CN107075199A - 高弹性刚性复合材料、其应用以及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产高弹性刚性复合材料的方法、高弹性刚性复合材料以及该高弹性刚性复合材料的应用。

Description

高弹性刚性复合材料、其应用以及生产方法
技术领域
本发明涉及用于生产高弹性刚性复合材料的方法、高弹性刚性复合材料以及该高弹性刚性复合材料的应用。
背景技术
石化和塑料生产领域中已知的混配法(compounding)是用于生产复合材料的工艺，该工艺利用高摩擦力值(高机械剪切)，使具有各种聚烯烃性质的热塑性聚合物以熔融状态混合在一起。
在背景技术中，聚合方法的限制之一是这些聚合方法提供多相热塑性聚合物材料，其可具有宽泛且平衡的性能参数，能够符合特定物件所需的功能需求。
由于合适的配制方案的使用与以下各个需要具有冲突，这些方法难以同时确保石化工艺聚合物的刚性和韧性：
需要避免使催化剂体系中毒；
需要具有高化学计量的转化率；以及
需要提供高水平的生产力。
在液相或气相中，利用催化剂体系使聚丙烯(PP)聚合来得到高收率的全同立构聚合物的方法就是这种情况，在低于-30℃的温度下不能生产同时具有高刚性和高弹性特征的PP材料，其中，所使用的原材料只能是丙烯单体和乙烯共聚单体。
根据本发明的方法旨在通过使具有不同特性的聚合物、改性剂、添加剂和填料以熔融状态混合来获得热塑性材料，所述热塑性材料是聚丙烯复合材料并且同时具有刚性和弹性方面的良好性质。
创新性在于使用已知用于使聚合物与添加剂和填料以熔融状态混合的混配技术，但是在以下方面以独创的方式来使用该混配技术：
设备部件的技术配置；以及
选择所使用材料的化学物理知识。
令人惊奇的是，通过本发明，发现了一种用于生产高弹性刚性复合材料的方法，所述方法提供了以下非显而易见的组合：
以熔融状态进行混合，通过改变技术参数，使用高剪切的混合技术；以及
使用聚合物化合物和非聚合物化合物；
其中，所述高弹性刚性复合材料具有弹性和刚性的性能结构。
通过本发明的主题实现了该目的和其它目标。
发明内容
本发明涉及一种用于生产高弹性刚性材料的方法，其特征在于，所述方法包括在混合器中以熔融状态混合和分散以下化合物的步骤：
全同立构丙烯(PP)聚合物，所述全同立构丙烯聚合物选自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所组成的组；
改性聚合物，所述改性聚合物选自由聚α烯烃(POE)聚合物、乙丙橡胶(EPR)、乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)所组成的组；
相容性促进剂，所述相容性促进剂选自由经马来酸酐官能化的烯烃聚合物、经硅烷官能化的烯烃聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物、聚己内酯所组成的组；
添加剂，所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空间位阻胺、卤化添加剂、三聚氰胺、三聚氰胺盐、磷衍生物的盐、单硬脂酸甘油酯、钙的硬脂酸盐、锌的硬脂酸盐、有机化合物、无机盐、无机氧化物、炭黑所组成的组；
填料，所述填料选自由具有各向同性结构的无机填料和具有各向异性结构的填料所组成的组；
其中，所述填料具有在10-3mm至10-6mm范围内的单位组分尺寸(unit componentdimension)；
并且其中，所述方法设定有以下条件：
温度在120℃至230℃范围内；
构成所述混合器的螺杆的转速在125rpm至1250rpm范围内。
本发明还涉及一种高弹性刚性复合材料，其特征在于，所述高弹性刚性复合材料包括：
