CN102311586B - 一种pp/sbr共混改性复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法,它可以解决现有技术存在的配料繁多，工艺复杂及成本较高的问题。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种PP/SBR共混改性复合材料,所述复合材料包括以下组分，按质量份计，均聚聚丙烯粒子50—75份，粉末丁苯橡胶5—20份，成核剂1—3份，交联剂1—3份，填料15—25份，抗氧剂0.1—0.3份，润滑剂0.5—1份。采用本发明的技术方案后，冲击强度提高了67%。本发明的复合材料的拉伸强度与普通pp相比，拉伸强度保持在30MPa以上，并没有下降。
Description
技术领域
本发明涉及塑料材料，具体地说，涉及一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种热塑性塑料，比重轻，成品表面硬度大，弹性高，耐热性、化学稳定性、绝缘性良好，被广泛用于生产、生活的诸多领域。缺点是由于本身的分子结构规整度高，耐低温冲击性差。PP制品对缺口非常敏感，缺口冲击强度较低，近年来PP工程化应用引起研究者的重视，寻找PP的增韧研发的新途径也是研究者重点研发的项目。
聚丙烯的增韧方法大致可分为两类: 化学改性、物理改性（如与橡胶共混），其中以物理改性应用最多。
由于PP低温韧性差，成型收缩率大，使其适用范围受到限制。大量研究证明，物理共混改性是解决这一难题的最有效手段之一。目前，物理改性的主要方法是填充第二组分，填充物主要包括有各类橡胶、热塑性弹性体、茂金属聚烯烃弹性体、无机刚性粒子、有机/无机纳米粒子等。
橡胶或热塑性弹性体以弹性微粒状分散结构增韧PP是最早研究使用的一种增韧改性方法，最具有代表性的是PP与乙丙橡胶(ethylene propylene rubber,EPR)、三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)和丁苯橡胶(styrene-butadiene-styrene terpolymer,SBS)等共混。橡胶的添加虽然给新材料带来了高韧性，但是，却同时降低了材料的模量、强度和热形变温度。这几年，新型的茂金属催化剂的研发催生了乙烯-辛烯共聚物(ethylene-octene copolymer,POE)、乙烯-己烯共聚物(ethylene-1-hexene random copolymer,EHR)等聚烯烃共聚物的出现。这类新型弹性体具有相对分子量分布窄、密度低、各项性能均衡、易于加工，与PP共混后，可赋予材料高韧性、高透明度和高流动性等优点。更值得关注的是，由于此类新型的聚烯烃共聚物既具有橡胶的弹性又具有塑料的刚性，与PP共混时更易得到较小的弹性体粒径和较窄的粒径分布，增韧PP的同时能保持模量不下降或轻微下降、加工流动性十分良好，因此目前备受研究者们的青睐。但是，此类弹性体是依托催化剂的发展而产生的，因此来源渠道窄，不易得到，价格昂贵，增加了材料的生产成本。1984年，Kurauchi和Ohta首次提出了采用刚性微粒进行材料增韧以来，用无机刚性粒子改性材料技术发展的非常快，应用也很广。对PP进行共混改性的无机粒子主要有滑石粉、CaCO3、云母、SiO2、ZnO等。无机粒子同PP共混后，不但能够保持或提高材料的模量，而且在很多情况下还能够充当成核剂，增加PP球晶密度，细化球晶尺寸。纳米无机粒子的产生赋予了此类共混复合材料更优良的性能。纳米粒子表面缺陷少、非配对原子多、比表面积大，通过粒子效应可以影响PP的结晶结构、行为，以及界面区域的力学性能，从而达到增韧又增强的目的。然而，由于无机粒子特别是纳米无机粒子的表面能很大，与PP共混后会出现不能很好的在其中分散的现象，经过表面改性等措施处理也不能完满解决这一问题。虽然上述三大类组分与PP共混有着各自的优点和不足，但是物理共混改性PP以成本低，工艺简单，技术灵活性大等无可媲美的优点，使其现在已经成为研究重点。
但橡胶增韧PP, 冲击强度提高的同时,伴随着拉伸强度、硬度等力学性能的大幅度下降。
在现有技术中，虽然提高了PP材料的冲击性能，但是使用分子接枝改性的方法，配料繁多，工艺复杂，成本较高，难以形成市场化的产品。
发明内容
