CN105906947A - 一种耐低温高相容的混合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐低温高相容的混合材料，该混合材料按质量百分比由以下组分制备得到：共聚PP 40‑50％，PE 40‑55％，相容剂INTUNE 3‑15％，润滑剂0.5‑2％，抗氧剂0.5‑1.5％。本发明所述的混合材料很好地融合了PP和PE材料各自的优势，材料相容性好，且耐低温冲击强度大，在刚性、韧性、耐化学性、耐高温性和加工性能方面具有优良的性能；本发明所述的混合材料制备方法操作简单，成本低，材料性能好，具有经济价值。

Description

一种耐低温高相容的混合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种耐低温高相容的混合材料及其制备方法。
背景技术
PP是通用热塑性树脂中用量最大的品种之一，广泛应用于工业生产的各个领域。PP价格低廉，有着优异的综合性能，而其亟待克服的最为突出的缺点是低温冲击强度低，在寒冷地区使用容易出现受力开裂。
目前常用方法是在PP添加增韧剂，该方法低温冲击改善效果不明显，且成本较高、材料刚性下降幅度较大。在PP中添加PE也可以用来改善低温冲击性，该方法最简单实效、成本也较低，但由于PP与PE两者相容性不好，PE不能添加过多，低温耐冲击改善程度也因此受限。
中国发明专利CN 102964690 B公开了一种高强度耐腐蚀聚丙烯复合材料及其制备方法，材料按以下重量份组成：PP 30-80、PE 10-40、碳纤维5-20、耐腐蚀改性剂0.5-5、相容剂0-10、抗氧剂0.1-0.5。该专利利用碳纤维和聚四氟乙烯作为耐腐蚀改性剂来优化PP材料的性能，同时采用马来酸酐接枝聚丙烯作为相容剂，所添加的PE含量有限，不具有耐低温性能。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种耐低温高相容的混合材料及其制备方法。
本发明是选用特殊、高效的PP/PE相容剂，在PP中能添加大量PE，PP/PE相容性好，且混合材料在耐低温冲击、强度、成本等各个方面均有不错的优势。
本发明所述的相容剂INTUNE是结晶聚丙烯链端和结晶聚乙烯链端组成的新型嵌段共聚物，相容剂INTUNE为DOW厂商的新型丙烯基烯烃嵌段共聚物。当加入PP/PE体系中，能使PP/PE两者达到完美相容，得到独特的刚性、韧性、耐化学性、耐高温性和加工性等优良性能的PP/PE合金。
经微观分析，INTUNE具有独特的分子结构，它是由聚丙烯链和聚乙烯链分别在分子两端嵌段聚合而成的，而不是丙烯链和乙烯链交叉无序聚合的，当加入至PP/PE材料，PP可在INTUNE的聚丙烯链端发生缠结，PE可在INTUNE的聚乙烯链端发生缠结，从而使PP和PE达到很好相容。
本发明所述的混合材料中，共聚PP添加40-50％，共聚PP添加量过大会影响材料的韧性、耐低温性，过低的用量会影响材料刚性、耐化学性，故以40-50％为宜。
本发明所述的混合材料中，PE添加40-55％，添加PE可以调节材料的耐低温性，但添加量不可过大，否则会影响材料的刚性，添加量过低则会影响材料的耐低温性能，故以40-55％为宜。
本发明所述的混合材料中，相容剂INTUNE添加3-15％，相容剂INTUNE由于其独特的分子结构，可以使PP和PE两者达到相容，含量不能太低，太低的话相容效果欠佳，含量过大则会影响材料刚性和成本，故以3-15％为宜。
本发明所述的制备方法中，白矿油的添加量很少，为各组分总重的1％-2％，在挤出过程中会逐步分解挥发，该物质能够使粉状的助剂如抗氧剂、润滑剂能均匀地黏在PP颗粒上，起拌料分散作用。
本发明所述的混合材料的制备方法中，挤出的温度为185-220℃，螺杆转速为280-300转/分钟，其中螺杆转速要高于280转/分钟，以保证充分的剪切，从而使PP、PE分别在相容剂INTUNE的聚丙烯链端、聚乙烯链端发生缠结，以保证PP和PE相容性效果，转速高于300转/分钟则对相容性的增加影响不大。
具体方案如下：
一种耐低温高相容的混合材料，按质量百分比由以下组分制备得到：共聚PP 40-50％，PE 40-55％，相容剂INTUNE 3-15％，润滑剂0.5-2％，抗氧剂0.5-1.5％。
进一步的，所述的耐低温高相容的混合材料按质量百分比由以下组分制备得到：共聚PP 43-48％，PE 42-50％，相容剂INTUNE 5-12％，润滑剂0.5-1.5％，抗氧剂0.5-1.0％。
进一步的，所述的PE为低密度PE，其密度范围为0.910-0.925。
进一步的，所述的润滑剂为PE蜡和PP蜡，且两者重量比为1:1。
进一步的，所述的抗氧剂为抗氧剂168和1010按照重量比为1:1-1:3复配而成。
一种制备耐低温高相容的混合材料的方法，包括以下步骤：
1)按照所述的各组分质量百分比准备各组分原料，然后向共聚PP中加入白矿油搅拌，所述的白矿油添加量为各组分总重的1％-2％，再加入润滑剂和抗氧剂搅拌均匀，之后加入PE和相容剂INTUNE搅拌均匀，得到混合料向共聚PP中加入白矿油搅拌，再加入润滑剂和抗氧剂搅拌均匀，之后加入PE和相容剂INTUNE搅拌均匀，得到混合料；
2)将混合料进行挤出、冷却、切粒，挤出过程中白矿油挥发掉，得到耐低温高相容的混合材料。
进一步的，所述的步骤2)中挤出的设备为同向平行挤出造粒机。
进一步的，所述的步骤2)中挤出的温度为185-220℃，螺杆转速为280-300转/分钟。
有益效果：本发明所述的混合材料很好地融合了PP和PE材料各自的优势，材料相容性好，且耐低温冲击强度大，在刚性、韧性、耐化学性、耐高温性和加工性能方面具有优良的性能；本发明所述的混合材料制备方法操作简单，成本低，材料性能好，具有经济价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例中所使用的低密度PE的生产商为燕山石化IC7A，相容剂INTUNE为DOW新型OBC，润滑剂为PP蜡和PE蜡，抗氧化剂为168和1010。
实施例1
按照下表准备各组分原料：
表1混合材料成分表
原料名称 质量份数(％)
共聚PP 50
低密度PE 40
相容剂INTUNE 7.9
润滑剂PP蜡/PE蜡 0.6/0.6
抗氧剂168/1010 0.3/0.6