全同立构丙烯聚合物(PP)，所述全同立构丙烯聚合物选自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所组成的组；
改性聚合物，所述改性聚合物选自由聚α烯烃(POE)聚合物、乙丙橡胶(EPR)、乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)所组成的组；
相容性促进剂，所述相容性促进剂选自由经马来酸酐官能化的烯烃聚合物、经硅烷官能化的烯烃聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物、聚己内酯所组成的组；
添加剂，所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空间位阻胺、卤化添加剂、三聚氰胺、三聚氰胺盐、磷衍生物、单硬脂酸甘油酯、钙的硬脂酸盐、锌的硬脂酸盐、有机化合物、无机盐、无机氧化物、炭黑所组成的组；
填料，所述填料选自由具有各向同性结构的无机填料和具有各向异性结构的填料所组成的组；
其中，所述填料具有在10-3mm至10-6mm范围内的单位组分尺寸。
本发明还涉及根据本发明的复合材料在生产片材中的应用，所述片材用于通过挤出热成型、技术箱的注塑成型、电气/电子仪器的容器的模制、机械仪器的注塑成型、保护电子系统和电气用具的容器的注塑成型、工作场所安全用部件的注塑成型、汽车领域的部件的注塑成型。
具体实施方式
根据本发明，术语“混配法”是指用于生产复合材料的工艺，并且该工艺利用高摩擦力值(高机械剪切)，使具有各种聚烯烃性质的热塑性聚合物以熔融状态混合在一起。
根据本发明，术语“混配物(compound)”是指由混配工艺所得到的复合材料。
根据本发明，通过重量百分比表示的值是指总重量的重量百分比。
根据本发明，术语“高剪切”是指利用摩擦力(friction)所进行的机械功的高度转移，所述摩擦力通过以下来引起：
a)在交互贯穿并且一起高速转动的挤出机的螺杆之间，各种组分与即将熔融或已经完全熔融的聚合物材料相混合；以及
b)螺杆对与包括该螺杆对的圆筒之间的动态接触。
根据本发明，本文中所述的涉及填料的尺寸值是指单位填料的粒度，也即，是指测量的所述填料的直径的平均大小。
根据填料的平均粒度通过筛分来区分填料。填料的尺寸凭借能够提供基本颗粒的尺寸的高斯分布的各种技术来测得。
用于相对于填料的单位大小来区分该填料的一个值是值D50，其代表通过筛分来测量的填料的50wt％穿过的筛网的目数的大小。例如，值D50＝2表示所述填料的至少50％穿过直径(或最大尺寸)为2微米的筛网。
用于测量与粉末的性质(静电性、润湿性、形态等)相关的粒度的方法尤其为：
沉积湿粉末的沉降(sedigraphic)法；
激光法；
筛分法。
对于本文中所述类型的无机填料，通常参照ASTM D 422标准来进行筛分。
根据本发明的方法，以下材料以熔融状态混合且均匀地分散且分布在聚丙烯基质中：
A)热塑性聚合物；
B)添加剂；
C)在有机性质和无机性质方面不同的填料和/或增强剂。
熔融混合工艺(被称为混配法)的结果的特征在于：获得由热塑性聚合物基质、添加剂、填料和/或增强剂构成的复合材料或混配物，其中，在热塑性聚合物基质中，分散且分布有具有改性功能的其它聚合物。
必要时，通过加入键合剂使所述复合材料或混配物与聚合物基质相容。
A)热塑性聚合物：在混合物中所包括的热塑性聚合物在所使用的单体和共聚单体方面是不同的，具有在形状和晶体含量方面是变化的晶体形态，特征在于，提供刚性的聚合物基质是全同立构聚丙烯。
冲击改性剂体系是具有弹性性质的其它烯烃性聚合物，其特征为半晶体形态组分以及玻璃化转变温度远低于0℃的无定形组分。
可具有弹性性质的冲击改性剂体系也为热塑性的，并且因此也属于该范畴。
