CN101759912A - 一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了这种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制而成：聚丙烯40～90；粉状聚乙烯2～20；滑石粉5～45；抗氧剂0.1～2；其他助剂0～5本发明在聚丙烯复合材料的基础配方中添加一种能够有效地改善制备聚丙烯复合材料体系中进料困难的粉状聚乙烯，从而制备出高刚性、高耐热的聚丙烯复合材料。本发明的优点是：1、使用适量粉状聚乙烯能够明显改善滑石粉在复合材料体系中的分散能力，使得所制得的聚丙烯复合材料保持高刚性、高耐热的特性。2、所制得的聚丙烯复合材料在保证进料顺利的同时，材料的各项物理力学性能基本不受影响。3、提出的改善聚丙烯复合材料进料困难的方法制备工艺简单、生产成本低。

Description

一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料及其制备方法，是一种工艺简单、成本低、复合材料性能好的制取改性聚丙烯复合材料方法。
背景技术
聚丙烯具有加工性能优良、韧性高、耐汽油和化学药品性好的优点，同时质轻、价廉，广泛应用于汽车内外饰件、电子和家用电器产品的外壳等。是目前增长速度最快的通用型热塑性塑料。但是聚丙烯也有耐热性差、刚性低的显著缺点。
通常通过加入玻璃纤维的方法来大幅度提高聚丙烯材料的刚性、强度和耐热性，但存在成型加工性能差、制品表面质量差的缺点。而采用加入滑石粉的方法来提高聚丙烯的刚性则是最常用的方法。但是随着滑石粉的大量加入(一般超过30％以上)就很容易造成混料的不均匀，滑石粉出现“搭桥”现象，造成进料困难，从而使得滑石粉的加量不足或者不能在聚丙烯复合材料中的有效分散，最终造成聚丙烯复合材料力学性能降低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，而提供的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料。
本发明的另一个目的是为了提供一种在实际生产中能够简单有效地改善上述复合材料在无机填料较多的情况下进料困难的方法。
上述目的可以通过以下技术方案来实现：
这种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制而成：
聚丙烯      40～90
粉状聚乙烯  2～20
滑石粉      5～45
抗氧剂      0.1～2
其他助剂    0～5
本发明所适用的聚丙烯复合材料体系中，所述的聚丙烯为熔体流动速率(测试条件：230℃×2.16kg)在0.5～60g/10min之间的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4～10mol％的范围内，均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％；所述的无机填料为滑石粉、其粒径范围均为0.5～10微米；所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂可以选用受阻酚或硫酯类抗氧剂如3114、1010、DSTP的其中一种或几种；辅抗氧剂可以选用亚磷酸盐或酯类抗氧剂如618、168等。
本发明所述的聚乙烯是由合成塔直接合成出来的未经加工处理的粉状聚乙烯，其粉体粒径在45微米～850微米之间，熔体流动速率(190℃×2.16kg)在0.1～40g/10min之间，其添加量效果较好的是2.0～20％(重量％)，但效果更好的是8.0～15％(重量％)。
本发明所述的其他添加剂包括各种颜色添加剂、各种光照助剂、各种酯类润滑剂或脂肪酸类润滑剂等。
这种改善制备高刚性、高耐热聚丙烯复合材料的进料困难的方法如下所述：
(1)按重量配比称取原料；
(2)将聚丙烯、粉状聚乙烯、滑石粉、抗氧剂、其他助剂在高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将混合的原料置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa。
本发明在聚丙烯复合材料的基础配方中添加一种能够有效地改善制备聚丙烯复合材料体系中进料困难的粉状聚乙烯，从而制备出高刚性、高耐热的聚丙烯复合材料。
本发明的优点是：
1、本发明使用适量粉状聚乙烯能够明显改善滑石粉在复合材料体系中的分散能力，使得所制得的聚丙烯复合材料保持高刚性、高耐热的特性。
2、本发明所制得的聚丙烯复合材料在保证进料顺利的同时，材料的各项物理力学性能基本不受影响。
3、本发明提出的改善聚丙烯复合材料进料困难的方法制备工艺简单、生产成本低。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
在实施例及对比例复合材料配方中，聚丙烯为不同流动性的高结晶均聚丙烯和嵌段共聚丙烯，用量为40～75％(重量％)，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4～10mol％的范围内。聚丙烯的熔体流动速率(230℃×2.16kg)为5～60g/10min。高结晶聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％。所述的无机填料滑石粉粒径范围均为1～10微米。所述的粉状聚乙烯是由合成塔直接合成出来的未经加工处理的粉状聚乙烯，熔体流动速率(190℃×2.16kg)在0.1～40g/10min之间，粉体粒径在45微米～850微米之间。所述的主抗氧剂为英国ICE公司产的DSTP，商品牌号为Negonox DSTP，化学名称为硫代二丙酸十八酯，以及Ciba公司产的3114，商品牌号为Irganox 3114，化学名称为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯。辅抗氧剂为Ciba公司产的168，商品牌号为Irgafos 168，化学名称为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。此外还包括颜色添加剂等其他助剂。
树脂和各种添加剂在高速混合器中干混3～5分钟，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
性能评价方式及实行标准：
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在90～100℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射成型机上进行注射成型制样。
