CN104312006A - 一种增强耐磨聚丙烯复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：均聚聚丙烯20～40％、共聚聚丙烯30～50％、填料5～30％、相容剂2～10％、增韧剂5～15％、润滑剂0.2～1％、助剂0.1～2％；所述复合材料还包括钛铁片晶5～20％。与现有技术相比，本发明的优点在于采用了片状的亚纳米级钛铁片晶，制得具有得耐磨、高强度、耐刮、耐热、高刚度、尺寸稳定的聚丙烯材料，从而解决了聚丙烯难以直接应用于工程部件的难题，使聚丙烯产品能充分应用于注塑成型的汽车、电器和家具等领域的工程塑料件，大幅度地扩大聚丙烯塑料的使用范围；而且本发明所述产品的制造工艺简单，所需成本低廉，性价比高，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及通用塑料技术领域，具体涉及一种增强耐磨聚丙烯复合材料。
背景技术
聚丙烯是一种通用塑料，具有耐热性高、强度均衡、密度低、加工性好等特点，同时价格便宜，目前在汽车、家电等领域都有广泛应用，但是想作为工程塑料使用，其在强度、刚度、耐磨、耐热方面都需要进一步改进，通常的改进办法包括玻璃纤维增强、滑石粉填充、二硫化钼增加耐磨性等手段。但是这些办法都只能解决其中的一个或者某几个不足，如玻璃纤维，增加了聚丙烯的刚性和强度，但是所制得的材料最终表面会变得粗糙不平；滑石粉填充聚丙烯，具有较好的表面，而强度、耐磨方面却不尽如人意。
中国专利申请201310758101.4中公开了一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，针对耐磨要求添加有耐磨剂硅氧烷，所添加的硅氧烷仅仅只能满足材料的耐磨性，而无法改善材料强度、刚度、耐热等方面的性能；中国专利申请200510112122.0中公开了一种汽车用耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，配方采用聚丙烯、滑石粉、耐磨剂、抗氧剂等，其耐磨剂为二硫化钼或者聚四氟乙烯等传统耐磨剂，也只是解决了聚丙烯的耐磨问题；中国专利申请200710046909.0中公开了一种聚丙烯改性材料，材料采用的耐磨剂为硫化钼、氮化硅、纳米碳管等，同样局限于耐磨性能的改进；综合国内相关技术，虽然在特定组份下能获得耐磨效果，但是均没有通过钛铁片晶这样的材料，使得聚丙烯材料的强度、刚度、耐磨、耐热等方面同时得到极大的改善，同时相对于聚四氟乙烯、硫化钼等材料，钛铁片晶具有非常好的成本优势，此外其片状结构，在翘曲、耐磨、 尺寸稳定性方面，都具有别的材料不具备的优势。
发明内容
本发明的目的在于针对以上所述现有技术的缺点，在材料中创造性的添加钛铁片晶，提供一种具有高强度、高刚度、耐磨、耐热的聚丙烯塑料。材料应用于汽车领域，如汽车内饰件、汽车发动机周边功能件；也可应用于小家电领域，如有耐磨要求的家电零部件等。
本发明技术方案为：
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
所述复合材料还包括钛铁片晶。
所述钛铁片晶的重量百分比含量为5～20％。
作为改进点，所添加钛铁片晶为亚纳米级的片状晶体，厚度为0.5～1.5微米，密度为3.5～4.0g/cm3。钛铁片晶添加量控制在5～20％之间，若低于5％，则材料的耐磨性等不能很好的体现，若高于20％，则材料脆性开始增大，同时最终产品的成本较高，拉低性价比，该钛铁片晶具体分子式与指标参数如下：
所述均聚聚丙烯，熔融指数为5～30g/10分钟，若低于5g/10分钟，则材料的流动性太差，不利于最终加工成型，若高于30g/10分钟，则材料的冲击韧性、断裂伸长率降低，限制了材料的低温使用性能。
所述共聚聚丙烯，提高了材料的低温韧性，同时降低了增韧剂的添加，降低了材料最终成本，所述共聚聚丙烯的橡胶含量在13～25％之间，若橡胶含量低于13％，则增韧效果不明显，若高于25％的橡胶含量，前期制作成本增加，现有技术并不成熟。
所述填料为片状滑石粉，目数为1250～5000目。
所述相容剂为聚丙烯与不饱和酸或者与不饱和酸酐的接枝聚合物，不饱和酸可为衣糠酸，不饱和酸酐可为马来酸酐等酸酐。
所述增韧剂为橡胶类聚合物，所述橡胶类聚合物为乙烯-辛烯共聚物POE，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体SBS，乙烯、丙烯和二烯烃的三元共聚物EPDM，乙烯-醋酸乙烯酯EVA中的至少一种。
