CN102093636A - 一种高性能聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能聚丙烯复合材料及其制备方法，它是由聚丙烯、云母和马来酸酐接枝聚丙烯制备而成，本发明通过配方的优选来提高云母与聚丙烯的相容性，将云母的添加量提高到复合材料总量的56%甚至以上，所得到的复合材料具有高强度、高模量的特点，所制备的样条有很高的力学性能，最佳配比的复合材料的抗拉强度达到50.48MPa，与PP相比提高率达到45.5%；弹性模量达到1.215GPa，提高率达到74.3%，由于增加了云母的添加量，这样可以在提高云母/聚丙烯复合材料力学性能的同时大幅度降低了复合体系的成本，使得复合体系在工业生产上有更广泛的应用。

Description

一种高性能聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合材料技术领域，特别是涉及一种高性能低成本的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
云母（mica)是钾、铝、镁、铁、锂等层状结构铝硅酸盐的总称。因其具有片状结构，是典型的二维增强填料，通常呈假六方或菱形的板状、片状、柱状晶形。云母具有较高的刚性、模量，云母填充的聚烯烃同时还具有良好耐高温性和尺寸稳定性。由于云母是一种具有片状结构、廉价的无机材料 ,可用于多种树脂材料(如聚丙烯和丙烯酸 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物等)的填充改性。云母（mica)增强聚丙烯复合材料是在上世纪60年代末开始研究的一种新型增强材料，有关研究和新闻报道也相继发表不断。但目前的云母/聚丙烯复合材料中云母的添加量一般只有聚丙烯的20%～40%左右，如果增加云母的添加量，则复合材料的性能就会明显下降，达不到使用的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中云母添加量增加所带来的云母/聚丙烯复合材料性能下降的缺陷，提供一种高云母添加量的高性能聚丙烯复合材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
    照重量份计算，本发明所提供的高性能聚丙烯复合材料是由聚丙烯30～50份、云母45～65份和马来酸酐接枝聚丙烯10～20份制备而成。
优选的，上述高性能聚丙烯复合材料是由聚丙烯35～45份、云母50～60份和马来酸酐接枝聚丙烯12～16份制备而成。
最佳的，前述高性能聚丙烯复合材料是由聚丙烯40份、云母56份和马来酸酐接枝聚丙烯14份制备而成。
前述高性能聚丙烯复合材料中所用的云母为白云母。
前述高性能聚丙烯复合材料的制备方法：取云母，粉碎，干燥，按比例将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，即得，挤出机的螺杆转速为100～400r/min。
优选的，上述制备方法为：取云母，粉碎成1250目的颗粒，在80℃干燥，按比例将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，注塑成型制成样条，在恒温箱中干燥24～48h，即得，挤出机的螺杆转速为100～400r/min。
上述技术方案是发明人经过实验筛选出来的，具体实验如下：
一、云母/PP复合材料体系的配比
实验方法：总体质量是100%，PP基体的质量分数从70%减小到30%，每10%为一个改变量。每个改变量里再分五组，这五组中云母与马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MA）的重量份比例为1：1、2：1、3：1、4：1、5：1，从这五组配比中可以找到云母与PP-g-MA的最佳配比，这样就可以确定PP-g-MA添加多少量时，云母与聚丙烯的相容性最好，总共是二十五组配比实验。取云母粉碎成1250目的颗粒，在80℃干燥，按比例将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，注塑成型制成样条，在恒温箱中干燥24～48h，即得，挤出机的螺杆转速为100～400r/min。
从云母/聚丙烯复合材料的SEM照片（如图1所示）上可以看出云母是一种片层状的无机粉体，虽然云母的的添加含量很大，但是云母却可以很好的分散到聚丙烯基体中。
测试这二十五组配比的力学性能，结果如图2～4所示，在云母添加总质量的56%、云母与相容剂PP-g-MA的比例在4:1时复合材料体系的力学性能达到相对最佳值，即抗拉强度达到50.48Mpa，与PP相比提高率达到45.5%；弹性模量达到1.215GPa，提高率达到74.3%。但复合材料的冲击韧性基本变化不大，这是由于云母有高强度和高模量的特性，将其添加到聚丙烯基体中可以很好的起到构架作用，对聚丙烯复合体系有很高的增强保韧作用。测试复合材料的熔融指数，从图5可以看出，随着云母添加的增多，云母/PP复合材料的熔融指数是下降的。聚丙烯的熔融指数是3.03g/10min,而云母与相容剂PP-g-MA的重量份比例在4:1时复合材料体系的熔融指数是2.74g/10min。但是当云母与相容剂PP-g-MA的比例在5:1时复合材料体系的熔融指数却下降到1.84g/10min/。所以从复合材料的加工性来看，选用PP含量30%、云母与相容剂PP-g-MA的重量份比例为4:1时复合材料的综合性性能最好。
