CN102516639A - 一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提出一种高刚度、低密度的改性聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明的改性聚丙烯复合材料由40～90wt%聚丙烯、0～30wt%增韧剂、1～20wt%的中空玻璃微球、1～10wt%的纳米碳酸钙、1～15wt%的滑石粉、0.3～0.5wt%的抗氧剂、1wt%的色母粒、0.5～3wt%的相容剂混合而成。本发明将纳米碳酸钙与中空玻璃混合填充至聚丙烯材料，以提高改性聚丙烯复合材料的刚性，同时降低了改性聚丙烯复合材料的密度，适合应用于制造汽车仪表板、门护板、保险杠、立柱护板等部件，对于汽车材料以塑代钢、节能减排等有着重要的作用。

Description

一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及到一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
改性聚丙烯材料是一种用途十分广泛的材料，目前使用的填充类材料以滑石粉为主，最近出现了改进，如专利“一种纳米碳酸钙聚丙烯复合材料（专利号：CN101210087A）”所公开的，该复合材料包含100份聚丙烯树脂、1～15份纳米碳酸钙、1～20份弹性体、0.1～1份稳定剂；又如专利“一种聚丙烯复合材料及其制备方法（专利号：CN101775173A）”所公开的，其聚丙烯复合材料的配方由以下重量百分含量的组分组成:聚丙烯40～70%，增韧剂5～30%，中空玻璃微球10～40%，光热稳定剂0.2～5%，偶联剂0.1～5%，相容剂0.5～5%，加工助剂0.1～5%，阻燃剂2～15%。上述两种改性聚丙烯材料分别使用纳米碳酸钙、中空玻璃微球单独填充改性，虽然在一定程度上提高了刚度、降低了密度，但是改进的幅度不够明显。
发明内容
本发明的目的是提出一种高刚度、低密度的改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的改性聚丙烯复合材料由40～90wt%聚丙烯、0～30wt%增韧剂、1～20wt%的中空玻璃微球、1～10wt%的纳米碳酸钙、1～15wt%的滑石粉、0.3～0.5wt%的抗氧剂、1wt%的色母粒、0.5～3wt%的相容剂混合而成。
具体来说：
所述聚丙烯材料为下列聚合物中的一种或多种：均聚聚丙烯、共聚聚丙烯。
所述增韧剂为下列聚合物中的一种或多种：乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯-乙烯接枝共聚物。
所述中空玻璃微球的密度为0.125g/cc～0.60g/cc，软化温度为600℃，抗压强度为250psi-18000psi。
所述纳米碳酸钙的粒径25～100nm，粒径分布GSD为1.57，立方形，比表面大于25m2/g。
所述滑石粉为1250目的超细滑石粉。
所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成。
所述相容剂为下列相容剂中的一种或多种：马来酸酐、硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和钛酸酯偶联剂。
本发明提出的上述的改性聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
A：按质量配比称取原料；
B：将纳米碳酸钙、滑石粉、相容剂在高速搅拌机下混合搅拌5min，再将聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、色母粒加入搅拌机搅拌10min，然后将搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中；
C：在双螺杆挤出机专用侧喂料口处添加中空玻璃微球；
D：设定双螺杆挤出机各温区温度：一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速100～200 rpm；
E：挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
本发明将纳米碳酸钙与中空玻璃混合填充至聚丙烯材料，以提高改性聚丙烯复合材料的刚性，同时降低了改性聚丙烯复合材料的密度，适合应用于制造汽车仪表板、门护板、保险杠、立柱护板等部件，对于汽车材料以塑代钢、节能减排等有着重要的作用。
附图说明
图1是各实施例与对比例的性能参数对比表。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
将5wt%滑石粉、2wt%的纳米碳酸钙、1.5wt%的马来酸酐加入高速搅拌机中搅拌5min，再将78.2wt%均聚聚丙烯、1wt%的色母粒、2 wt%苯乙烯-丁二烯共聚物、0.3wt%的抗氧剂加入搅拌机中搅拌10 min，将上述搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中，在双螺杆挤出机专用侧喂料口处添加10wt%的中空玻璃微球，挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
上述双螺杆挤出机的加工温度设定如下：一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速180rpm。
 实施例2：
将5wt%滑石粉、3wt%的纳米碳酸钙、1.5wt%的马来酸酐加入高速搅拌机中搅拌5min，再将79.2wt%聚丙烯、1wt%的色母粒、2wt%苯乙烯-丁二烯共聚物、0.3wt%的抗氧剂加入搅拌机中搅拌10 min，将上述搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中，在双螺杆挤出机专用侧喂料口处添加8wt%的中空玻璃微球，挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
上述双螺杆挤出机的加工温度设定如下：一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速180rpm。
 对比例1：
将77.2wt%聚丙烯、0.3wt%的抗氧剂、1wt%的色母粒、1.5wt%的马来酸酐、20wt%的滑石粉加入高速搅拌机中搅拌15min，将上述搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中，挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
上述双螺杆挤出机的加工温度设定如下：一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速180rpm。
 实施例3：
将5wt%滑石粉、2wt%的纳米碳酸钙、1.5wt%的硅烷偶联剂加入高速搅拌机中搅拌5min，再将70.2wt%聚丙烯、10wt%的乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、1wt%的色母粒、0.3wt%的抗氧剂加入搅拌机中搅拌10 min，将上述搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中，在双螺杆挤出机专用侧喂料口处添加10wt%的中空玻璃微球，挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
上述双螺杆挤出机的加工温度设定如下：一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速160rpm。
 实施例4：
将5wt%滑石粉、5wt%的纳米碳酸钙、1.5wt%的硅烷偶联剂加入高速搅拌机中搅拌5min，再将70.2wt%聚丙烯、10wt%的丙烯-乙烯接枝共聚物、1wt%的色母粒、0.3wt%的抗氧剂加入搅拌机中搅拌10 min，将上述搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中，在双螺杆挤出机专用侧喂料口处添加7wt%的中空玻璃微球，挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
上述双螺杆挤出机的加工温度设定如下：
一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速160rpm。
 对比例2：
将67.2wt%聚丙烯、10wt%的乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、0.3wt%的抗氧剂、1wt%的色母粒、1.5wt%的硅烷偶联剂，20wt%的滑石粉加入高速搅拌机中搅拌15min，将上述搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中，挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
上述双螺杆挤出机的加工温度设定如下：一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速160rpm。
 图1为各实施例与对比例的性能参数表，其中密度的测试方法为ISO 1183标准方法，拉伸强度的测试方法为ISO 527标准方法，弯曲强度的测试方法为ISO 178标准方法，弯曲模量的测试方法为ISO 178标准方法，缺口冲击强度的测试方法为ISO 180标准方法。
从图1中可以看出，实施例1与实施例2的聚丙烯材料复合材料中加入了纳米碳酸钙和中空玻璃微球，其密度低于对比例1只加滑石粉的改性聚丙烯复合材料，而且实施例1、实施例2的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量均优于对比例1。
从图1中可以看出，实施例3与实施例4的聚丙烯材料复合材料中加入了纳米碳酸钙和中空玻璃微球，其密度低于对比例2只加滑石粉的改性聚丙烯复合材料，而且实施例3、实施例4的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量均优于对比例2。