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油(添加量为各组分总重的1％)搅拌5min，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度185-220℃，螺杆转速280转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表2性能检测结果表
测试项目 性能数据
拉伸强度，MPa 18.5
断裂伸长率，％ 650
低温缺口冲击强度，-25℃，KJ/M2 未断
熔融指数，g/10min 8.5
密度，g/cm3 0.935
材料断面观察 无分层
从表2可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为8.5g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
实施例2
按照下表准备各组分原料：
表3混合材料成分表
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油(添加量为各组分总重的2％)搅拌5min，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度185-220℃，螺杆转速290转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表4性能检测结果表
测试项目 性能数据
拉伸强度，MPa 15.6
断裂伸长率，％ 710
低温缺口冲击强度，-25℃，KJ/M2 未断
熔融指数，g/10min 10.6
密度，g/cm3 0.948
材料断面观察 无分层
从表4可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为10.6g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
实施例3
按照下表准备各组分原料：
表5混合材料成分表
原料名称 质量份数(％)
共聚PP 43
低密度PE 53
相容剂INTUNE 3
润滑剂PP蜡/PE蜡 0.25/0.25
抗氧剂168/1010 0.25/0.25
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油搅拌5min(白矿油用量为各组分总重的1％)，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度200℃，螺杆转速300转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表6性能检测结果表
从表6可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为12.7g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
实施例4
按照下表准备各组分原料：
表7混合材料成分表
原料名称 质量份数(％)
共聚PP 48
低密度PE 42
相容剂INTUNE 7
润滑剂PP蜡/PE蜡 1/1
抗氧剂168/1010 0.25/0.75
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油搅拌5min(添加量为各组分总重的2％)，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度185℃，螺杆转速280转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表8性能检测结果表
测试项目 性能数据
拉伸强度，MPa 18.5
断裂伸长率，％ 650
低温缺口冲击强度，-25℃，KJ/M2 未断
熔融指数，g/10min 8.5
密度，g/cm3 0.935
材料断面观察 无分层
从表8可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为8.5g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
实施例5
按照下表准备各组分原料：
表9混合材料成分表
原料名称 质量份数(％)
共聚PP 48
低密度PE 42
相容剂INTUNE 8
润滑剂PP蜡/PE蜡 0.25/0.25
抗氧剂168/1010 0.5/1
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油搅拌5min(添加量为各组分总重的1.2％)，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度220℃，螺杆转速290转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表10性能检测结果表
测试项目 性能数据
拉伸强度，MPa 15.6
断裂伸长率，％ 710
低温缺口冲击强度，-25℃，KJ/M2 未断
熔融指数，g/10min 10.6
密度，g/cm3 0.948
材料断面观察 无分层
从表10可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为10.6g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
实施例6
按照下表准备各组分原料：
表11混合材料成分表
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油搅拌5min(添加量为各组分总重的1.6％)，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度185℃，螺杆转速300转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表12性能检测结果表
测试项目 性能数据
拉伸强度，MPa 14.5
断裂伸长率，％ 786
低温缺口冲击强度，-25℃，KJ/M2 未断
熔融指数，g/10min 12.7
密度，g/cm3 0.936
