一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子技术领域，具体涉及一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料及其制备方法。

背景技术

增压泵是一种利用水的离心运动的抽水机械，由泵壳、叶轮、泵轴、电动机等组成，增压泵蜗壳排气的作用是为了排出空气，以便于首次启泵前能向泵内充满水，在增压泵中常用铅青铜，镍铝青铜铸造蜗壳壳体。优点是具有良好的机械和耐腐蚀性能，但综合成本昂贵，整机重量高。家用型增压泵常用高分子复合材料，优点是易加工成型，整机重量轻。缺点是耐水压爆破等级低，不宜使用在功率450W以上增压泵。并且材料低温韧性差，在我国北方地区，存在低温冻裂和跌落开裂风险。使产品适应性；耐用性收到局限。因此针对开发一款家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料很有意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料及其制备方法，制备的聚丙烯增强材料用于家用型增压泵蜗壳，使之具有耐低温和耐高水压爆破的特性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，包括以下质量份的原料：融指为13-17g/10min的注塑级别均聚聚丙烯35—76、乙烯含量为18％且融指为1-3g/10min的嵌段共聚聚丙烯0—30、短切玻璃纤维20—30、相容剂4—5、硅烷偶联剂0.2—0.3、抗氧剂0.1—0.2以及润滑剂0.1—0.2。

进一步地，所述短切玻璃纤维为直径为13μm、短切长度为4mm且含水率≤3％的无碱玻纤。

进一步地，所述硅烷偶联剂为丁二烯基三乙氧基硅烷和双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物中的至少一种。

进一步地，所述相容剂为接枝率2％的聚丙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类和亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种

进一步地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺和接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，按质量配比称取各种原料；

S2，将称取的硅烷偶联剂与乙醇混合，制备质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液；

S3，将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流，室温静置，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重，得表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4，将称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合；

S5，混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入表面处理后的短切玻璃纤维，经挤出制得家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料的初步材料；

S6、对所述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料。

进一步地，所述S3中控制搅拌回流10—15min，室温静置11—13h，电热恒温鼓风干燥箱中温度75—83℃。

进一步地，所述S4中控制混合机高速混合时间为2—10min。

进一步地，所述S5中控制挤出机的机筒温度为205—210℃，螺杆转速为400—600r/min，真空度为-0.04—0.1MPa。

一种家用型增压泵，其蜗壳采用上述聚丙烯增强材料。

本发明的有益效果：

1、本发明提出的家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，相比于常用均聚聚丙烯增强材料，提高了增压泵蜗壳水压爆破压力和耐低温能力

2、本发明提出的家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，采用注塑级均聚PP复配嵌段共聚聚丙烯基材、短切玻璃纤维、相容剂、润滑剂及抗氧剂制得，得益于嵌段共聚聚丙烯中乙丙无规共聚(EPR)的存在起到了成核剂的作用，加快了总结晶速率，相比传统的聚丙烯增强塑料，最优注塑工艺参数条件下；缩短注塑周期，同时达到节能减排，提高单位时间效益的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的聚丙烯增强材料制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，下列实施例中所采用的注塑级别均聚聚丙烯为融指为13-17g/10min；嵌段共聚聚丙烯中的乙烯含量15-20％，融指为1-3g/10min；短切玻璃纤维为直径为13-15μm、短切长度3-4.5mm、含水率≤3％的无碱玻纤；硅烷偶联剂为丁二烯基三乙氧基硅烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si-69)中的至少一种；相容剂为接枝率1.5-2.0％的聚丙烯接枝马来酸酐；抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种；润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

实施例1

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：注塑级均聚聚丙烯(武汉石化化工有限公司，牌号：均聚PP SV30G，熔指13-17g/10min)76；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)20；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)4；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.3；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.2；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.2。

