CN106700234B - 一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料及其制备方法，其是以硅碱钙微晶玻璃材料10‑30份、聚丙烯70‑90份、热稳定剂0.1‑0.3份和润滑剂0.1‑0.3份、偶联剂0.1‑0.5份经混合、挤出而成，其中聚丙烯和硅碱钙微晶玻璃材料二者重量之和为100份。由于硅碱钙石微晶玻璃本身力学性能优异，具有随机取向的折线和台阶状裂纹纹路，具有良好的桥联作用，承载补强效果显著。本发明用硅碱钙微晶玻璃作为填料改性聚丙烯材料，较传统填料具有更好的增强效果，并同时兼顾增韧效果。可用广泛用于汽车、电子电器设备和工业机械等领域。

Description

一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯技术领域，具体涉及一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
R2O-CaO-SiO2-F 系统(RCSF)玻璃通过受控晶化可获得以硅碱钙石为主晶相的高强韧微晶玻璃。由于该微晶玻璃含有大量各向异性晶体及相互交错的特殊微观结构，其断裂韧性可达4.8-5.2MPa·m1/2，故其本身具有很高的韧性。同时硅碱钙微晶玻璃呈板条状交错结构，即微观组织为放射状硅碱钙石集束，集束由片状硅碱钙石聚集而成，而片层间为残余玻璃相。
该微晶玻璃的熔制温度低，易制得，作为一种新型材料颇受欢迎，由于它具有高强、高韧及耐磨等性能，在生物医用领域已有一些应用；另由于具有较强的耐高温性能，主要应用于化工、冶金、军工等高温高压领域中。但将其应用在塑料改性领域却没有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料及其制备方法。
一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料，由下述组分按重量份数制备而成：
聚丙烯 90-70份，
硅碱钙微晶玻璃材料 10-30份，
热稳定剂 0.1-0.3份，
润滑剂 0.1-0.3份，
偶联剂 0.1-0.5份
所述聚丙烯、硅碱钙微晶玻璃材料二者重量之和为100份。
进一步方案，所述聚丙烯为在压力2.16kg、温度230℃的条件下的熔体流动速率为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。
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。
所述偶联剂微硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。
本发明的另一个发明目的是提供上述硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料的制备方法，按配比，将聚丙烯、硅碱钙微晶玻璃、热稳定剂、润滑剂和偶联剂加入螺杆挤出机中，进行熔融共混、挤出造粒制得硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料；所述螺杆挤出机的长径比为35-56:1，加工温度为170-250℃。
本发明的与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明用硅碱钙微晶玻璃作为填料来改性聚丙烯，由于硅碱钙微晶玻璃含有大量各向异性晶体及相互交错的特殊微观结构，具有很高的强度和韧性，并在材料中起到桥联作用，使得裂纹无法绕过纤维或板桥而发生快速断裂，进而起到承载补强作用，从而使材料具有更高的机械强度。
2、本发明中硅碱钙微晶玻璃与普通增强填料不同的是，由于硅碱钙微晶玻璃本身的特殊结构，在增强的同时还具有一定增韧效果。
3、硅碱钙微晶玻璃制备简单，作为一种新颖材料具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面实施例中热稳定剂选用酚类热稳定剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（1010）、亚磷酸酯类热稳定剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（168）；
润滑剂选用硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸乙二醇酯、乙撑双硬脂酰胺（EBS）、芥酸酰胺。
偶联剂硅烷偶联剂选为 3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）；所述钛酸酯偶联剂选为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基 )钛酸酯（NDZ-102）。
实施例1
将 80公斤聚丙烯、20公斤硅碱钙微晶玻璃，0.2 公斤酚类热稳定剂1010、0.2公斤润滑剂 EBS、0.3公斤偶联剂KH550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，即得增强聚丙烯材料。制备时的加工温度为200℃。
实施例2
将 90公斤聚丙烯、10公斤硅碱钙微晶玻璃，0.1公斤润滑剂硬脂酸锌、0.1公斤润滑剂硬脂酸钙、0.25 公斤酚类热稳定剂1010和0.1公斤钛酸酯偶联剂（NDZ-102）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，即得增强聚丙烯材料。制备时的加工温度为220℃。
实施例3
将 70公斤聚丙烯、30公斤硅碱钙微晶玻璃，0.1公斤酚类热稳定剂1010和0.2公斤热稳定剂168、0.1公斤润滑剂硬脂酸钙、0.2公斤润滑剂硬脂酸锌、0.5公斤硅烷偶联剂KH-550，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，即得增强聚丙烯材料。制备时的加工温度为170℃。
实施例4
将 86公斤聚丙烯、14公斤硅碱钙微晶玻璃，0.2公斤酚类热稳定剂168、0.15公斤润滑剂硬脂酸乙二醇酯、0.1公斤硅烷偶联剂KH-550和0.2公斤钛酸酯偶联剂NDZ-102，在长径比为 40:1 550和 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 72公斤聚丙烯、18公斤硅碱钙微晶玻璃， 0.1公斤酚类热稳定剂1010、0.1公斤润滑剂芥酸酰胺、0.4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，即得增强聚丙烯材料。制备时的加工温度为190℃。
对比例1
将80公斤聚丙烯、20碳酸钙，0.2公斤酚类热稳定剂1010、0.2公斤润滑剂芥酸酰胺和0.1公斤钛酸酯偶联剂（NDZ-102）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℃。
对比例2
将80公斤聚丙烯、20滑石粉，0.2公斤酚类热稳定剂1010、0.2公斤润滑剂芥酸酰胺在长径比为 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℃。
将上述实施例1-5和对比例1、对比例2所制备的聚丙烯材料制得标准样条，并按照本领域的检测标准ISO测试标准分别检测其相关性能，测试结果如下表1所示：
表1：改性聚丙烯力学性能比较
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
拉伸强度 20 21 20 22 24 17 16
弯曲强度 35 35 38 37 35 28 30
弯曲模量 1980 1865 2030 1879 2015 1185 1332
悬臂梁缺口冲击强度 15 17 22 20 18 18 15
热变形温度 112 124 118 109 112 98 97
从上表1可看出，本发明实施例1-5制备的聚丙烯材料的拉伸性能和弯曲性能均比对比例强。所以本发明利用硅碱钙微晶玻璃改性制备的聚丙烯材料较对比例1-2中所采用的传统填料改性的聚丙烯材料具有更好刚性和韧性，并可同时达到增韧补强效果。
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 (6)

1.一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料，其特征在于：由下述组分按重量份数制备而成：
聚丙烯 90-70份，
硅碱钙微晶玻璃材料 10-30份，
热稳定剂 0.1-0.3份，
润滑剂 0.1-0.3份，
偶联剂 0.1-0.5份，
所述聚丙烯和硅碱钙微晶玻璃材料二者重量之和为100份。
2.根据权利要求1所述的一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为在压力2.16kg、温度230℃的条件下的熔体流动速率为0.1-100g/min。
3.根据权利要求1所述的一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料，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所述的一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料，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所述的一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料，其特征在于：所述偶联剂微硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：按配比，将聚丙烯、硅碱钙微晶玻璃、热稳定剂、润滑剂和偶联剂加入螺杆挤出机中，进行熔融共混、挤出造粒制得硅碱钙微晶玻璃增强聚丙烯材料；所述螺杆挤出机的长径比为35-56:1，加工温度为170-250℃。
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