CN105398062B - 一种协同增强增韧聚丙烯基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同增强增韧聚丙烯基复合材料的制备方法，其特点是在挤出成型加工过程中，在外加应力场的刺激作用下，聚丙型基体的结晶形态演变为高取向紧密排列的串晶结构，串晶结构的形成能够显著提高聚丙烯材料的强度；而增韧剂分散相形态在拉伸力场及压延力场的作用下从球状或者椭球状向纤维状和片状演变，而纤维或者片状分散相形态的形成能够分别显著的提高聚丙烯材料的韧性。本发明在现有的传统挤出设备上增加力组装单元，操作简单，可连续生产，控制方便，质量稳定，生产效率高，具有很好的工业化和市场前景，可广泛应用于制备高强度高韧性的聚丙烯基板材、片材以及膜材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备协同增强增韧聚丙烯基复合材料的方法，特别涉及挤出成型聚丙烯基复合材料的增强增韧工艺，属于高分子材料的加工技术领域。
背景技术
聚丙烯的综合性能优异，比如化学稳定性、无毒、无臭、无味、成型性好、相对密度小，具有优异的力学的性能，因此聚丙烯被广泛的应用在汽车、建筑、家居、家电、包印工业等日常生活大大小小的领域，在通用塑料应用领域其产能和消费量仅次于聚乙烯居第二位。2010年至2014年，短短四年间，我国聚丙烯产能由2010年底的968万吨/年，增加至目前的1708万吨/年，增幅在76.45%左右，年平均增长率约在15.25%。但是，聚丙烯的冲击韧性比较差，特别是对缺口和低温环境很敏感，这种缺点大大限制了聚丙烯材料更为广泛的应用。
为了克服聚丙烯材料韧性差的缺点，通常的做法是对其进行增韧改性，目前主要的方法有以下几种：
1）利用共混复合改性的原理，在基体中加入弹性体进行增韧改性，如氯化聚乙烯、聚烯烃弹性体、甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯晴/丁二烯/苯乙烯共聚物及乙烯/乙酸乙烯共聚物等，或者是高抗冲橡胶，如苯乙烯-丁二烯苯乙烯嵌段共聚物、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、及丁腈胶等。其中加入20wt%的聚烯烃弹性体（POE），聚丙烯的缺口冲击强度冲6KJ/m2提高到44.8KJ/m2，提高了近7倍（Journal ofpolymer research，2014, 21:618-631.）；这种方法是目前增韧聚丙烯最常用的方法，但是，要想获得优异的韧性尤其是低温下的韧性，就必须加入大量的增韧剂，虽然基体材料的韧性得到了提高，但是基体的刚性却损失很大；
2）利用共混复合改性的原理，在基体中加入热塑性塑料进行增韧聚丙烯改性，如茂金属线性低密度聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙6等。例如，加入20wt%的茂金属线性低密度聚乙烯时，聚丙烯的缺口冲击强度增加了1倍（Chinese Journal of polymer science,2007,25(4):357-364）。但是，热塑性塑料增韧聚丙烯的效果有限，而且该二元复合体系的形态调控操作比较困难，不易实现大规模的连续化生产。
3）利用共混复合改性的原理，在基体中加入无机刚性粒子进行增韧改性，选用的无机刚性粒子包括碳酸钙、纳米二氧化硅、晶须、硫酸钡、滑石粉、硅灰石等（Polymer,2003,44:261-275; Composites,2003,34:1199-1205）。但是，无机刚性粒子与聚丙烯之间界面粘接力较弱，刚性粒子易在基体内形成缺陷，使共混物冲击强度降低，从而不能起到增韧的作用。
4）利用β晶型聚丙烯具有优异的韧性的原理，通过在聚丙烯中添加β成核剂诱导聚丙烯生成一种韧性好的β晶型(Polymer 1999，40，1219；Polymer 2002,43(11):3279-3293)。即使添加少量β成核剂(0.1～0.6wt％)，聚丙烯的韧性也能得到很大的提高。但是，通过添加β成核剂提高聚丙烯冲击强度的效果有限，而且，聚丙烯的强度和刚性也会相应的下降。
5）采用共聚、接枝、交联等化学改性方法来改善聚丙烯材料的韧性(PolymerChemistry, 2013, 4,3028–3038.)。虽然化学改性的方法对改善聚丙烯的冲击强度也能产生一定的效果，但是这种方法的工艺过程复杂，成本较高，不适于连续化生产。
综上所述，现存的增韧聚丙烯的方法都伴随着强度和刚性的下降，或者工艺调控复杂的问题。所以，开发一种易调控、工艺简单、效果显著的协同增韧增强聚丙烯基复合材料的技术对实现聚丙烯高性能化，拓宽聚丙烯应用领域有着重要意义。
发明内容