如图1所示，一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、选料

按上述质量配比称取各种原料，称取注塑级均聚聚丙烯76千克，短切玻璃纤维20千克，相容剂4千克，硅烷偶联剂0.3千克，抗氧剂0.2千克，润滑剂0.2千克；

S2、混合溶液制备

将称取的硅烷偶联剂与乙醇混合，制备质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液；

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流10min，室温静置12h，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重，得到表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的注塑级均聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合2min；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入表面处理后的短切玻璃纤，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料，其中挤出机的机筒温度为205℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.04MPa；

S6、切粒

将上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，其中切粒机为双轴可调速切粒机，切出的初步材料粒子长度控制在7mm。

实施例2

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：注塑级均聚聚丙烯(武汉石化化工有限公司，牌号：均聚PP SV30G，熔指13-17g/10min)65；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)30；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)5；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.3；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.2；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.2。

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、选料

按上述质量配比称取各种原料，称取注塑级均聚聚丙烯65千克，短切玻璃纤维30千克，相容剂5千克，硅烷偶联剂0.3千克，抗氧剂0.2千克，润滑剂0.2千克；

S2、混合溶液制备

将称取的硅烷偶联剂与乙醇混合，制备质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液；

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流10min，室温静置12h，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中80℃干燥至恒重，得到表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的注塑级均聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合2min；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入表面处理后的短切玻璃纤，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料，其中挤出机的机筒温度为205℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.04MPa；

S6、切粒

对上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用净水器水路板专用高强度高爆破聚丙烯增强材料，其中切粒机为双轴可调速切粒机，切出的初步材料粒子长度控制在7mm。

实施例3

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：注塑级均聚聚丙烯(武汉石化化工有限公司，牌号：均聚PP SV30G，熔指13-17g/10min)46；嵌段共聚聚丙烯(燕山石化化工有限公司，牌号:PP K8303，乙烯质量分数为18％，熔指1-3g/10min)30；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)20；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)4；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.3；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.2；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.2。

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、选料

按上述质量配比称取各种原料，称取注塑级均聚聚丙烯46千克，嵌段共聚聚丙烯30千克，短切玻璃纤维30千克，相容剂5千克，硅烷偶联剂0.2千克，抗氧剂0.1千克，润滑剂0.1千克；

S2、混合溶液制备

将称取的硅烷偶联剂与乙醇混合，制备质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液；

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流12min，室温静置13h，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中75℃干燥至恒重，得到表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的注塑级均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合10min；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入表面处理后的短切玻璃纤，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料，其中挤出机的机筒温度为220℃，螺杆转速为600r/min，真空度为0.1MPa；

S6、切粒

对上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，其中切粒机为双轴可调速切粒机，切出的初步材料粒子长度控制在11mm。

实施例4

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，包括下述原料，各原料的质量配比如下：注塑级均聚聚丙烯(武汉石化化工有限公司，牌号：均聚PP SV30G，熔指13-17g/10min)35；嵌段共聚聚丙烯(燕山石化化工有限公司，牌号:PP K8303,乙烯质量分数为18％，熔指1-3g/10min)30；短切玻璃纤维(欧文斯科宁玻璃纤维有限公司，牌号：CS248A-13P，短切长度4mm)30；相容剂(沈阳科通塑胶有限公司，牌号：KT-1，接枝率2％)5；硅烷偶联剂(南京翔飞化工研究所，牌号：KH550)0.3；抗氧剂(圣莱科特化工有限公司，牌号：S2225P)0.2；润滑剂(苏州兴泰国光化学助剂有限公司，牌号：食品级TAF)0.2。

一种家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、选料

按上述质量配比称取各种原料，称取注塑级均聚聚丙烯35千克，嵌段共聚聚丙烯30千克，短切玻璃纤维30千克，相容剂5千克，硅烷偶联剂0.3千克，抗氧剂0.2千克，润滑剂0.2千克；

S2、混合溶液制备

将称取的硅烷偶联剂与乙醇混合，制备质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液；

S3、短切玻璃纤维表面处理

将称取的短切玻璃纤维干燥后，再与制备好的质量百分浓度为10％的硅烷偶联剂的乙醇溶液低速搅拌回流15min，室温静置11h，真空抽滤，置于电热恒温鼓风干燥箱中83℃干燥至恒重，得到表面处理后的短切玻璃纤维备用；