本发明提供了一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法,它可以解决现有技术存在的配料繁多，工艺复杂及成本较高的问题。
本发明的目的是在不降低聚丙烯(PP)的拉伸强度，硬度等力学性能使用性能的前提下，利用粉末丁苯橡胶与其共混，大幅提高PP的抗冲击性能。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种PP/SBR共混改性复合材料,所述复合材料包括以下组分，按质量份计，均聚聚丙烯粒子50—75份，粉末丁苯橡胶5—20份，成核剂1—3份，交联剂1—3份，填料15—25份，抗氧剂 0.1—0.3份，润滑剂0.5—1份。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸、或硬脂酸酰胺中的至少一种。
所述成核剂为α晶成核剂，或β晶成核剂中的至少一种。
所述填料为纳米级碳酸钙、纳米级滑石粉、或纳米级SiO2中的至少一种。
所述交联剂为DOP，DCP，或BPO中的至少一种。
所述粉末丁苯橡胶的平均粒径为纳米级。
上述一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，所述方法按以下步骤进行：
（1）将均聚聚丙烯、粉末丁苯橡胶和填料按规定量配料混合，将成核剂，交联剂，抗氧剂，润滑剂按规定量配料混合，然后一同加入高速混合机中进行充分混合；
（2）上述物料充分混合后，加入到双螺杆挤出机混炼，经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机干燥后造粒。
在上述方法中，所述双螺杆挤出机各区温度设置如下：195℃，200℃，205℃，205℃，200℃，200℃，195℃，螺杆转速300rpm。
所述双螺杆挤出机挤出冷却温度范围为38-42℃。
现有的pp的冲击强度在10KJ/m2。根据实验表明，使用本发明的技术方案后，冲击强度提高了67%。本发明的复合材料的拉伸强度与普通pp相比，拉伸强度保持在30MPa以上，并没有下降。本发明的物料之间的比例关系：粉末丁苯橡胶含量增大，冲击强度会有所提高。
本发明利用挤出机共混改性（动态硫化），是指将橡胶与不能硫化的热塑性聚合物如PP,PVC等树脂在高温，高剪切的混合器中熔融共混，在交联剂的作用下将橡胶硫化，得到粒状的硫化橡胶相，并细微的分散于树脂中，非常稳定，在加工过程中不会发生物性变化。
本发明使用动态硫化的方法，将pp与粉末丁苯橡胶以及各助剂一起加入挤出机内，直接硫化一次混合成型，大大缩短了加工的时间，降低了成本。
附图说明
图1是本发明一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法流程图。
具体实施方式
一种PP/SBR共混改性复合材料实施例1 单位：kg
均聚聚丙烯粒子：60份，抗氧剂168：0.2份，α晶成核剂：2份，交联剂DOP：3份，粉末丁苯橡胶：10份，润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺：0.8份，填料纳米级碳酸钙：24份。
一种PP/SBR共混改性复合材料实施例2 单位：kg
均聚聚丙烯粒子：60份，抗氧剂1010：0.3份，α晶成核剂：2份，交联剂DCP：3份，粉末丁苯橡胶：20份，润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺：0.7份，填料纳米级碳酸钙：14份。
一种PP/SBR共混改性复合材料实施例3 单位：kg
均聚聚丙烯粒子：60份，抗氧剂168：0.2份，β晶成核剂：2份，交联剂BPO：3份，粉末丁苯橡胶：14份，润滑剂硬脂酸：0.8份，填料纳米级碳酸钙：20份。
一种PP/SBR共混改性复合材料实施例4 单位：kg
均聚聚丙烯粒子：70份，抗氧剂168：0.2份，α晶成核剂：2份，交联剂DCP：2份，粉末丁苯橡胶：13份，润滑剂硬脂酸：0.8份，填料纳米级滑石粉：12份。
一种PP/SBR共混改性复合材料实施例5 单位：kg
均聚聚丙烯粒子：70份，抗氧剂168：0.2份，β晶成核剂：2份，交联剂BPO：2份，粉末丁苯橡胶：15份，润滑剂硬脂酸：0.8份，填料纳米级滑石粉：10份。
上述实施例及性能指标
| 实施例 | Charpy缺口冲击强度/(kJ/m2) | 拉伸强度/MPa | 扯断伸长率/% | 弯曲强度/Mpa |