目前，现有关于聚丙烯材料增韧改性的方法大都只注重增韧体系中增韧剂的角色，忽略了聚丙烯材料基体自身结构的设计，结果是要么无法获得性能平衡的复合材料，要么工艺过程复杂、成本较高、不适用连续化生产。本发明利用聚丙烯基体超分子结构与增韧剂分散相对加工外场刺激的同时响应性，对复合材料自身整体结构的设计，制备出基体具有高取向紧密堆砌串晶结构，分散相原位成纤或成片的复合材料，实现了对聚丙烯基体的协同可控增强增韧。此种聚丙烯材料具有平衡优异的韧性和刚性，且制备工艺简单，经济，效果显著，可连续批量生产。
本发明专利通过以下技术原理实现对聚丙烯材料的协同增强增韧：（1）半结晶性聚丙烯材料的超分子结构（分子链构象、结晶结构）对材料的性能起到决定性作用，比如高取向分子链、高取向紧密堆砌片晶结构、串晶结构等能够显著改善聚丙烯材料的强度；（2）不同形态的增韧剂分散相能够起到不同的增韧效果，如球形粒子、椭球形粒子、纤维状分散相、片状分散相等。（3）多级拉伸的力组装单元是一个熔体分割-变形-叠加的过程，在熔体流动过程中，熔体会受到强烈的双向拉伸作用，通过调整力组装单元的类型可以控制双向拉伸力场在挤出方向和垂直于挤出方向的强度，进而控制分散相熔体的预取向变形。（4）后拉伸压延过程能够给渐冷熔体提供拉伸力场和径向压力场，使得聚合物分子链进一步取向和分散相形态进一步取向变形。（5）基体超分子结构和分散相形态同时对外界加工力场的刺激做出响应，通过在加工过程中施加多级应力场能够对共混体系的基体超分子结构和分散相形态进行有效调控，进而同时改善共混体系的强度和韧性。
本发明中的力组装单元与挤出机连接。力组装单元有将熔体一分为二、一分为四、一分为八等三种类型。聚丙烯/增韧剂复合熔体进入力组装单元时首先在垂直于挤出方向上被分割两（四或者八）部分，分别向上和向下流动并水平扩张，熔体的厚度不断变小而宽度不断扩大，在这个过程中熔体受到强烈的双向拉伸力场作用，最后两股熔体在力组装单元出口处重新叠合；在这个过程中，三种不同类型的力组装单元能够给熔体提供不同程度的双向拉伸力场。一分为二力组装单元给熔体提供的沿挤出方向的拉伸力场最强，有利于分散相形态的原位成纤；随着熔体在垂直于挤出方向被切割的份数的增加（即从一分为二向一分为八转变），熔体沿挤出方向所受到的拉伸力场逐渐减弱，而垂直于挤出方向的拉伸力场逐渐增加，而分散相形态也从原位成纤逐渐向原位成片转变，即一分为八力组装单元给熔体提供沿垂直于挤出方向的拉伸力场强度更大，更有利于分散相形态的原位成片。通过控制力组装单元的类型和数目控制分散相形态的原位成纤或原位成片，以及原位成纤和原位成片的比例。熔体流出口模以后，会受到牵引冷却辊的拉伸力场作用和压延力场作用。根据需要，可通过控制牵引辊上下辊间距与挤出机口模厚度之比以及牵引冷却辊的牵引速率与挤出速率之比，进一步控制原位成纤的长径比和原位成片的宽厚比。对聚丙烯/增韧剂复合熔体施加可调控的拉伸力场和径向压力场，从而设计和“定构”加工聚丙烯的高取向堆砌串晶结构以及分散相成纤成片，制备强度和韧性可控的聚丙烯基复合材料，实现聚丙烯材料的高性能化。
本发明中，所谓的“挤出方向和垂直于挤出方向”具体如图1所示；所谓的“双向拉伸力场”是指聚合物熔体在发生变形时所经历的沿着挤出方向和垂直于挤出方向的拉伸力场；所谓的“串晶”是指半晶聚合物在流动场下，一部分大分子链沿挤出方向伸展，形成具有取向性的纤维束或晶核（shish），同时部分分子链由纤维束径向生长形成kebab，这种结晶结构即为串晶；
本发明基于上述技术原理，解决本发明技术问题所采用的技术方案是，通过调整多级拉伸挤出过程中力组装单元类型和数目以及后拉伸压延的拉伸力和压延力，以聚丙烯和增韧剂共混合金为原料制备得到基体具有高取向结晶结构，分散相原位成纤、成片的协同增强增韧聚丙烯基复合材料。具体讲，本发明制备增强增韧聚丙烯基复合材料具体的工艺步骤如下：
第一步：将聚丙烯和增韧剂经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用；
第二步：将干燥后的母粒投入到由挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置的挤出机中，其中力组装单元采用1-20个力组装单元首尾线性相连；共混合金熔体流经汇流器（2）并在力组装单元（3）的不同水平延伸的楔形熔体流道中分割、变形和叠合后，从力组装单元出料口流出，再经牵引冷却辊（4）快速牵引压延成型，通过控制力组装单元的类型和数目，牵引辊上下辊间距与挤出机口模厚度之比及牵引冷却辊的牵引速率与挤出速率之比即可得到具有不同取向结晶结构和不同取向变形分散相的协同增强增韧聚丙烯基复合材料；