Claims (9)

1.一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于该改性聚丙烯复合材料由40～90wt%聚丙烯、0～30wt%增韧剂、1～20wt%的中空玻璃微球、1～10wt%的纳米碳酸钙、1～15wt%的滑石粉、0.3～0.5wt%的抗氧剂、1wt%的色母粒、0.5～3wt%的相容剂混合而成。
2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述聚丙烯材料为下列聚合物中的一种或多种：均聚聚丙烯、共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述增韧剂为下列聚合物中的一种或多种：乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯-乙烯接枝共聚物。
4.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述中空玻璃微球的密度为0.125g/cc～0.60g/cc，软化温度为600℃，抗压强度为250psi-18000psi。
5.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述纳米碳酸钙的粒径25～100nm，粒径分布GSD为1.57，立方形，比表面大于25m2/g。
6.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述滑石粉为1250目的超细滑石粉。
7.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成。
8.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述相容剂为下列相容剂中的一种或多种：马来酸酐、硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和钛酸酯偶联剂。
9.根据权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A：按质量配比称取原料；
B：将纳米碳酸钙、滑石粉、相容剂在高速搅拌机下混合搅拌5min，再将聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、色母粒加入搅拌机搅拌10min，然后将搅拌后的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料筒中；
C：在双螺杆挤出机专用侧喂料口处添加中空玻璃微球；
D：设定双螺杆挤出机各温区温度：一区170℃，二区180℃，三区185℃，四区190℃，五区195℃，六区200℃，七区200℃，八区190℃，九区185℃，主机转速100～200 rpm；
E：挤出造粒后干燥、冷却、切粒。
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