CN106317607A - 一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超低线性膨胀系数聚丙烯材料及其制备方法，其是由聚丙烯90-98份、Sc2W3O12 2-10份、偶联剂0.1-0.5份、热稳定剂0.1-1份、润滑剂0-1份和白油0-0.5份制成，其中聚丙烯与Sc2W3O12的重量和为100份。本发明中的一维Sc2W3O12为降低复合材料线性膨胀系数添加入聚丙烯材料中，制备的聚丙烯复合材料具有低热线性膨胀系数性能，可应用于航空航天、光学和通信等对材料尺寸变化要求较高的应用领域。

Description

一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯技术领域，具体涉及一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯材料由于其价廉质轻的优点，广泛应用于汽车、电子产品等领域中。但聚丙烯材料本身的线性膨胀系数较大，难以满足精密制件的尺寸要求以及在温度变化较大的使用环境中的尺寸稳定性要求。
为了解决这一问题，通常在聚丙烯材料中添加具有长径比的传统无机填料如滑石粉等来降低材料的线性膨胀系数。但此方法降低线性膨胀系数的程度有限，通常纯聚丙烯原料的线性膨胀系数约为12*10-5/℃，当滑石粉的填充量达到20%时，材料的线性膨胀系数可降低至8*10-5/℃，但填充量较大，会存在收缩率变化、材料性能的损失、密度增大等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种在很少填料添加量的情况下，就可大大降低聚丙烯材料的线性膨胀系数，且对材料的力学性能、密度影响较小的超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料及其制备方法。
一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，由下述组分按重量份数制备而成：
聚丙烯 90-98份，
Sc2W3O12 2-10份，
偶联剂 0.1-0.5份，
热稳定剂 0.1-1份，
润滑剂 0-1份，
白油 0-0.5份
所述聚丙烯与Sc2W3O12的重量之和为100份。
进一步方案，所述聚丙烯的熔体流动速率在压力2.16kg，温度230℃的条件下为0.1-100g/min。
所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或多种，如热稳定剂1010（抗氧剂1010）、热稳定剂168（抗氧剂168）
所述润滑剂为金属皂类润滑剂、硬脂酸复合酯类润滑剂和酰胺类润滑剂中的一种或多种。金属皂类润滑剂可以选硬脂酸钙、硬脂酸锌等，硬脂酸复合酯类润滑剂可以选硬脂酸乙二醇酯等，酰胺类润滑剂可以选EBS、芥酸酰胺等。
所述Sc2W3O12为十字架状结构粉体，其Sc2W3O12在25℃-800℃时的线性膨胀系数约为-4*10-6~-6*10-6。
所述白油为工业级白油、精制级白油或化妆级白油。
所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
本发明的另一发明目的是提供上述一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料的制备方法，将聚丙烯、偶联剂、热稳定剂、润滑剂、白油和Sc2W3O12加入螺杆挤出机中，进行熔融共混、挤出造粒，得低线性膨胀系数聚丙烯材料；所述螺杆挤出机的长径比为35-56:1，加工温度为170-250℃。
自然界中大多数材料都随着外部环境温度的改变产生热胀冷缩，但也有极少数特殊材料会随着环境温度的变化出现热缩冷涨，即具有负热膨胀的性质，本发明中的Sc2W3O12就是一种负热膨胀材料，其作用温度较宽，在-263℃至927℃的温度范围内都表现为负线性膨胀性能，本身为十字架型结构，稳定性较佳，极少的添加量，即可大大降低聚丙烯材料的线性膨胀系数，改善材料的尺寸稳定性。
所以本发明的与现有技术相比具有如下优点：
1、Sc2W3O12作为无机填料添加到聚丙烯材料中对其进行改性，可大大降低材料的线性膨胀系数；
2、Sc2W3O12相对于传统无机填充材料来降低材料线性膨胀系数，在很少添加量的情况下，就可大大降低聚丙烯材料的线性膨胀系数，对材料的力学性能影响较小，对密度的影响较小；
3、本发明Sc2W3O12在添加量较少，一般仅为复合材料总质量的5%左右时，即可使改性材料的线性膨胀系数达到数量级的变化，经测试，可低至3*10-5/℃，这是普通无机填料无法达到的改性效果；
4、本发明的制备方法操作简单，材料性能容易保证。可应用于航空航天、光学和通信等对材料尺寸变化要求较高的应用领域。
具体实施方式
下面实施例中酚类热稳定剂选用热稳定剂1010、热稳定剂168；
润滑剂选用 硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸乙二醇酯、EBS、芥酸酰胺；
硅烷偶联剂选用 KH-550、KH-570；
钛酸酯偶联剂选用 NDZ109、OL-T951
白油选用：白油工业级白油36#、精制级白油32#、化妆级白油15#。
实施例 1
将 95 公斤聚丙烯、0.5 公斤酚类热稳定剂1010、0.5 公斤润滑剂 EBS、5公斤Sc2W3O12、0.2公斤钛酸酯偶联剂 NDZ109，0.2公斤白油36#在长径比为 40:1 的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。制备时的加工温度为200℃。
