CN102329454B - 聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。该聚丙烯复合材料包括的重量百分比配方组分有：聚丙烯22～39％、聚甲基丙烯酸甲酯2～10％、白油0.6～1％、相容剂10～20％、填充剂20～30％、玻璃纤维20～30％、润滑剂0.4～1％。上述聚丙烯复合材料通过熔融挤出，使得各组分在高速剪切作用下，降低了粘度，增强了各组分的分散性，使得聚丙烯复合材料具有翘曲低、强度高的优良性能，使得该聚丙烯复合材料既具有良好的表面性能又具有高强度性能。其制备方法工艺简单，在常规的熔融挤出机上即可实施，不必借助特殊设备，操作过程简便易行。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，产量及用量仅次于聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)，是第三大塑料品种，也是与我们日常生活密切相关的大宗通用树脂产品。目前，聚丙烯是世界上消费量增长最快的通用塑料，聚丙烯在通用塑料中使用最广泛，对其进行改性的方法多样，产品较全面。
目前，玻纤增强改性聚丙烯虽具有高强度、高抗冲，是工业需求较大的PP改性类材料，但是玻纤增强的聚丙烯注塑平面结构时易发生翘曲变形，如注塑塑胶刀具这种平面结构，其翘曲缺陷明显，另外，现有的聚丙烯表面性能与材料的强度存在矛盾，无法获得既具有良好表面性能又具有良好强度的聚丙烯。而且现阶段已公布的配方体系无法解决这一缺陷。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种低翘曲、高强度的聚丙烯复合材料。
本发明实施例的另一目的在于提高该聚丙烯复合材料的一种工艺简单的制备方法。
本发明实施例的再一目的在于提高该聚丙烯复合材料在制备塑胶刀具中的应用。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的配方组分：
以及，
上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按照上述聚丙烯复合材料的配方称取各组分；
将所述聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、白油、相容剂、填充剂和润滑剂混合，形成混合物料；
将所述混合物料加入挤出机的进料口中，同时将玻璃纤维加入挤出机的加纤口中，在140～220℃下进行熔融挤出，造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
本发明进一步的提供了上述聚丙烯复合材料在制备塑胶刀具中的应用。
上述聚丙烯复合材料通过熔融挤出，使得各组分在高速剪切作用下，降低了粘度，增强了各组分的分散性，使得聚丙烯复合材料具有翘曲低、强度高的优良性能，使得该聚丙烯复合材料既具有良好的表面性能又具有高强度性能。有效的解决了现有聚丙烯材料存在的表面和强度这一矛盾。正是该聚丙烯复合材料具有前述的优异性能，使得其更适合在制备塑胶刀具中应用。
上述聚丙烯复合材料的制备方法工艺简单，在常规的熔融挤出机上即可实施，不必借助特殊设备，操作过程简便易行，适于工业化生产。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例聚丙烯复合材料制备方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种低翘曲、高强度的聚丙烯复合材料。该聚丙烯复合材料包括如下重量百分比的配方组分：
具体地，上述聚丙烯(PP)优选为均聚型聚丙烯，如可以是V30G(中石化)或K1011(台化)。该均聚型聚丙烯能更进一步的提高聚丙烯复合材料的强度。
上述白油优选选用工业级，当然也可以采用其他级别的白油。
上述相容剂优选为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)，当然还可以是马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)、PP-g-GMA。
上述填充剂优选滑石粉，该滑石粉的粒径优选为2000目。
上述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)优选为耐热级，其热变形温度优选大于100℃，如型号为奇美CM-205、南通丽阳VH6、VH001等。
上述玻璃纤维优选为无碱玻纤，如巨石988A，泰山T635C等。
上述润滑剂优选为超高分子量聚硅氧烷，其有效成分100％，如型号为瓦克化学牌号PELLET S、道康宁牌号DC51等。