上诉增韧剂是聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯晴/丁二烯/苯乙烯共聚物及乙烯/乙酸乙烯共聚物、聚乙烯类弹性体等，或者是高抗冲橡胶，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、及丁腈胶等；
上诉增韧剂的加入量为聚丙烯质量的10%-40%。
本发明也提供了制备上述协同增强增韧聚丙烯基复合材料的方法，由挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置及后拉伸牵引装置（参见图1），挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化计量段，汇流器（2），单个或多个力组装单元（3），牵引冷却辊（4）的温度分别为150℃-165℃、200℃-220℃、200℃-220℃、200℃-220℃、200℃-220℃、200℃-210℃、20-40℃。牵引辊上下辊间距与挤出机口模厚度之比小于等于1，牵引冷却辊的牵引速率与挤出速率之比大于等于1。
本发明专利具有以下优点：
（1）本发明通过多级拉伸挤出与后拉伸压延相结合的制备工艺，达到意想不到的效果：使聚丙烯基体从球晶结构向高取向性的shish-kebab结构的转变，使增韧分散相从近球形分散形态向纤维或者片状结构转变，从而直接得到强度和韧性可控的协同增强增韧聚丙烯基复合材料。
（2）本发明通过调节力组装单元的类型和数目、牵引辊上下辊间距与挤出机口模厚度之比及牵引冷却辊的牵引速率与挤出速率之比可以调控聚丙烯基体的结晶形态及增韧剂分散相形态。
（3）本发明原料简单，成本较低。
（4）本发明制备方法工艺简单，操作控制方便，生产效率高，且容易实施，能够有效实现对聚丙烯的协同增强增韧。
可见，本发明提供的制备增强增韧聚丙烯基复合材料的方法成本低，工艺简单，操作方便，生产效率高，具有广阔的工业应用前景，可以广泛应用于制备具有较高强度和韧性的聚丙烯基板材、片材以及膜材料。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1为本发明所涉及的多级拉伸挤出和后拉伸压延装置结构示意图
图2为聚丙烯/增韧剂共混熔体在不同类型力组装单元中的流动过程。
图3为聚丙烯/聚烯烃弹性（PP/POE）共混物中基体结晶形态从球晶转变为高取向紧密堆砌串晶结构转变。（A）为传统PP/POE共混物；（B）为多级拉伸挤出PP/POE共混物。白色箭头方向为熔体挤出流动方向。
图4为聚丙烯/聚烯烃弹性（PP/POE）共混物中POE分散相从球状转变为纤维状。（A）和（C）为传统PP/POE共混物；（B）和（D）为多级拉伸挤出PP/POE共混物。白色箭头方向为熔体挤出流动方向。
图5为聚丙烯/聚烯烃弹性（PP/POE）共混物中POE分散相从球状转变为片状结构。（A）和（C）为传统PP/POE共混物；（B）和（D）为多级拉伸挤出PP/POE共混物。白色箭头方向为熔体挤出流动方向。
具体实施方法
有必要在此指出，下面的实施例只是对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明进行一些非本质的改进和调整。
实施例1
（1）选用聚丙烯(PP，1300,茂名石化)和聚烯烃弹性体（POE,8150，杜邦-陶氏化学）作为实验原料，两者的熔融指数分别为2.5g/10min(215℃，2.16Kg)和0.8g/10min(230℃，5Kg)。将质量配比为80/20的聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为165-190-200-195℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。经4个一分为二力组装单元的连续分割剪切作用，从出料口流出，经牵引压延冷却后得到厚度约为1.8mm的聚丙烯基片材。
在此，先说明一下多级拉伸及后拉伸压延装置的结构。图1中，挤出机出料口与汇流器进料口相连，汇流器出料口与力组装单元进料口相连，熔体经力组装单元出料口后牵引到牵引冷却辊。挤出机1的螺杆直径为65mm，长径比为28:1；汇流器出料口、力组装单元进料口和出料口均为矩形结构，其宽度平行于聚丙烯熔体流动方向，厚度垂直于聚丙烯熔体挤出流动方向，其宽度和厚度分别为40mm和2mm。可以根据需要调整力组装单元个数。本实施例中一分为二力组装单元的个数采用4个。聚丙烯/聚烯烃弹性体共混母粒投入到图1所示的单螺杆挤出机中并经过挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段之后，流动的聚丙烯基复合熔体被挤入汇流器并在力组装单元的进料口被分割为两部分，分别进入两个不同的鱼尾型流道，在鱼尾型流道末端发生叠合（如图2所示）；聚丙烯基复合熔体在流经鱼尾型流道时受到沿挤出方向拉伸力场的作用，分子链沿着挤出方向取向排列，剪切诱导聚丙烯基体结晶，使得结晶形态从球晶向取向性结晶结构转变，而聚烯烃弹性体分散相原位成纤。