拉伸性能测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；简支梁冲击强度按ISO 179进行，试样尺寸为80×6×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；热变形温度按ISO 75进行，试样尺寸为120×10×3.0mm，载荷为1.8MPa。
材料的综合力学性能通过测试所得的冲击强度、缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度以及弯曲模量的数值进行评判。实施例配方及各项性能测试结果见下各表：
表1实施例1-6及对比例1、2材料配方表(重量％)
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   对比例1   对比例2
  聚丙烯   64.35   59.35   54.35   49.35   44.35   39.35   69.35   54.35
  滑石粉   30   30   30   45   45   45   30   45
  粉状聚乙烯 5 10 15 5 10 15 - -
  抗氧剂1010   0.15   0.15   0.15   0.15   0.15   0.15   0.15   0.15
  抗氧剂DSTP   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
  抗氧剂168   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
各配方的测试结果参见表2：
表2实施例1-6及对比例1、2测试结果
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   对比例1   对比例2
  熔融指数(g/10min)   10   9   8   12   14   13   9   12
  冲击强度(kJ/m2)   42.0   40.0   44.0   25.8   30.2   31.0   43.0   27.9
  缺口冲击强度(kJ/m2)   3.5   3.6   3.7   2.7   2.9   3.0   3.5   2.9
  拉伸强度(MPa)   30.2   30.5   30.1   33.8   33.3   33.0   30.5   33.4
  弯曲强度(MPa)   51.2   51.4   50.9   56.8   56.1   55.5   51.2   56.3
  弯曲模量(MPa)   2850   2880   2820   3720   3830   3700   2820   3750
滑石粉加料情况   比较容易   非常容易   比较容易   比较容易   非常容易   比较容易   一般   比较困难
从实施例1、2、3与对比例1的对比以及实施例4、5、6与对比例2的对比可以看出，无论是加入30％滑石粉填充的聚丙烯复合材料体系的还是加入45％滑石粉填充的聚丙烯复合材料体系，粉状聚乙烯的加入对改善材料的进料情况都有很大的帮助。其中10％的粉状聚乙烯的添加可以显著改善复合材料的进料情况，同时复合材料的各方面性能并没有下降。另外从实施例1-6及对比例1、2的材料力学性能对比中也可以看出粉状聚乙烯的添加量控制在10％(重量％)左右最为适宜，不仅可以明显改善材料的进料情况，还能提高材料的刚性。这可能是由于粉状聚乙烯可以有效改善滑石粉在聚丙烯复合材料中的分散，从而不仅使滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法及工艺变得简单易行，而且还能使材料保持较好的力学性能。

Claims (9)

1.一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制而成：
聚丙烯                40～90
粉状聚乙烯            2～20
滑石粉                5～45
抗氧剂                0.1～2
其他助剂              0～5。
2.根据权利要求1所述的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为熔体流动速率为0.5～60g/10min的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，其含量为4～10mol％。
4.根据权利要求2所述的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％。
5.根据权利要求1所述的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的粉状聚乙烯是由合成塔直接合成出来的未经加工处理的粉状聚乙烯，其粉体粒径在45微米～850微米之间，熔体流动速率在0.1～40g/10min之间，其添加量为8.0～15重量百分比。
6.根据权利要求1所述的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无机填料为滑石粉，其粒径范围均为0.5～10微米。
7.根据权利要求1所述的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂；辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂，
8.根据权利要求7所述的一种高刚性、高耐热聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的主抗氧剂为3114、1010和DSTP的其中一种或几种，辅抗氧剂为618和168。
9.一种制备权利要求1所述的高刚性、高耐热聚丙烯复合材料的方法，其具体步骤为：
(1)按重量配比称取原料；
(2)将聚丙烯、粉状聚乙烯、滑石粉、抗氧剂、其他助剂在高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将混合的原料置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa。
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