上述聚丙烯复合材料通过熔融挤出，使得各组分在高速剪切作用下，降低了粘度，增强了各组分的分散性，使得聚丙烯复合材料具有翘曲低、强度高的优良性能，使得该聚丙烯复合材料既具有良好的表面性能又具有高强度性能。有效的解决了现有聚丙烯材料存在的表面和强度这一矛盾。其中，PMMA和填充剂与玻璃纤维等其他组分互相作用，有效起到了的协效作用，很好的控制了材料翘曲变形，润滑剂在熔融挤压过程中，能使得各组分更好的分散与混合。
本发明实施例还提供了上述聚丙烯复合材料的制备方法，其工艺流程如图1所示。该方法包括如下步骤：
步骤S01：按照上述聚丙烯复合材料的配方称取各组分；
步骤S02：将称取聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、白油、相容剂、填充剂和润滑剂等组分混合，形成混合物料；
步骤S03：将该混合物料加入挤出机的进料口中，同时将玻璃纤维加入挤出机的加纤口中，在140～220℃下进行熔融挤出，造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
具体地，上述步骤S01中，上述聚丙烯复合材料的配方称取各组分的优选方案如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。
上述步骤S02中，在步骤S01中称取的聚丙烯复合材料的配方组分的混合方式没有特别的限定，如可加入混料机中进行混合，并使得各组分混合均匀。
上述步骤S03中，采用侧加料的方式，使得玻璃纤维与混合物料在熔融挤出过程中实现均匀混合。玻璃纤维与混合物料熔融挤出优选采用双螺杆挤出机挤出。在挤出过程中，该双螺杆挤出机各区段的温度可以在140～220℃内进行适当的调节，另外，玻璃纤维与混合物料的喂料频率和双螺杆挤出机的转速可以根据玻璃纤维添加量适当的灵活调整。具体地，该双螺杆挤出机各区段的温度和双螺杆挤出机的转速可以参见下文中的实施例1至5所示，但不仅仅限于该实施例1至5所示。
上述聚丙烯复合材料的制备方法只需将聚丙烯复合材料配方中各组分混合并进行熔融挤出即可，其工艺简单，在常规的熔融挤出机上即可实施，不必借助特殊设备，操作过程简便易行，适于工业化生产。其中，该方法采用侧进料的方式，有效增强了玻璃纤维分散性，使得玻璃纤维与聚甲基丙烯酸甲酯、填充剂等组分更好的发挥协效作用，使得聚丙烯复合材料具有更低的翘曲，更高的强度。
正是该聚丙烯复合材料及其制备具有上文所述的优异性能，使得其更适合在制备塑胶刀具中应用。
现以具体聚丙烯复合材料的配方和制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种用于制备塑胶刀具的聚丙烯复合材料，其包含如下重量百分比的配方组分：
PP树脂39％、工业级白油0.6％、相容剂10％、PMMA 10％、填充剂30％、润滑剂0.4％、玻纤10％。其中，PP树脂为V30G(中石化)均聚型聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，PMMA为热变形温度大于100℃的奇美CM-205，填充剂为粒径2000目的滑石粉，润滑剂为有效成分是100％的瓦克化学牌号PELLET S的超高分子量聚硅氧烷，玻纤为巨石988A的无碱玻纤。
其制备方法为：将上述PP树脂、白油、相容剂、PMMA、填充剂和润滑剂等组分在混合机中进行预混，然后将混合原料置于双螺杆挤出机的进料口中喂入，同时将玻纤双螺杆挤出机的加纤口中喂入，并经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，得到聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机工艺条件为：一区140℃、二区180℃、三区180℃、四区160℃，机头220℃，螺杆转速及喂料频率根据玻纤含量配合调整即可。
将本实施例1制备的聚丙烯复合材料进行相关机械性能的测定，测试结果如下文中的表1所示。其中，相关机械性能试测方法如下：
拉伸强度：按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：(176±2)(长)×(12.6±0.2)(端部宽度)×(3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min。
弯曲强度和弯曲模量：按ASTM D-790标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(128±2)×(12.67±0.2)×(3.11±0.2)，弯曲速度为20mm/min。
悬臂梁缺口冲击强度：按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(63±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9mm。