所述润滑剂为硅酮、脂肪酸酰胺类、烷烃类中的至少一种；所述硅酮为高 分子硅氧烷，所述脂肪酸酰胺类为油酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺，所述烷烃类为聚乙烯蜡。
所述助剂包括如下重量百分比的组分：
主抗氧剂 0.1～0.3％
助抗氧剂 0.1～0.3％
其它助剂 0.2～2.5％。
所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂四-(二丁基羟基氢化肉桂酸)季戊四醇酯，又名抗氧剂1010；所述助抗氧剂为亚磷酸酯；所述其它助剂为氧化锌、钛白粉、炭黑、羟基二苯甲酮、羟基苯并三唑、金属离子钝化剂中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.在聚丙烯塑料中创造性的加入钛铁片晶，从而制得耐磨、高强度、耐刮、耐热、高刚度、尺寸稳定的聚丙烯材料。
2.钛铁片晶为亚纳米级，片状结构，有优良的片径比，其厚度为0.5～1.5μm，经过偶联剂处理过的钛铁片晶能很好的分散到聚丙烯基料中，从而制得的聚丙烯产品同时具有优异的耐磨、耐刮、耐热的性能，还提高了材料的强度、刚度，尺寸稳定性也有效地得到提高。
3.同时相对于其它填充剂，钛铁片晶还具有非常好的成本优势，此外其片状结构，在翘曲、耐磨、尺寸稳定性方面，都具有别的材料不具备的优势。
4.填料选取片状滑石粉，在降低成本的同时，也对提高的聚丙烯的强度有利。
5.增韧剂为橡胶类聚合物，橡胶具有耐磨和良好的弹性和韧性，所以掺入橡胶类聚合物能有效地降低聚丙烯的脆性，增加了聚丙烯的冲击性能。
6.本发明解决了聚丙烯难以直接应用于工程部件的难题，使聚丙烯产品能充 分应用于注塑成型的汽车、电器和家具等领域的工程塑料件，大幅度地扩大聚丙烯塑料的使用范围；而且本发明所述产品的制造工艺简单，所属技术领域的工作人员均能操作，制作过程十分方便，所需成本低廉，性价比高，便于推广应用。
具体实施方式
下面实施例是对本发明的一种增强耐磨聚丙烯复合材料的进一步说明，而不是限制本发明的范围，所述的实施例是为了更好地解释本发明，而不是对本发明权利要求保护范围的限制。
实施例1
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按上述配比称取原料；
(2)将钛铁片晶和滑石粉表面分别用硅烷偶联剂处理；
(3)将除钛铁片晶外的其它原料一起置于高混机中搅拌2分钟；
(4)加入钛铁片晶低速搅混1分钟，即可出料；
(5)将混合好的原料置于转速为300转/分钟、温度为200℃的双螺杆机中挤出造粒，即制成成品。
实施例2
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按上述配比称取原料；
(2)将钛铁片晶和滑石粉表面分别用硅烷偶联剂处理；
(3)将除钛铁片晶外的其它原料一起置于高混机中搅拌2分钟；
(4)加入钛铁片晶低速搅混1分钟，即可出料；
(5)将混合好的原料置于转速为300转/分钟、温度为200℃的双螺杆机中挤出造粒，即制成成品。
实施例3
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按上述配比称取原料；
(2)将钛铁片晶和滑石粉表面分别用硅烷偶联剂处理；
(3)将除钛铁片晶外的其它原料一起置于高混机中搅拌2分钟；
(4)加入钛铁片晶低速搅混1分钟，即可出料；
(5)将混合好的原料置于转速为300转/分钟、温度为200℃的双螺杆机中挤出造粒，即制成成品。
实施例4
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按上述配比称取原料；
(2)将钛铁片晶和滑石粉表面分别用硅烷偶联剂处理；
(3)将除钛铁片晶外的其它原料一起置于高混机中搅拌2分钟；
(4)加入钛铁片晶低速搅混1分钟，即可出料；
(5)将混合好的原料置于转速为300转/分钟、温度为200℃的双螺杆机中挤出造粒，即制成成品。
实施例5
此实施例为对比实施例
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按上述配比称取原料；
(2)将滑石粉表面用硅烷偶联剂处理；
(3)将上述原料一起置于高混机中搅拌2分钟；
(4)将混合好的原料置于转速为300转/分钟、温度为200℃的双螺杆机中挤出造粒，即制成成品。
将上述五个实施例所制得的塑料粒子，采用标准注塑成型模具，在注塑温度200～220℃的成型条件下，制成美国ASTM标准样条，分别根据ASTM标准，测试材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度和洛氏硬度。
