空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子复合材料
技术领域：
，更具体地说涉及一种空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：近年来，海底软管以其耐腐蚀、耐高温、柔性好、无配重、易安装、适应地形能力强等优良性能成为浮式平台生产系统关键元件，在海洋石油的油、气、水输送方面备受关注。随着海底软管应用深度的不断提高，为了确保管道中的混输介质的流动性和正常输运，对管道内部保温材料的要求也相应提高。聚酯类热塑性弹性体(tpee)是由美国dupont公司和日本toyobo公司于1972年开发并生产的一类高性能高分子材料。tpee具有较高的机械强度、较好的韧性、较广的使用温度、较高的耐热性等综合性能，适宜应用于海底保温管道。然而tpee自身导热系数较高的缺点限制了其在深海保温体系中的应用。因此需展开对tpee进行改性的研究。提高材料保温性能的传统做法是进行发泡，中国专利cn107312149a、cn107118320a、cn107163219a报道了三种聚氨酯发泡材料，虽然它们保温性能好，具有低于0.1w/mk的导热系数，但是它们机械性能较低，不适宜应用于具有高静水压的深海环境。而空心玻璃微珠是一种用途广泛的无机粉料，具有轻质、耐热、高强度、低导热系数等优点，可与众多热塑性和热固性树脂进行共混加工制得具有良好保温性能的复合材料。技术实现要素：本发明克服了现有技术中的不足，聚酯类热塑性弹性体(tpee)自身导热系数较高导致其保温能力差限制了其在深海保温体系中的应用，提供了一种空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料及其制备方法和应用，采用填充空心玻璃微珠的方法对tpee树脂进行改性，在保证良好机械强度的同时增强其保温性能，降低材料密度。本发明的目的通过下述技术方案予以实现。空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料，其中，空心玻璃微珠的质量百分比为3-25％，聚酯类热塑性弹性体(tpee)的质量百分比为75-97％。优选，空心玻璃微珠的质量百分比为5-20％，聚酯类热塑性弹性体(tpee)的质量百分比为80-95％。空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：步骤1，将空心玻璃微珠和聚酯类热塑性弹性体(tpee)进行熔融共混，其中，空心玻璃微珠和聚酯类热塑性弹性体(tpee)入料温度为210-280℃，共混首段温度为240-280℃，共混尾段温度为210-240℃，射出1段压力为55-65mpa，射出2段压力为55-65mpa，射出3段压力为50-60mpa，射出4段压力为40-50mpa，保压1段压力为50-60mpa，保压2段压力为15-25mpa，保压3段压力为25-35mpa，即得到复合材料；步骤2，将步骤1制备得到的复合材料置于100-120℃下干燥10-15h后，即得到空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料。步骤1中使用的空心玻璃微珠和聚酯类热塑性弹性体(tpee)熔融共混前需进行干燥处理，空心玻璃微珠置于90-120℃的鼓风式干燥箱中干燥2-4h，聚酯类热塑性弹性体(tpee)置于100-120℃的动态真空干燥箱中干燥3-5h。在步骤1中，空心玻璃微珠和聚酯类热塑性弹性体(tpee)加料质量百分比为：空心玻璃微珠的质量百分比为3-25％，聚酯类热塑性弹性体(tpee)的质量百分比为75-97％，将空心玻璃微珠和聚酯类热塑性弹性体(tpee)置于双螺杆挤出机中熔融共混。在步骤1中，空心玻璃微珠和聚酯类热塑性弹性体(tpee)加料质量百分比为：空心玻璃微珠的质量百分比为5-20％，聚酯类热塑性弹性体(tpee)的质量百分比为80-95％。聚酯类热塑性弹性体(tpee)密度为1.2-1.3g/cm3，导热系数为0.2-0.3w/mk，熔融温度为210-220℃。空心玻璃微珠的平均粒径为30-50μm，真密度为0.3-0.4g/cm3，导热系数为0.1-0.2w/mk。在步骤2中，复合材料的干燥温度为105-110℃，干燥时间为10-12h。