CN102702622A - 一种聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料及其制备方法 - Google Patents
一种聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明揭示了一种聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的制备方法。该方法具体是首先使用高剪切乳化机、乳化泵或者超速搅拌机中的一种或一种以上组合将分散相粒子分散于液体分散介质中，并采用超声波发生器驱除液体中的气泡，制得剪切增稠流体，然后将聚丙烯与剪切增稠流体在开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料，再经过模压、挤出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的制品，可用于汽车、机械、家电、包装等领域。与通常的增韧聚丙烯材料相比，聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料既能提高聚丙烯的冲击性能，又能同时改善聚丙烯的加工流动性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料，更具体涉及一种聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的组成和制备方法，属于高分子共混、高分子成型加工领域。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene，简称PP)是用途广泛的热塑性通用塑料，于1957年开始商品化生产，近年来已成为世界上发展最快的高分子合成材料之一。与其它通用塑料相比，聚丙烯具有较好的综合性能，如相对密度小，加工性能优良，屈服强度、拉伸强度及弹性模量高，电绝缘性和耐热性好，连续使用温度可达到120℃，耐应力龟裂及耐化学药品性能较佳等。然而聚丙烯也存在一些不足之处，如低温脆性大、冲击韧性不足等，使其应用范围受到一定的限制。因此，对聚丙烯的增韧改性一直是聚丙烯研究的重要内容。目前，采用橡胶或弹性体对聚丙烯进行增韧时，往往伴随聚丙烯刚性、模量的降低；而采用玻璃纤维或微米级填料对聚丙烯进行增强时，往往导致聚丙烯冲击韧性的下降。
剪切增稠流体(Shear Thickening Fluid，简称STF)是由分散相粒子和液体分散介质所组成的触变性溶胶，其分散相粒子和液体分散介质之间存在明显的氢键作用。剪切增稠流体在不受剪切(或冲击)时，分散相粒子与液体分散介质由于氢键作用而形成网状结构，分散相粒子间互不干扰，流体呈现为易于流动的液态。剪切增稠流体在受到剪切(或冲击)后，原先形成的网状结构被逐渐破坏，分散相粒子间由于相互碰撞而形成“粒子簇”，阻碍了液体的流动，导致其粘度的急剧增大，甚至能够转变为类固态的物质。当作用于剪切增稠流体的剪切(或冲击)消失后，不稳定的“粒子簇”又能够逐渐解离，与液体分散介质重新结合形成网状结构，流体又回复到易于流动的液态。
从20世纪80年代末开始，剪切增稠效应逐渐被应用于材料的抗冲击领域，目前国内外对于剪切增稠流体的研究大多以防弹材料为中心。美国的Lee等人将剪切增稠流体与凯夫拉织物进行复合，制造了柔性复合凯夫拉织物防弹衣，经过模拟实验和实弹检验，证实其防弹性能明显优于普通的凯夫拉织物防弹衣。
本发明拟将聚丙烯与剪切增稠流体经过熔融共混制成聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料，利用剪切增稠流体受剪切(或冲击)后其粘度急剧增大、甚至转变为类固态物质的特性，使得高韧性材料中呈分散相分布的剪切增稠流体吸收并耗散一部分能量，从而实现对聚丙烯基体的增韧。与通常的增韧聚丙烯材料相比，聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料既能提高聚丙烯的冲击性能，又能同时改善聚丙烯的加工流动性能。
发明内容
本发明的目的在于提高聚丙烯的冲击韧性和加工流动性，提供一种聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料及其制备方法，使得制备的聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料经过模压、挤出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的制品，可用于汽车、机械、家电、包装等领域。该方法首先将分散相粒子分散于液体分散介质中制成剪切增稠流体，然后将该剪切增稠流体与聚丙烯在开炼机、密炼机或者挤出机等聚合物加工设备中熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。
本发明所提出的聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料，是由包括如下组分和重量份数的原料制备的：聚丙烯80～95份；剪切增稠流体5～20份。
所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。聚丙烯在高韧性材料中的用量为80～95重量份。
所述的剪切增稠流体是由包括如下组分和重量份数的原料制备的：分散相粒子5～25份；液体分散介质75～95份。
所述的分散相粒子包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米凹凸棒土中的一种或一种以上组合。分散相粒子在剪切增稠流体中的用量为5～25重量份。
所述的液体分散介质包括水、盐溶液、乙烯基乙醇、聚乙二醇、聚丙二醇、矿物油中的一种或一种以上组合。液体分散介质在剪切增稠流体中的用量为75～95重量份。
本发明所提出的聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的制备方法，具体是首先使用高剪切乳化机、乳化泵或者超速搅拌机中的一种或一种以上组合将分散相粒子分散于液体分散介质中，并采用超声波发生器驱除液体中的气泡，制得剪切增稠流体，然后将聚丙烯与剪切增稠流体在开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料，再经过模压、挤出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的制品。
上述方法的具体过程如下：首先将5～25份分散相粒子与75～95份液体分散介质用高剪切乳化机、乳化泵或者超速搅拌机中的一种或一种以上组合进行混合，时间为10～30分钟，然后用超声波发生器驱除液体中的气泡，时间为1～3小时，制得剪切增稠流体；最后将5～20份剪切增稠流体与80～95份聚丙烯在开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。采用开炼机的开炼温度为170～200℃，时间为10～20分钟；采用密炼机的密炼温度为180～200℃，时间为5～15分钟；采用挤出机时，料筒各段的温度控制在160～200℃，螺杆转速为50～200rpm。