材料断面观察 无分层
从表12可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为12.7g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
所制备的耐低温高相容的混合材料制成的盖板安装用支架零件，其功能性测试如耐低温冲击、拉拔力、挤压强度、开合寿命测试以及耐化学性项目均表现出很好的性能，表明该混合材料运用范围广，实用性高。
实施例7
按照下表准备各组分原料：
表13混合材料成分表
原料名称 质量份数(％)
共聚PP 40
低密度PE 55
相容剂INTUNE 3
润滑剂PP蜡/PE蜡 0.75/0.75
抗氧剂168/1010 0.25/0.25
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油搅拌5min(添加量为各组分总重的1.8％)，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度220℃，螺杆转速290转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表14性能检测结果表
从表14可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为10.6g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
实施例8
按照下表准备各组分原料：
表15混合材料成分表
原料名称 质量份数(％)
共聚PP 40
低密度PE 46
相容剂INTUNE 12
润滑剂PP蜡/PE蜡 0.75/0.75
抗氧剂168/1010 0.25/0.25
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油搅拌5min(添加量为各组分总重的1％)，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度220℃，螺杆转速290转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表16性能检测结果表
测试项目 性能数据
拉伸强度，MPa 15.6
断裂伸长率，％ 710
低温缺口冲击强度，-25℃，KJ/M2 未断
熔融指数，g/10min 10.6
密度，g/cm3 0.948
材料断面观察 无分层
从表16可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为10.6g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
实施例9
按照下表准备各组分原料：
表17混合材料成分表
混合材料的制作步骤如下：
称取一定量的共聚PP倒入搅拌桶里，加入白矿油搅拌5min(添加量为各组分总重的2％)，再加入适量的润滑剂和抗氧剂搅拌5min，加入低密度PE和相容剂INTUNE搅拌10min，最后即得到混合料。
将混合料进行挤出，挤出设备为同向平行挤出造粒机，挤出温度220℃，螺杆转速290转/分钟，然后进行冷却，最后进行切粒，得到耐低温高相容的混合材料。
利用所制备的耐低温高相容的混合材料进行性能检测，如下表：
表18性能检测结果表
测试项目 性能数据
拉伸强度，MPa 15.6
断裂伸长率，％ 710
低温缺口冲击强度，-25℃，KJ/M2 未断
熔融指数，g/10min 10.6
密度，g/cm3 0.948
材料断面观察 无分层
从表18可以看出，混合材料在-25℃进行低温缺口冲击强度试验，材料不被打断，说明耐低温效果好；混合材料的密度小于1g/cm3，质轻，使用方便；熔融指数为10.6g/10min，材料流动性好；材料断面无分层现象，说明材料相容性好。
所制备的耐低温高相容的混合材料制成的盖板安装用支架零件，其功能性测试如耐低温冲击、拉拔力、挤压强度、开合寿命测试以及耐化学性项目均表现出很好的性能，表明该混合材料运用范围广，实用性高。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种耐低温高相容的混合材料，其特征在于：按质量百分比由以下组分制备得到：共聚PP 40-50％，PE 40-55％，相容剂INTUNE 3-15％，润滑剂0.5-2％，抗氧剂0.5-1.5％。
2.根据权利要求1所述的耐低温高相容的混合材料，其特征在于：按质量百分比由以下组分制备得到：共聚PP 43-48％，PE 42-50％，相容剂INTUNE 5-12％，润滑剂0.5-1.5％，抗氧剂0.5-1.0％。
3.根据权利要求1所述的耐低温高相容的混合材料，其特征在于：所述的PE为低密度PE，其密度范围为0.910-0.925。
4.根据权利要求1所述的耐低温高相容的混合材料，其特征在于：所述的润滑剂为PE蜡和PP蜡，且两者重量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的耐低温高相容的混合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂168和1010按照重量比为1:1-1:3复配而成。
6.一种制备权利要求1至5任意一项所述的耐低温高相容的混合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照权利要求1所述的各组分质量百分比准备各组分原料，然后向共聚PP中加入白矿油搅拌，所述的白矿油添加量为各组分总重的1％-2％，再加入润滑剂和抗氧剂搅拌均匀，之后加入PE和相容剂INTUNE搅拌均匀，得到混合料；
2)将混合料进行挤出、冷却、切粒，挤出过程中白矿油挥发掉，得到耐低温高相容的混合材料。
7.根据权利要求6所述的制备耐低温高相容的混合材料的方法，其特征在于：所述的步骤2)中挤出的设备为同向平行挤出造粒机。
8.根据权利要求6所述的制备耐低温高相容的混合材料的方法，其特征在于：所述的步骤2)中挤出的温度为185-220℃，螺杆转速为280-300转/分钟。
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