空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料的密度为1.1-1.2g/cm3，导热系数为0.1-0.2w/mk，抗拉强度为25-30mpa。本发明的有益效果为：本发明中选用的空心玻璃微珠具有低导热系数，低密度，高强度的特点，因此制得的复合材料具有低导热系数、低密度、机械性能优异的特点；本发明中采用双螺杆挤出机进行熔融共混，能够实现空心玻璃微珠与聚酯类热塑性弹性(tpee)树脂的良好分散和相容；本发明中配方组分少，制备过程简单，生产工艺易控制。附图说明图1为本发明中使用的空心玻璃微珠的sem图；图2为本发明实施例1制备得到的空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料的sem图；图3为本发明实施例4制备得到的空心玻璃微珠改性聚酯类热塑性弹性树脂复合材料的sem图。具体实施方式下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。实施例11)原料进行干燥处理，tpee树脂在110℃的动态真空干燥箱中干燥4h，空心玻璃微珠在100℃的鼓风式干燥箱中干燥3h；2)使用双螺杆挤出机，在主喂料口加入95％质量百分比的tpee树脂，在侧喂料的方式加入5％质量百分比的空心玻璃微珠进行熔融共混。工艺条件为：双螺杆挤出机射嘴温度为250℃，首段温度为245℃，尾段温度为220℃，射出1段压力为60mpa，射出2段压力为60mpa，射出3段压力为55mpa，射出4段压力为50mpa，保压1段压力为55mpa，保压2段压力为20mpa，保压3段压力为30mpa；3)挤出造粒后物料进行干燥处理，在110℃的动态真空干燥箱中干燥12h。4)使用塑料注塑机将干燥后的物料加工成标准拉伸样条。其中，本实施例中所使用的聚酯类热塑性弹性体(tpee)密度为1.2g/cm3，导热系数为0.2w/mk，熔融温度为210℃，空心玻璃微珠的平均粒径为30μm，真密度为0.3g/cm3，导热系数为0.1w/mk。实施例21)原料进行干燥处理，tpee树脂在100℃的动态真空干燥箱中干燥5h，空心玻璃微珠在90℃的鼓风式干燥箱中干燥4h；2)使用双螺杆挤出机，在主喂料口加入90％质量百分比的tpee树脂，在侧喂料的方式加入10％质量百分比的空心玻璃微珠进行熔融共混。工艺条件为：双螺杆挤出机射嘴温度为210℃，首段温度为240℃，尾段温度为210℃，射出1段压力为55mpa，射出2段压力为55mpa，射出3段压力为50mpa，射出4段压力为40mpa，保压1段压力为50mpa，保压2段压力为15mpa，保压3段压力为25mpa；3)挤出造粒后物料进行干燥处理，在100℃的动态真空干燥箱中干燥15h。4)使用塑料注塑机将干燥后的物料加工成标准拉伸样条。其中，本实施例中所使用的聚酯类热塑性弹性体(tpee)密度为1.3g/cm3，导热系数为0.3w/mk，熔融温度为220℃，空心玻璃微珠的平均粒径为50μm，真密度为0.4g/cm3，导热系数为0.2w/mk。实施例31)原料进行干燥处理，tpee树脂在120℃的动态真空干燥箱中干燥3h，空心玻璃微珠在120℃的鼓风式干燥箱中干燥2h；2)使用双螺杆挤出机，在主喂料口加入85％质量百分比的tpee树脂，在侧喂料的方式加入15％质量百分比的空心玻璃微珠进行熔融共混。工艺条件为：双螺杆挤出机射嘴温度为280℃，首段温度为280℃，尾段温度为240℃，射出1段压力为65mpa，射出2段压力为65mpa，射出3段压力为60mpa，射出4段压力为50mpa，保压1段压力为60mpa，保压2段压力为25mpa，保压3段压力为35mpa；3)挤出造粒后物料进行干燥处理，在120℃的动态真空干燥箱中干燥10h。4)使用塑料注塑机将干燥后的物料加工成标准拉伸样条。其中，本实施例中所使用的聚酯类热塑性弹性体(tpee)密度为1.25g/cm3，导热系数为0.25w/mk，熔融温度为215℃，空心玻璃微珠的平均粒径为40μm，真密度为0.35g/cm3，导热系数为0.15w/mk。实施例41)原料进行干燥处理，tpee树脂在110℃的动态真空干燥箱中干燥4h，空心玻璃微珠在100℃的鼓风式干燥箱中干燥3h；2)使用双螺杆挤出机，在主喂料口加入80％质量百分比的tpee树脂，在侧喂料的方式加入20％质量百分比的空心玻璃微珠进行熔融共混。