本发明具有以下优点：
聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料在受到剪切℃或冲击)时，高韧性材料中呈分散相分布的剪切增稠流体能够通过其粘度的急剧变化而吸收并耗散一部分能量，从而实现对聚丙烯基体的增韧。与通常的增韧聚丙烯材料相比，聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料既能提高聚丙烯的冲击性能，又能同时改善聚丙烯的加工流动性能。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明的内容进行详细的说明。
实施例1
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
无规共聚聚丙烯 90份
纳米二氧化硅 1份
聚丙二醇600 9份
首先将纳米二氧化硅与聚丙二醇600用高剪切乳化机进行混合，时间为10分钟；然后用超声波发生器驱除液体中的气泡，时间为1小时，制得剪切增稠流体；最后将剪切增稠流体与无规共聚聚丙烯在密炼机中熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。密炼机温度为180℃，转速为60rpm，时间为7分钟。
实施例2
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
均聚聚丙烯 80份
纳米碳酸钙 4份
聚丙二醇400 16份
首先将纳米碳酸钙与聚丙二醇400用乳化泵进行混合，时间为10分钟；然后用超声波发生器驱除液体中的气泡，时间为2小时，制得剪切增稠流体；最后将剪切增稠流体与均聚聚丙烯在开炼机上熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。开炼机温度为180℃，时间为15分钟。
实施例3
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
均聚聚丙烯 90份
纳米二氧化硅 2份
聚丙二醇1000 8份
首先将纳米二氧化硅与聚丙二醇1000用高剪切乳化机进行混合，时间为15分钟；然后用超声波发生器驱除液体中的气泡，时间为2小时，制得剪切增稠流体；最后将剪切增稠流体与均聚聚丙烯在密炼机中熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。密炼机温度为180℃，转速为60rpm，时间为10分钟。
实施例4
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
均聚聚丙烯 80份
纳米凹凸棒土 2份
聚乙二醇400 18份
首先将纳米凹凸棒土与聚乙二醇400用高剪切乳化机进行混合，时间为20分钟；然后用超声波发生器驱除液体中的气泡，时间为1.5小时，制得剪切增稠流体；最后将均聚聚丙烯从主喂料装置加入双螺杆挤出机，剪切增稠流体通过计量泵按比例加入到均聚聚丙烯的熔体中进行熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。挤出机料筒各段的温度为160～200℃，螺杆转速为100rpm。
实施例5
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
嵌段共聚聚丙烯 80份
纳米二氧化硅 3份
聚乙二醇200 17份
首先将纳米二氧化硅与聚乙二醇200用超速搅拌机进行混合，时间为10分钟；然后用超声波发生器驱除液体中的气泡，时间为1小时，制得剪切增稠流体；最后将剪切增稠流体与嵌段共聚聚丙烯在密炼机中熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。密炼机温度为180℃，转速为60rpm，时间为8分钟。
Claims (9)
1.一种聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料及其制备方法，其特征在于所述的聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料是按一定重量份将聚丙烯与剪切增稠流体经熔融共混后得到可热塑性加工的聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。
2.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于所述的聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的原料组分和重量分数为：聚丙烯80～95份；剪切增稠流体5～20份。
3.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于所述的剪切增稠流体的原料组分和重量分数为：分散相粒子5～25份；液体分散介质75～95份。
4.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于聚丙烯是均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。
5.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于所述的分散相粒子是纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米凹凸棒土中的一种或一种以上组合。
6.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于所述的液体分散介质是水、盐溶液、乙烯基乙醇、聚乙二醇、聚丙二醇、矿物油中的一种或一种以上组合。
7.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将分散相粒子和液体分散介质按比例称量后，先用高剪切乳化机、乳化泵或超速搅拌机中的一种或一种以上组合进行混合，再用超声波发生器驱除液体中的气泡，制成剪切增稠流体。
8.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将剪切增稠流体与聚丙烯在开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。采用开炼机的开炼温度为170～200℃，时间为10～20分钟；采用密炼机的密炼温度为180～200℃，时间为5～15分钟；采用挤出机时，料筒各段的温度控制在160～200℃，螺杆转速为50～200rpm。
9.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料可采用模压、挤出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料的制品，用于汽车、机械、家电、包装等领域。
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