S4、混合搅拌

将称取的注塑级均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂一起加入通有氮气保护的混合机中高速混合8min；

S5、初料制作

混合结束后将混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入表面处理后的短切玻璃纤，经挤出制得水泵专用聚丙烯增强材料的初步材料，其中挤出机的机筒温度为210℃，螺杆转速为500r/min，真空度为0.05MPa；

S6、切粒

实验数据：

对上述聚丙烯增强材料的初步材料放入切粒机内进行造粒，最终制得家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料，其中切粒机为双轴可调速切粒机，切出的初步材料粒子长度控制在10mm。

将上述实施例1、2、3、4制得的家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料主要物性指标根据相关检测标准测试其融指、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强、密度、灰分、代表机型爆破压力和脆化温度进行检测，其检测标准与检测结果如上表1所示：

表1：实施例1、2、3、4的家用型增压泵蜗壳用聚丙烯增强材料主要物性指标

由表1可以看出：

(1)实例二与实例一的不同在于选用了不同比例玻璃纤维含量，由于玻纤和树脂界面连接，玻璃纤维起到骨架的作用，使作用到样条上的力传导到玻纤上,玻纤的强度被充分利用，起到树脂增强的目的，聚丙烯接枝马来酸苷提高了聚丙烯和玻璃纤维的相容性。随着短切玻璃纤维份数的增加，材料整体机械性能大幅度提高。但是水压爆破强度和低温脆化温度并没有明显提升，这是市场上常见的增压泵蜗壳增强聚丙烯材料解决方案。

(2)实例三较实例一新增了30份嵌段共聚聚丙烯，嵌段共聚聚丙烯中含有较多的乙丙橡胶相，当泵体受到水体压力发展微裂纹时，复合材料中的乙丙橡胶相发挥弹性体作用，可有效阻止由于微裂纹进一步扩展而出现的断裂。同时选择熔指1-3g/10min的嵌段共聚聚丙烯，其相对分子质量更高，分子链之间作用力增大，单体分子链长度更高，分子链之间的缠结程度提高，材料熔体强度大幅度提高，最终蜗壳耐水压爆破强度提高约40％。

从结构上分析，嵌段共聚聚丙烯中聚丙烯呈连续相,乙丙球形橡胶颗粒呈分散相，此类海岛结构相形态使得材料低温脆化温度大幅度改善。最终复合材料低温脆化温度点下降约10摄氏度。满足家用增压泵-20℃最低使用环境温度的要求。

(3)实例4较实例二新增了30份嵌段共聚聚丙烯，作用原理和(2)一致，不再赘述。

需要注意的是：

一、根据目标客户企业不同功率型号增压泵，对水压爆破压力标准值有不同要求，一般在8-30bar之间，整机功率和标准值呈现正相关。

二、按照下列规定对家用型增压泵蜗壳进行水压爆破压力试验

a)试验用水的温度应该保持在(20±3)℃；

b)密闭增压泵出水口，启动气泵对增压泵进水口施压注水，以1bar的压力梯度增压，直至增压泵蜗壳爆破为止，记录爆破压力值，爆破压力不得小于9bar。

三、按照下列规定对家用型增压泵蜗壳材料进行脆化温度测试

中华人民共和国国家标准：GBT 5470-2008塑料冲击法脆化温度的测定办法

四、力学样条测试的条件以及尺寸

拉伸强度测试所用的样条尺寸为172*10*4mm，拉伸速率为50mm/min；

弯曲强度测试所用的样条尺寸为80*10*4，弯曲速率为2mm/min；

弯曲模量测试所用的样条尺寸为80*10*4，弯曲速率为2mm/min；

悬臂梁缺口冲击强度所用的样条尺寸为80*8*4。

若在本发明的制备组份中添加紫外光吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、着色剂等功能助剂，使复合材料具有相应特性亦受本发明保护。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。