工艺条件为：双螺杆挤出机射嘴温度为260℃，首段温度为260℃，尾段温度为230℃，射出1段压力为60mpa，射出2段压力为60mpa，射出3段压力为55mpa，射出4段压力为50mpa，保压1段压力为55mpa，保压2段压力为20mpa，保压3段压力为30mpa；3)挤出造粒后物料进行干燥处理，在105℃的动态真空干燥箱中干燥14h；4)使用塑料注塑机将干燥后的物料加工成标准拉伸样条。其中，本实施例中所使用的聚酯类热塑性弹性体(tpee)密度为1.3g/cm3，导热系数为0.2w/mk，熔融温度为210℃，空心玻璃微珠的平均粒径为45μm，真密度为0.4g/cm3，导热系数为0.2w/mk。实施例1-4获得的空心玻璃微珠改性tpee树脂复合材料的密度测试结果见表1。表1实施例1-4获得的复合材料的密度实例实施例1实施例2实施例3实施例4密度/g·cm-31.211.181.161.12通过表1可以看出随着空心玻璃微珠含量的增加，复合材料的密度逐渐降低，因此可以根据实际情况的需要制备不同密度的空心玻璃微珠改性tpee树脂复合材料。实施例1-4获得的空心玻璃微珠改性tpee树脂复合材料的拉伸强度测试结果见表2。表2实施例1-4获得的复合材料的拉伸强度实例实施例1实施例2实施例3实施例4最大拉伸强度/mpa28.927.526.125.2通过表2可以看出随着空心玻璃微珠含量的增加，复合材料的最大拉伸强度有所降低，但降低的程度较小，可以在满足实际拉伸强度要求的条件下，制得空心玻璃微珠含量较多的空心玻璃微珠改性tpee树脂复合材料。实施例1-4获得的空心玻璃微珠改性tpee树脂复合材料的导热系数测试结果见表3。表3实施例1-4获得的复合材料的导热系数实例实施例1实施例2实施例3实施例4导热系数/w·m-1k-10.250.240.230.25通过表3可以看出随着空心玻璃微珠含量的增加，复合材料的导热系数在一定范围内逐渐降低，保温性能得到提高。空心玻璃微珠含量为15％质量百分比时具有最低的导热系数。实施例51)原料进行干燥处理，tpee树脂在110℃的动态真空干燥箱中干燥4h，空心玻璃微珠在100℃的鼓风式干燥箱中干燥3h；2)使用双螺杆挤出机，在主喂料口加入97％质量百分比的tpee树脂，在侧喂料的方式加入3％质量百分比的空心玻璃微珠进行熔融共混。工艺条件为：双螺杆挤出机射嘴温度为250℃，首段温度为250℃，尾段温度为220℃，射出1段压力为60mpa，射出2段压力为60mpa，射出3段压力为55mpa，射出4段压力为50mpa，保压1段压力为55mpa，保压2段压力为20mpa，保压3段压力为30mpa；3)挤出造粒后物料进行干燥处理，在100℃的动态真空干燥箱中干燥10h。4)使用塑料注塑机将干燥后的物料加工成标准拉伸样条。其中，本实施例中所使用的聚酯类热塑性弹性体(tpee)密度为1.2g/cm3，导热系数为0.3w/mk，熔融温度为210℃，空心玻璃微珠的平均粒径为40μm，真密度为0.4g/cm3，导热系数为0.1w/mk。实施例61)原料进行干燥处理，tpee树脂在110℃的动态真空干燥箱中干燥4h，空心玻璃微珠在100℃的鼓风式干燥箱中干燥3h；2)使用双螺杆挤出机，在主喂料口加入75％质量百分比的tpee树脂，在侧喂料的方式加入25％质量百分比的空心玻璃微珠进行熔融共混。工艺条件为：双螺杆挤出机射嘴温度为270℃，首段温度为250℃，尾段温度为210℃，射出1段压力为60mpa，射出2段压力为60mpa，射出3段压力为55mpa，射出4段压力为50mpa，保压1段压力为55mpa，保压2段压力为20mpa，保压3段压力为30mpa；3)挤出造粒后物料进行干燥处理，在120℃的动态真空干燥箱中干燥10h。4)使用塑料注塑机将干燥后的物料加工成标准拉伸样条。其中，本实施例中所使用的聚酯类热塑性弹性体(tpee)密度为1.2g/cm3，导热系数为0.2w/mk，熔融温度为220℃，空心玻璃微珠的平均粒径为50μm，真密度为0.3g/cm3，导热系数为0.2w/mk。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。当前第1页1 2 3