B)添加剂：通过加入酚/亚磷酸盐/亚磷酸酯/硫醚稳定体系、三唑、各种取代的苯甲酮、空间位阻胺以及在任何情况下在含量和分子状态方面能够相容的添加剂，来得到热塑性基质和聚合物改性剂的热稳定性和UV稳定性，以期在使用由这些复合材料得到的塑料制品期间，更好地保护大分子体系免受预期环境的侵害。
C)填料和/或增强剂：通过提供具有细小粒度(微米和亚微米尺寸)的填料或粒度为几十埃的填料(纳米填料)或尺寸和组成不同的填料的合适混合物来赋予高刚性，能够避免形成聚集体。
为了确保相应的产物在性能的一致性和恒定性方面具有最佳结果，使用能够确保复合材料具有以下性能的离子型相容性促进剂、丙烯酸型相容性促进剂或马来酸型相容性促进剂：
在制备步骤期间，在熔融状态下具有最佳的流变行为；
在利用根据本发明的复合材料进行转变以及使用由本发明的复合材料所得到的产品期间，均具有均匀的多相体系。
通过监测以下参数来评价所述混配法在改性成分的分布和分散方面的有效性：
1)技术参数(诸如温度曲线、螺杆或多个螺杆的转速、在混配期间由所使用的电能的消耗所检测的混合功、压头和生产力)，上述技术参数对确保最佳性能平衡是至关重要的；通过改变所述技术参数，能够实现用于获得紧密有机相和无机相的最合适的设备配置，并且确保其在热塑性聚合物混配物的各种转变技术中处于各种流动梯度。
2)每产品单位的能耗(kWh/kg)，由于利用所述混配工艺所得到的复合材料的最佳均匀性(品质)与该参数的恒定性、该参数的最小值(较小的能耗、较低的工业成本、施加至聚合相的较小的热应力、针对混配过程以及后续制备过程中对化合物进行热保护的较低的配制成本)紧密相关，该每产品单位的能耗的值表示该方法的有效性。
3)混配物的品质：通过对注塑成型或压缩成型得到的标准样品所进行的测量来监控混配物的品质，并且根据国际标准(标准的指标示于下文的表中)对该品质进行常规表征。
本发明涉及一种用于生产高弹性刚性复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括在混合器中以熔融状态混合和分散以下化合物的步骤：
全同立构聚丙烯聚合物，
改性剂聚合物，
相容性促进剂，
添加剂，以及
填料。
根据本发明的方法设定有以下条件：
温度在120℃至230℃范围内；
构成所述混合器的螺杆的转速在125rpm至1250rpm范围内。
优选地，通过重量分析法或体积分析法来进行以熔融状态混合和分散的步骤或进行对构成混配物的原材料的定量。甚至更优选地，通过重量分析法来进行以熔融状态混合和分散的步骤。
重量分析方法是优选的，这是由于可构成混合物的不同成分的比重之间可能存在较大的差异。
组分的重量分析定量是优选的，以确保用于聚合物组分第一进料的料斗以即时填充的方式运行，优选不会产生积累且具有低固体材料残留。
在熔融聚合物混合物上进行填料的定量，该填料的定量优选通过重量分析法且利用强制进料。
优选地，所述混合器为高剪切型。
优选地，根据本发明的方法中，以熔融状态进行的混合(混配法)步骤还提供了：监控的系统，用于监控同向双螺杆挤出机的电动机的驱动功率的消耗，能够连续检测混合功。
所述混合功通过以下条件来保证：
加热圆筒(也被称为桶)的贡献；
调节螺杆的温度；以及
聚合物对螺杆和容器圆筒的金属表面的摩擦力，该摩擦力在相同设定的温度下随着螺杆的转速而变化。
优选地，赋予熔融聚合物的所述功以kWh/kg来表示。
例如，根据本发明的生产高弹性刚性材料的方法可包括：在混合器中以熔融状态混合和分散以重量百分比表示的以下量的以下化合物的步骤：
PP共聚物：73.2wt％；
POE聚合物：19.5wt％；
改性的马来酸PE：1.5wt％；
稳定添加剂：0.3wt％；
纳米填料CaCO3：5.5wt％。
对于所述组合物，用于分散和分布的最佳性能设定是在0.1和0.2之间的kWh/kg值。
本发明还涉及一种高弹性刚性复合材料，其特征在于，所述高弹性刚性复合材料包括：
全同立构丙烯聚合物，
改性剂聚合物，
相容性促进剂，
添加剂，以及
填料。