实施例2
一种用于制备塑胶刀具的聚丙烯复合材料，其包含如下重量百分比的配方组分：
PP树脂36.8％、工业级白油0.6％、相容剂13％、PMMA 8％、填充剂26％、润滑剂0.6％、玻纤15％。其中，PP树脂为V30G(中石化)均聚型聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，PMMA为热变形温度大于100℃的南通丽阳VH6，填充剂为粒径2000目的滑石粉，润滑剂为有效成分是100％的瓦克化学牌号PELLET S的超高分子量聚硅氧烷，玻纤为泰山T635C的无碱玻纤。
其制备方法为：将上述PP树脂、白油、相容剂、PMMA、填充剂和润滑剂等组分在混合机中进行预混，然后将混合原料置于双螺杆挤出机的进料口中喂入，同时将玻纤双螺杆挤出机的加纤口中喂入，并经熔融挤出、造粒，得到聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机工艺条件为：一区150℃、二区185℃、三区185℃、四区170℃，机头210℃，螺杆转速及喂料频率根据玻纤含量配合调整即可。
将本实施例2制备的聚丙烯复合材料进行相关机械性能的测定，测试结果如下文中的表1所示。
实施例3
一种用于制备塑胶刀具的聚丙烯复合材料，其包含如下重量百分比的配方组分：
PP树脂32.6％、工业级白油0.8％、相容剂16％、PMMA 6％、填充剂24％、润滑剂0.6％、玻纤15％。其中，PP树脂为K1011(台化)均聚型聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，PMMA为热变形温度大于100℃的VH001，填充剂为粒径2000目的滑石粉，润滑剂为有效成分是100％的瓦克化学牌号PELLET S的超高分子量聚硅氧烷，玻纤为泰山T635C的无碱玻纤。
其制备方法为：将上述PP树脂、白油、相容剂、PMMA、填充剂和润滑剂等组分在混合机中进行预混，然后将混合原料置于双螺杆挤出机的进料口中喂入，同时将玻纤双螺杆挤出机的加纤口中喂入，并经熔融挤出、造粒，得到聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机工艺条件为：一区160℃、二区190℃、三区180℃、四区190℃，机头200℃。螺杆转速及喂料频率根据玻纤含量配合调整。
将本实施例3制备的聚丙烯复合材料进行相关机械性能的测定，测试结果如下文中的表1所示。
实施例4
一种用于制备塑胶刀具的聚丙烯复合材料，其包含如下重量百分比的配方组分：
PP树脂27.2％、工业级白油0.8％、相容剂20％、PMMA 4％、填充剂22％、润滑剂0.8％、玻纤20％。其中，PP树脂为V30G(中石化)均聚型聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，PMMA为热变形温度大于100℃的南通丽阳VH6，填充剂为粒径2000目的滑石粉，润滑剂为有效成分是100％的瓦克化学牌号PELLET S的超高分子量聚硅氧烷，玻纤为泰山T635C的无碱玻纤。
其制备方法为：将上述PP树脂、白油、相容剂、PMMA、填充剂和润滑剂等组分在混合机中进行预混，然后将混合原料置于双螺杆挤出机的进料口中喂入，同时将玻纤双螺杆挤出机的加纤口中喂入，并熔融挤出、造粒，得到聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机工艺条件为：一区170℃、二区180℃、三区190℃、四区200℃，机头220℃，螺杆转速及喂料频率根据玻纤含量配合调整。
将本实施例4制备的聚丙烯复合材料进行相关机械性能的测定，测试结果如下文中的表1所示。
实施例5
一种用于制备塑胶刀具的聚丙烯复合材料，其包含如下重量百分比的配方组分：
PP树脂22％、工业级白油1％、相容剂24％、PMMA 2％、填充剂20％、润滑剂1％、玻纤30％。其中，PP树脂为V30G(中石化)均聚型聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，PMMA为热变形温度大于100℃的奇美CM-205，填充剂为粒径2000目的滑石粉，润滑剂为有效成分是100％的道康宁牌号DC51的超高分子量聚硅氧烷，玻纤为巨石988A的无碱玻纤。
其制备方法为：将上述PP树脂、白油、相容剂、PMMA、填充剂和润滑剂等组分在混合机中进行预混，然后将混合原料置于双螺杆挤出机的进料口中喂入，同时将玻纤双螺杆挤出机的加纤口中喂入，并经熔融挤出、造粒，得到聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机工艺条件为：一区150℃、二区170℃、三区190℃、四区180℃，机头200℃，螺杆转速及喂料频率根据玻纤含量配合调整。