从成本来考虑，PP的单价在10000元/吨左右。而添加了云母后的聚丙烯复合材料的价格都比纯聚丙烯的单价有所降低。从单价（如图6）对比可以看出随着云母添加量的增加，聚丙烯复合体系的单价从9300元/吨降到6480元/吨，增加云母的添加量可以有效地降低复合材料的价格，使其有更广泛的应用。
与现有技术相比，本发明通过配方的优选来提高云母与聚丙烯的相容性，将云母的添加量提高到复合材料总量的56%甚至以上，所得到的复合材料具有高强度、高模量的特点，所制备的样条有很高的力学性能，最佳配比的复合材料的抗拉强度达到50.48Mpa，与PP相比提高率达到45.5%；弹性模量达到1.215GPa，提高率达到74.3%，由于增加了云母的添加量，这样可以在提高云母/聚丙烯复合材料力学性能的同时大幅度降低了复合体系的成本，使得复合体系在工业生产上有更广泛的应用。
附图说明
图1是白云母增强聚丙烯的SEN照片，其中PP：云母：PP-g-MA的比例为30：56：14；
图2是云母/PP复合材料的抗拉强度数据；
图3是云母/PP复合材料的冲击韧性数据；
图4是云母/PP复合材料的弯曲模量数据；
图5是云母/PP复合材料的熔融指数数据（PP含量为30%）；
图6是PP与云母/PP复合材料的单价对比曲线。
具体实施方式
实施例1：聚丙烯40kg、白云母56kg、马来酸酐接枝聚丙烯14kg。
将白云母粉碎成1250目的颗粒，在80℃干燥，然后将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，注塑成型制成样条，在恒温箱中干燥40h，即得，挤出机的螺杆转速为200r/min。
实施例2：聚丙烯45kg、白云母65kg、马来酸酐接枝聚丙烯10kg。
将白云母粉碎成1250目的颗粒，在80℃干燥，然后将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，注塑成型制成样条，在恒温箱中干燥48h，即得，挤出机的螺杆转速为100r/min。
实施例3：聚丙烯50kg、白云母50kg、马来酸酐接枝聚丙烯16kg。
将白云母粉碎成1250目的颗粒，在80℃干燥，然后将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，注塑成型制成样条，在恒温箱中干燥24h，即得，挤出机的螺杆转速为400r/min。
实施例4：聚丙烯30kg、白云母45kg、马来酸酐接枝聚丙烯12kg。
将白云母粉碎成1250目的颗粒，在80℃干燥，然后将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，注塑成型制成样条，在恒温箱中干燥30h，即得，挤出机的螺杆转速为300r/min。
实施例5：聚丙烯35kg、白云母60kg、马来酸酐接枝聚丙烯20kg。
按照实施例1的方法制备。

Claims (6)

1.一种高性能聚丙烯复合材料，其特征在于：按照重量份计算，它是由聚丙烯30～50份、云母45～65份和马来酸酐接枝聚丙烯10～20份制备而成。
2.按照权利要求1所述高性能聚丙烯复合材料，其特征在于：它是由聚丙烯35～45份、云母50～60份和马来酸酐接枝聚丙烯12～16份制备而成。
3.按照权利要求2所述高性能聚丙烯复合材料，其特征在于：它是由聚丙烯40份、云母56份和马来酸酐接枝聚丙烯14份制备而成。
4.按照权利要求1至3任一所述高性能聚丙烯复合材料，其特征在于：所述云母为白云母。
5.权利要求1至4任一所述高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：取云母，粉碎，干燥，按比例将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，即得，挤出机的螺杆转速为100～400r/min。
6.按照权利要求5所述高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：取云母，粉碎成1250目的颗粒，在80℃干燥，按比例将聚丙烯、干燥后的云母、马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆混炼挤出机里熔融挤出造母粒，注塑成型制成样条，在恒温箱中干燥24～48h，即得，挤出机的螺杆转速为100～400r/min。
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