一种耐磨聚乙烯复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子化合物的组合物，更具体地，涉及一种耐磨聚乙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚乙烯是塑料工业中应用最广泛的材料之一，不仅应用于包装、管材、家具等方面，而且开始用于煤矿开采。例如，以玻璃纤维增强聚乙烯复合材料，代替煤矿开采中的金属导轨，有效防止煤矿运输过程中矿石与金属导轨碰撞产生火花，提高生产安全性。然而，玻璃纤维增强聚乙烯复合材料虽然具有良好的强度，但其耐磨性不佳，在长期的转动以及与运煤筐摩擦的摩擦过程中，极易使得导轨中间磨损变形，甚至过早磨穿，导致产品使用寿命下降。

2、目前，一般通过添加具有优异耐磨性能的树脂或无机填料来改善玻璃纤维增强聚乙烯复合材料的耐磨性。例如，现有技术中公开了一种耐磨聚乙烯复合材料，该复合材料由100份高密度聚乙烯、6～12份偶联剂改性二硫化钼、1～5份纳米陶瓷粉末、1～5份超细炭黑、2～7份聚四氟乙烯和0.5～1.0份硬脂酸钙制得，以不同的无机填料相结合形成耐磨改性剂来改善聚乙烯复合材料的耐磨性，但通常需要添加较多的耐磨改性剂，而这又会导致聚乙烯复合材料的力学性能较差。

3、为降低无机耐磨助剂的影响，现有技术中公开了一种耐磨可交联聚乙烯组合物，该组合物包括以下组分：高密度聚乙烯ⅰ、低密度聚乙烯、交联母料、抗氧化剂和助剂，所述助剂为无机填料和/或有机改性剂；所述无机填料选自玻璃鳞片、玻璃纤维、氧化铜、石墨烯、碳纳米管、二硫化钼和石英粉中的至少一种，所述有机改性剂选自聚甲醛、热塑性酚醛树脂、热塑性脲醛树脂、热塑性三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯、聚四氟乙烯和尼龙中的至少一种。通过加入交联母料、抗氧化剂、无机填料和/或有机改性剂，并限定无机填料和/或有机改性剂的种类，形成高熔体强度和耐磨强度的可交联聚乙烯体系，使得该组合物制备得到的耐磨交联聚乙烯材料同时具备较好的耐磨性能和力学性能，但其长期耐性有待提高。

4、又如，现有技术中还公开了一种高抗冲耐磨玻纤增强pok-hdpe复合材料及其制备方法，通过选择聚酮树脂与高密度聚乙烯为基体树脂，与表面包覆聚乙醇薄膜的耐磨剂相结合，来提高耐磨剂与基体树脂之间的结合力，同时搭配过氧化物与马来酸酐来增强各组分之间的界面结合力，一定程度改善了聚乙烯复合材料的耐磨性能，但因pok和hdpe相容性不佳且收缩差异较大，导致其长期耐磨性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有聚乙烯复合材料的长期耐磨性较差的缺陷和不足，提供一种耐磨聚乙烯复合材料，利用特定粒径的天然橡胶与高密度聚乙烯、玻璃纤维和相容剂在交联剂的作用下，降低各组分与玻璃纤维之间的孔隙，形成紧密结合的复合材料，以大幅提高耐磨性能；同时，通过天然橡胶粒子与交联剂所形成的交联结构来改善聚乙烯复合材料的断裂伸长率和耐冲击性能，以降低其受外力撞击而开裂的风险，提升材料的可用性和使用寿命。

2、本发明的另一目的是提供一种耐磨聚乙烯复合材料的制备方法。

3、本发明的又一目的是提供一种上述耐磨聚乙烯复合材料在煤矿工具中的应用。

4、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

5、本发明保护一种耐磨聚乙烯复合材料，按重量份数计，包括的以下组分：

6、高密度聚乙烯(hdpe)40～75份，天然橡胶(nr)8～15份，玻璃纤维25～40份，相容剂2～6份，抗氧剂0.1～1份，加工助剂0～1份，交联剂0.9～4.2份；其中，所述交联剂为有机过氧化物，所述天然橡胶的平均粒径≤2mm。

7、本发明的耐磨聚乙烯复合材料利用特定粒径的天然橡胶与高密度聚乙烯、玻璃纤维和相容剂在交联剂的作用下，降低各组分与玻璃纤维之间的孔隙，形成紧密结合的复合材料，以大幅提高耐磨性能；同时，通过天然橡胶粒子与交联剂所形成的交联结构来改善聚乙烯复合材料的断裂伸长率和耐冲击性能，以降低其受外力撞击而开裂的风险，提升材料的可用性和使用寿命。

8、优选地，所述耐磨聚乙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：

9、高密度聚乙烯50～64份，天然橡胶10～13份，玻璃纤维30～35份，相容剂3～5份，抗氧剂0.2～0.6份，加工助剂0.2～0.6份，交联剂1～4.1份。

10、可选地，所述高密度聚乙烯按照gb/t3682.1:2018标准，在190℃、2.16kg条件下的熔体质量流动速率≤10g/10min，优选为0.3～8g/10min，具体可以为0.5g/10min、1g/10min、1.5g/10min、2g/10min、2.5g/10min、3g/10min、5g/10min或7g/10min。

11、可选地，所述天然橡胶的平均粒径≤1.0mm，优选为0.5mm～2.0mm。

12、具体地，所述有机过氧化物为过氧化二异丙苯和/或过氧化二叔丁基；优选地，有机过氧化物为过氧化二异丙苯，其为固体粉末，在后续混合过程中比较均匀，安全性更好。

13、具体地，所述相容剂为马来酸酐椄枝聚烯烃，例如马来酸酐接枝abs、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝ps、马来酸酐接枝poe、马来酸酐接枝eva。优选地，所述相容剂为马来酸酐椄枝聚乙烯。

14、具体地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种，例如可以为抗氧剂ca、抗氧剂剂330、抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1790或抗氧剂412s；所述加工助剂为润滑剂，润滑剂主要包括内润滑剂(减少分子链之间的摩擦)和外润滑剂(减少聚合物熔体和金属表面之间的粘附)，例如可以选自芥酸酰胺、油酸酰胺、ebs酰胺类、pe蜡和硬脂酸盐中的一种或几种。

15、本发明还保护一种耐磨聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

16、s1.将高密度聚乙烯、天然橡胶、玻璃纤维、相容剂、抗氧剂和加工助剂混合，在150℃～180℃条件下熔融挤出，即得hdpe/nr/玻纤复合物；

17、s2.将s1中的hdpe/nr/玻纤复合物与交联剂混合、熔融挤出，即得耐磨聚乙烯复合材料。

18、具体地，可以采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，将高密度聚乙烯、天然橡胶、相容剂、抗氧剂和加工助剂从主喂料口加入双螺杆挤出机，玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机，并控制熔融挤出的温度稳定在150℃～180℃之间，以防止天然橡胶分解。

19、一种上述耐磨聚乙烯复合材料在煤矿工具的应用，也在本发明的保护范围之内。具体地，煤矿工具可以为导轨、转轴、承重筐等受到摩擦或频繁撞击的部件。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、本发明的耐磨聚乙烯复合材料利用特定粒径的天然橡胶与高密度聚乙烯、玻璃纤维和相容剂在交联剂的作用下，降低各组分与玻璃纤维之间的孔隙，形成紧密结合的复合材料，以大幅提高耐磨性能；同时，通过天然橡胶粒子与交联剂所形成的交联结构来改善聚乙烯复合材料的断裂伸长率和耐冲击性能，以降低其受外力撞击而开裂的风险，提升材料的可用性和使用寿命。