将本实施例5制备的聚丙烯复合材料进行相关机械性能的测定，测试结果如下文中的表1所示。
对比实例1
一种聚丙烯复合材料，其包含如下重量百分比的配方组分：
PP树脂53.4％、工业级白油0.8％、相容剂20％、填充剂25％、润滑剂0.8％。其中，PP树脂为V30G(中石化)均聚型聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，填充剂为粒径2000目的滑石粉，润滑剂为有效成分是100％的瓦克化学牌号PELLET S的超高分子量聚硅氧烷。
其制备方法为：将上述各组分在混合机中进行预混，然后将混合原料置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒，得到聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机工艺条件为：一区150℃、二区170℃、三区190℃、四区180℃，机头200℃，螺杆转速及喂料频率根据玻纤含量配合调整。
对比实例2
一种聚丙烯复合材料，其包含如下重量百分比的配方组分：
PP树脂53.9％、工业级白油0.3％、相容剂20％、填充剂25％、润滑剂0.8％。其中，PP树脂为V30G(中石化)均聚型聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，填充剂为粒径2000目的滑石粉，润滑剂为有效成分是100％的道康宁牌号DC51的超高分子量聚硅氧烷。
其制备方法为：将上述各组分在混合机中进行预混，然后将混合原料置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒，得到聚丙烯复合材料，双螺杆挤出机工艺条件为：一区150℃、二区180℃、三区180℃、四区185℃，机头210℃，螺杆转速及喂料频率根据玻纤含量配合调整。
表1实施例1-5及对比例1、2的性能测试
由表1可知，本发明实施例聚丙烯复合材料随着玻纤含量的增加，材料的弯曲模量不断提高，当实施例的玻纤含量为30％时，材料的弯曲模量最大。考虑综合性能，当填充剂含量22％、玻纤含量为25％时，材料性能最佳。由表1中实施例1至5中测定数值可知，PMMA和填充剂与玻璃纤维等其他组分互相作用，有效起到了的协效作用，很好的控制了材料翘曲变形，同时使得该聚丙烯复合材料既具有良好的表面性能又具有高强度性能。而对比例1为滑石粉填充改性，但没有添加PMMA组分，从而导致制备的聚合物表面虽好但强度低，对比例2只采用玻纤增强改性，导致制备的聚合物强度虽高但是表面浮玻纤严重。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的配方组分：
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚型聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉粒径为2000目。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯的热变形温度大于100℃。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱玻纤。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为分子量大于等于25万的超高分子量聚硅氧烷。
8.一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按照权利要求1～7任一所述聚丙烯复合材料的配方称取各组分；
将所述聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、白油、相容剂、滑石粉和润滑剂混合，形成混合物料；
将所述混合物料加入挤出机的进料口中，同时将玻璃纤维加入挤出机的加纤口中，在140～220℃下进行熔融挤出，造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求1至7任一所述的聚丙烯复合材料在制备塑胶刀具中的应用。
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| CN 201110316761 CN102329454B (zh) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | 聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 |
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