实施例 2
将97公斤聚丙烯、0.5 公斤酚类热稳定剂1010、0.5公斤润滑剂硬脂酸锌、0.3公斤润滑剂硬脂酸钙、3公斤Sc2W3O12、0.4公斤硅烷偶联剂 KH-550，0.3公斤白油32#在长径比为 56:1 的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。制备时的加工温度为220℃。
实施例 3
将 93公斤聚丙烯、0.1公斤酚类热稳定剂1010和0.1公斤热稳定剂168、0.2公斤硅烷偶联剂KH-570，0.2公斤白油15#，7公斤Sc2W3O12在长径比为 35:1 的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。制备时的加工温度为170℃。
实施例 4
将 90公斤聚丙烯、0.1公斤酚类热稳定剂168、10公斤Sc2W3O12、0.5公斤钛酸酯偶联剂 NDZ109，0.2公斤润滑剂硬脂酸乙二醇酯0.5公斤白油36#，在长径比为 40:1 的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。制备时的加工温度为250℃。
实施例 5
将98公斤聚丙烯、1公斤酚类热稳定剂1010、1公斤润滑剂芥酸酰胺、2公斤Sc2W3O12、0.1公斤钛酸酯偶联剂 OL-T951，在长径比为 40:1 的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。制备时的加工温度为190℃。
将上述实施例1-5所制备的聚丙烯材料根据标准ISO 11359-2-1999/ASTM E831-2006方法测试线性热膨胀系数。
将样品在23±2℃的温度，50±5%湿度标准恒温室温环境中平衡24小时后切样；测试时升温速率5℃/min，预载力0.05N，环境气体N2流量50mL/min。
温度范围大于需要分析的温度范围，测量结束后用分析软件截取需要分析的温度段。测试结果如下表：
其中20%滑石粉填充PP材料的制备是将80公斤聚丙烯、1公斤酚类热稳定剂1010、1公斤润滑剂芥酸酰胺、20公斤滑石粉AH51210（生产商：辽宁艾海滑石有限公司）、0.1公斤硅烷偶联剂KH-550，在长径比为 40:1 的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。制备时的加工温度为190℃。
表1：线性膨胀系数测试
表2： 物理性能对比
样品编号 密度 拉伸强度 弯曲强度 弯曲模量 悬臂梁缺口冲击强度
纯PP材料 0.89 25 31 1100 9
20%滑石粉填充PP材料 1.04 23 34 2053 6.4
实施例1 0.93 33 42 2554 7.6
实施例2 0.91 32 42 2143 7.3
实施例3 0.96 29 43 2830 8.1
实施例4 1.01 35 45 3147 7.4
实施例5 0.90 28 41 1620 6.5
从表1可看出，本发明所用的Sc2W3O12材料作为添加剂改性聚丙烯材料，可在填充量低于10%的情况下，大大降低材料的线性膨胀系数，较传统无机矿物滑石粉填充相比，具有效果明显、添加量低的优点。制得的材料具有更好的尺寸稳定性，可增大聚丙烯材料的应用领域。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，其特征在于：由下述组分按重量份数制备而成：
聚丙烯 90-98份，
Sc2W3O12 2-10份，
偶联剂 0.1-0.5份，
热稳定剂 0.1-1份，
润滑剂 0-1份，
白油 0-0.5份，
所述聚丙烯与Sc2W3O12的重量之和为100份。
2.根据权利要求1所述的超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔体流动速率在压力2.16kg、温度230℃的条件下为0.1-100g/min。
3.根据权利要求1所述的一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为金属皂类润滑剂、硬脂酸复合酯类润滑剂和酰胺类润滑剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，其特征在于：所述Sc2W3O12为十字架状结构粉体，其Sc2W3O12在25℃~800℃时的线性膨胀系数约为-4*10-6 ~-6*10-6。
6.根据权利要求1所述的一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，其特征在于：所述白油为工业级白油、精制级白油或化妆级白油。
7.根据权利要求1所述的一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种超低线性膨胀系数聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：将聚丙烯、偶联剂、热稳定剂、润滑剂、白油和Sc2W3O12加入螺杆挤出机中，进行熔融共混、挤出造粒；所述螺杆挤出机的长径比为35-56:1，加工温度为170-250℃。
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