| 1 | 12.3 | 39.4 | 13.6 | 31.6 |
| 2 | 16.7 | 33.3 | 10.7 | 28.3 |
| 3 | 15.4 | 35.8 | 12.3 | 34.2 |
| 4 | 13.7 | 34.6 | 16.5 | 31.8 |
| 5 | 14.8 | 33.9 | 10.3 | 34.1 |
现有pp的冲击强度在10KJ/m2左右，使用本发明技术方案的配方后，冲击强度提高了67%。本发明的复合材料的拉伸强度与普通pp相比，拉伸强度保持在30MPa以上，并没有下降。物料之间的比例关系：粉末丁苯橡胶含量增大，冲击强度提高。
通过上述测试表明，本发明是在不降低聚丙烯(PP)的拉伸强度，硬度等力学性能使用性能的前提下，利用粉末丁苯橡胶与其共混，大幅提高了本发明的抗冲击性能。
相关测试方法和标准：
1、GB/T1040－1992：拉伸强度测试国家标准，《塑料拉伸性能试验方法》。
2、GB/T9341-2000：弯曲强度测试国家标准，《塑料弯曲性能试验方法》。
3 、GB/T1043-1993：冲击性能测试国家标准，《硬质塑料冲击试验方法》。
参见图1，上述实施例的一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，所述方法按以下步骤进行：（1）将均聚聚丙烯、粉末丁苯橡胶和填料按规定量配料混合，将成核剂，交联剂，抗氧剂，润滑剂按规定量配料混合，然后一同加入高速混合机中进行充分混合；
（2）上述物料充分混合后，加入到双螺杆挤出机混炼，经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机干燥后造粒。
在上述方法中，所述双螺杆挤出机各区温度设置如下：195℃，200℃，205℃，205℃，200℃，200℃，195℃，螺杆转速300rpm。所述双螺杆挤出机挤出冷却温度为40℃。
造粒后的物料需要测试时，先经80℃干燥，再用注塑机注射成型为各种试条，放置24h后，按有关标准分析测试。
在上述实施例中，所述粉末丁苯橡胶的平均粒径为纳米级。
本发明主要成分中英文说明：PP：聚丙烯，SBR：丁苯橡胶，DOP：邻苯二甲酸二辛脂，DCP：过氧化二异丙苯，BPO：过氧化苯甲酰。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法,其特征在于:所述复合材料包括以下组分，按质量份计，均聚聚丙烯粒子50—75份，粉末丁苯橡胶5—20份，成核剂1—3份，交联剂1—3份，填料15—25份，抗氧剂 0.1—0.3份，润滑剂0.5—1份，所述方法按以下步骤进行：
（1）将均聚聚丙烯、粉末丁苯橡胶和填料按规定量配料混合，将成核剂，交联剂，抗氧剂，润滑剂按规定量配料混合，然后一同加入高速混合机中进行充分混合；
（2）上述物料充分混合后，加入到双螺杆挤出机混炼，经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机干燥后造粒；
所述填料为纳米级碳酸钙、纳米级滑石粉、或纳米级SiO2中的至少一种；
所述粉末丁苯橡胶的平均粒径为纳米级。
2.根据权利要求1所述的一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂168中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸、或硬脂酸酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述成核剂为α晶成核剂，或β晶成核剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂为DOP，DCP，或BPO中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机各区温度设置如下：195℃，200℃，205℃，205℃，200℃，200℃，195℃，螺杆转速300rpm。
7.根据权利要求1所述的一种PP/SBR共混改性复合材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机挤出冷却温度范围为38-42℃。
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