关于耐磨性，材料试样厚度为6mm，直径为16mm，采用DIN53516标准，用DIN磨耗试验机进行测试，夹具横向位移量为4.2mm/滚轮每圈，滚轮直径150mm，滚轮速度40rpm，夹持器转速为滚轮每旋转50转，夹持器旋转一转，最后查看试样的磨损情况。
上述测试证明实施例1-4所制得的聚丙烯塑料的强度要明显优越于实施例5 只采用滑石粉所制得的聚丙烯塑料，详见如下数据比较：
上述所指钛铁片晶是一种新型钛酸盐材料，具有片状、表面光滑、流动性好、电绝缘、化学性能稳定、耐热及机械强度高等特点，利用该钛铁片晶改性的工程塑料制品，可以广泛应用于轻工、化工、纺织、交通、航运、精密机械加工等行业。
本发明在聚丙烯材料中加入钛铁片晶，同时加入相容剂、填料、增韧剂、润滑剂及主抗氧剂、助抗氧剂、其它助剂等，从而制得耐磨、高强度、耐刮、耐热、高刚度、尺寸稳定的聚丙烯复合材料。钛铁片晶为亚纳米级，其片状结构拥有优良的片径比；同时相对于其它填充剂，钛铁片晶还具有非常好的成本优势，此外其片状结构，在翘曲、耐磨、尺寸稳定性方面，都具有别的材料不具备的优势。填料滑石粉的加入，在降低成本的同时，也有利于提高的聚丙烯的强度；而增韧剂为橡胶类聚合物，能有效地降低聚丙烯的脆性，增加了聚丙烯的冲击性能。因此本发明解决了聚丙烯难以直接应用于工程部件的难题，使聚丙烯产品能充分应用于注射成型汽车、电器和家具等领域的工程塑料件，继而推广至轻工、化工、纺织、交通、航运、精密机械加工等行业，大幅度地扩 大聚丙烯塑料的使用范围。本发明的制造工艺简单，所属技术领域的工作人员均能操作，制作过程十分方便，所需成本低廉，性价比高，便于推广应用，所以本发明极具创造性，所述产品拥有极为广阔的市场前景。
上述实施例是针对发明的可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应当包含于本发明的专利范围内。
另外，本领域技术人员还可在本发明权利要求公开的范围和精神内做其它形式和细节上的各种修改、添加和替换。当然，这些依据本发明精神所做的各种修改、添加和替换等变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下重量百分比的组分：
所述复合材料还包括钛铁片晶。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述钛铁片晶的重量百分比含量为5～20％。
3.根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述钛铁片晶为亚纳米级的片状晶体。
4.根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述钛铁片晶厚度为0.5～1.5微米，密度为3.5～4.0g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填料为片状滑石粉，目数为1250～5000目。
6.根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯与不饱和酸或者与不饱和酸酐的接枝聚合物。
7.根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为橡胶类聚合物，所述橡胶类聚合物为乙烯-辛烯共聚物POE，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体SBS，乙烯、丙烯和二烯烃的三元共聚物EPDM，乙烯-醋酸乙烯酯EVA中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润 滑剂为硅酮、脂肪酸酰胺类、烷烃类中的至少一种；所述硅酮为高分子硅氧烷，所述脂肪酸酰胺类为油酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺，所述烷烃类为聚乙烯蜡。
9.根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助剂包括如下重量百分比的组分：
主抗氧剂 0.1～0.3％
助抗氧剂 0.1～0.3％
其它助剂 0.2～2.5％。
10.根据权利要求9所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂四-(二丁基羟基氢化肉桂酸)季戊四醇酯；所述助抗氧剂为亚磷酸酯；所述其它助剂为氧化锌、钛白粉、炭黑、羟基二苯甲酮、羟基苯并三唑、金属离子钝化剂中的至少一种。
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