实施例6
将60公斤聚丙烯、25公斤尼龙6、5公斤的相容剂-马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)、3公斤增韧剂-2公斤EPDM与1公斤SEBS的混合物、0.2公斤光稳定剂、0.2公斤热稳定剂和0.3公斤加工助剂加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，在245℃进行熔融混合分散，挤出造粒，即得本发明所述的PP/PA复合材料。
本实施例所制备的PP/PA复合材料具有很高的韧性，优良的耐冲击性能以及较高的热变形温度，并且具有良好的表面光泽、良好的耐化学腐蚀、耐紫外光老化和耐磨擦性能，电气绝缘性能大于700MΩ，具体性能见表6所示：
表6本实施例的PP/PA复合材料的性能数据