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为165℃、190℃、200℃、200℃；汇流器、力组装单元的温度分别为200℃、195℃。牵引辊的牵引速率为300rpm，牵引辊上下辊间距为1.7mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态取向显著提高，结晶度有明显提高，达到46.6%；聚烯烃分散相呈现出原位成纤的现象。室温下复合材料的拉伸屈服强度为35MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为41.5KJ/m2。
实施例2
（1）选用聚丙烯(PP，1300,茂名石化)和聚烯烃弹性体（POE,8150，杜邦-陶氏化学）作为实验原料，两者的熔融指数分别为2.5g/10min(215℃，2.16Kg)和0.8g/10min(230℃，5Kg)。将质量配比为80/20的聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为165-190-200-195℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。经6个一分为二力组装单元，从出料口流出，经牵引冷却辊牵引压延冷却后得到厚度约为1.8mm的聚丙烯基片材。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为165℃、190℃、200℃、200℃；汇流器、力组装单元的温度分别为200℃、195℃。牵引辊的牵引速率为300rpm，牵引辊上下辊间距为1.7mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态取向显著提高（结晶形态如图3（B）所示），结晶度有明显提高，达到47.6%；聚烯烃分散相呈现出原位成纤的现象（分散相形态如图4（B）和4（D）。室温下复合材料的拉伸屈服强度为68.9MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为40.5KJ/m2。
对比例1（实施例1，2的对比例）
（1）选用聚丙烯(PP，1300,茂名石化)和聚烯烃弹性体（POE,8150，杜邦-陶氏化学）作为实验原料，两者的熔融指数分别为2.5g/10min(215℃，2.16Kg)和0.8g/10min(230℃，5Kg)。将质量配比为80/20的聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为165-190-200-195℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。作为对比例，本次实验没有使用力组装单元。从出料口流出，经牵引压延冷却后得到厚度约为1.8mm的PP/POE复合材料。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为165℃、190℃、200℃、200℃；汇流器、力组装单元的温度分别为200℃、195℃。牵引辊的牵引速率为200rpm，牵引辊上下辊间距为1.7mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态为球晶结构（结晶形态如图3（A）所示），结晶度为44.5%；聚烯烃分散相呈现为球状或者椭球状（分散相形态如图4（A）和4（C）。室温下复合材料的拉伸屈服强度为25.5MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为44.6KJ/m2。
实施例3
（1）选用聚丙烯(PP，K1001,燕山石化)和聚烯烃弹性体（POE,8200，陶氏化学）作为实验原料，两者的熔融指数分别为1.0g/10min(215℃，2.16Kg)和5.0g/10min(215℃，2.16Kg)。将质量配比为80/20的聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为175-195-210-205℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。经3个一分为二力组装单元，从出料口流出，经牵引压延冷却后得到厚度约为0.6mm的PP/POE复合材料。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为170℃、200℃、210℃、210℃；汇流器、力组装单元的温度分别为210℃、205℃。牵引辊的牵引速率为600rpm，牵引辊上下辊间距为0.5mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态取向显著提高提高，结晶度有明显提高，达到42.1%；聚烯烃分散相呈现出原位成片的现象。室温下复合材料的拉伸屈服强度为40.5MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为48.3KJ/m2。
实施例4
（1）选用聚丙烯(PP，K1001,燕山石化)和聚烯烃弹性体（POE,8200，陶氏化学）作为实验原料，两者的熔融指数分别为1.0g/10min(215℃，2.16Kg)和5.0g/10min(215℃，2.16Kg)。将质量配比为80/20的聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为175-195-210-205℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。经6个一分为二力组装单元，从出料口流出，经牵引压延冷却后得到厚度约为0.6mm的PP/POE复合材料。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为170℃、200℃、210℃、210℃；汇流器、力组装单元的温度分别为210℃、205℃。牵引辊的牵引速率为600rpm，牵引辊上下辊间距为0.5mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态取向显著提高，结晶度有明显提高，达到44.7%；聚烯烃分散相呈现出原位成片的现象（分散相形态如图5（B）和5（D）。室温下复合材料的拉伸屈服强度为45.8MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为53.1KJ/m2。
对比例2（实施例3,4的对比例）
（1）选用聚丙烯(PP，1300,茂名石化)和聚烯烃弹性体（POE,8150，杜邦-陶氏化学）作为实验原料，两者的熔融指数分别为1.0g/10min(215℃，2.16Kg)和5.0g/10min(215℃，2.16Kg)。将质量配比为80/20的聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为175-195-210-205℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。作为对比例，本次实验没有使用力组装单元。，从出料口流出，经牵引压延冷却后得到厚度约为1.8mm的PP/POE复合材料。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为170℃、200℃、210℃、210℃；汇流器、力组装单元的温度分别为210℃、205℃。牵引辊的牵引速率为200rpm，牵引辊上下辊间距为1.7mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态为球晶结构，结晶度为37.9%；聚烯烃分散相呈现出球状或者椭球状（分散相形态如图5（A）和5（C）。室温下复合材料的拉伸屈服强度为25.5MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为50.6KJ/m2。
实施例5
（1）选用聚丙烯(PP，HP400R,荷兰利安德巴塞尔公司)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS,G1652，科腾高性能聚合物公司）作为实验原料，两者的熔融指数分别为25g/10min(230℃，2.16Kg)和5.0g/10min(230℃，5Kg)。将质量配比为70/30的聚丙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为155-215-215-210℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。经6个一分为8力组装单元，从出料口流出，经牵引压延冷却后得到厚度约为1.6mm的PP/SEBS复合材料。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为155℃、210℃、215℃、215℃；汇流器、力组装单元的温度分别为215℃、210℃。牵引辊的牵引速率为300rpm，牵引辊上下辊间距为1.5mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态取向显著提高，结晶度也有明显提高，达到46.7%；室温下复合材料的拉伸屈服强度为48.9MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为42.8KJ/m2。
对比例3（实施例5的对比例）
（1）选用聚丙烯(PP，HP400R,荷兰利安德巴塞尔公司)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS,G1652，科腾高性能聚合物公司）作为实验原料，两者的熔融指数分别为25g/10min(230℃，2.16Kg)和5.0g/10min(230℃，5Kg)。将质量配比为70/30的聚丙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的共混物经过双螺杆挤出混合造粒、真空干燥处理后待用，双螺杆挤出造粒各段温度设置为155-215-215-210℃；
（2）将干燥后的共混母粒投入到由单螺杆挤出机（1）、汇流器（2）、力组装单元（3）、牵引冷却辊（4）构成的多级拉伸装置（参见图1）的单螺杆挤出机中。作为对比例，本次实验没有使用力组装单元。从出料口流出，经牵引冷却辊牵引压延冷却后得到厚度约为1.6mm的PP/SEBS复合材料。单螺杆挤出机（1）的加料口、输送段、熔融段、均化段的温度分别为155℃、210℃、215℃、215℃；汇流器、力组装单元的温度分别为215℃、210℃。牵引辊的牵引速率为300rpm，牵引辊上下辊间距为1.5mm。牵引辊上下辊的温度为30℃。
所得聚丙烯基复合材料的基体结晶形态为球晶结构，结晶度为41.9%；室温下复合材料的拉伸屈服强度为20.2MPa，片材厚度方向的缺口冲击强度为41.7KJ/m2。
将上述实施例与相应对比例进行对比，得出以下表一。
表一 实施例和对比例结晶度拉伸屈服强度
实施例 实验
原料 力组装单元数目 结晶度（%） 拉伸强度
（MPa） 缺口冲击强度（KJ/m2）
实施例1 PP/POE 4 46.6 35 41.5
实施例2 PP/POE 6 47.6 68.9 40.5
对比例1 PP/POE 0 44.5 25.5 44.6
实施例3 PP/POE 3 42.1 40.5 48.3
实施例4 PP/POE 6 44.7 45.8 53.1
对比例2 PP/POE 0 37.9 25.5 50.6
实施例5 PP/SEBS 8 46.7 48.9 42.8
对比例2 PP/SEBS 0 41.9 20.2 41.7
从实施例和对比例结晶度及力学性能表中可以看出，通过调整力组装单元的类型和数目控制聚合物基体和分散相的形态结构，进而制备出形态结构性能可控的同时具有较高强度和韧性的聚丙烯基复合材料，实现了对聚丙烯的协同增强增韧。
Claims (2)
1.一种协同增强增韧聚丙烯基复合材料的制备方法，其特征在于将聚丙烯和增韧剂经双螺杆挤出机混合、挤出、造粒、真空干燥后，通过多级拉伸挤出装置挤出制备具有不同基体结晶结构和分散相形态的复合片材：
(1)所述增韧剂是聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯、聚乙烯类弹性体、苯乙烯-丁二烯苯乙烯嵌段共聚物、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶中的一种；
(2)所述多级拉伸挤出装置由挤出机(1)、汇流器(2)、力组装单元(3)、牵引冷却辊(4)构成，其中力组装单元采用1-20个组装单元首尾线性相连；共混合金熔体流经汇流器(2)并在力组装单元(3)的不同水平延伸的楔形熔体流道中分割、变形和叠合后，从力组装单元出料口流出，再经牵引冷却辊(4)快速牵引压延成型，且牵引辊上下辊间距与挤出机口模厚度之比小于等于1，牵引冷却辊的牵引速率与挤出速率之比大于等于1；
(3)所述不同基体结晶结构通过调节力组装单元的类型和数目控制双向拉伸力场在挤出方向和垂直于挤出方向的强度实现，是球晶、取向球晶、紧密堆砌片晶、串晶结构中的一种或者多种同时存在；
(4)所述不同分散相形态通过调节力组装单元的类型和数目控制双向拉伸力场在挤出方向和垂直于挤出方向的强度实现，是球状、椭球状、纤维状、片状中的一种或者多种同时存在。
2.根据权利要求1所述的协同增强增韧聚丙烯基复合材料的制备方法，其特征在于挤出机(1)的加料口、输送段、熔融段、均化段，汇流器(2)，单个或多个力组装单元(3)，牵引冷却辊(4)的温度分别为150℃～165℃、200℃～220℃、200℃～220℃、200℃～220℃、200℃～220℃、200℃～210℃、20～40℃。
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