根据本发明的方法和材料，所述全同立构丙烯聚合物选自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所组成的组。
优选地，所述丙烯均聚物和丙烯共聚物可具有粒状、粉末或片状的形式。
优选地，所述丙烯均聚物具有在0.5g/10'和30g/10'(或0.5ml/10'和30ml/10')之间的流动性。
优选地，所述丙烯均聚物以介于45wt％至85wt％范围内的量存在。
优选地，所述丙烯共聚物具有在5g/10'和30g/10'(或5ml/10'和30ml/10')之间的流动性。
优选地，所述丙烯共聚物以介于45wt％至90wt％范围内的量存在。
根据本发明的方法和材料，所述改性聚合物选自由聚α烯烃(POE)聚合物、乙丙橡胶(EPR)、乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)所组成的组。
优选地，所述聚α烯烃(POE)聚合物、乙丙橡胶(EPR)、乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)以片状或粒状的形式存在。
优选地，所述聚α烯烃(POE)聚合物和乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)可具有晶体相或缺少晶体相。
优选地，所述聚α烯烃(POE)聚合物的浓度在10wt％至30wt％区间内。
优选地，所述乙丙橡胶(EPR)的浓度在5wt％至20wt％范围内。
优选地，所述乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)的浓度在5wt％至20wt％范围内。
根据本发明的方法和材料，所述相容性促进剂选自由经马来酸酐官能化的烯烃聚合物、经硅烷官能化的烯烃聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物、聚己内酯所组成的组。
优选地，所述经马来酸酐官能化的烯烃聚合物等同于含量为0.5wt％至0.8wt％的马来酸酐。
优选地，所述经马来酸酐官能化的烯烃聚合物的含量在2wt％和5wt％范围内。
优选地，所述经硅烷官能化的烯烃聚合物的浓度在0.5wt％至5wt％范围内。
优选地，所述乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物的浓度在6wt％至12wt％范围内。
优选地，所述聚己内酯为粉末或粒状的形式。
优选地，所述聚己内酯的浓度在0.5wt％至2wt％范围内。
使用相容性促进性的目的是：
改变组分的表面张力，促进相之间的物理粘附；
促进熔融体系的可加工性(易于处理)；
在组分之间产生分子内键。
对于相同组成的聚丙烯基质、耐冲击聚合物、稳定添加剂和填料和/或增强剂，相容性促进剂的使用确保了混配物的更好的性能平衡。
聚合物基质和添加剂之间的所述相容性促进剂还具有改善所用填料之间亲和力的功能，以提高刚性。
所述聚合物改变耐冲击性，并且促进与聚合物基质的结合。
具体地，选自由丙烯酸聚合物、离聚物、聚己内酯、具有硅烷和马来酸官能团的聚合物所组成的组具有改进填料和聚合物基质之间亲和力，且限制所使用的无机产品之间聚集的作用，从而提高刚性。
根据本发明的方法和材料，所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空间位阻胺、卤化添加剂、三聚氰胺、三聚氰胺盐、磷衍生物的盐、单硬脂酸甘油酯、钙的硬脂酸盐、锌的硬脂酸盐、有机化合物、无机盐、无机氧化物、炭黑所组成的组。
优选地，所述添加剂的浓度在0.1wt％至0.5wt％的范围内。
所述酚、亚磷酸盐/酯、醚和硫醚执行热稳定剂的功能。
所述苯甲酮、苯并三唑衍生物、空间位阻胺执行UV稳定剂的功能。
所述卤化添加剂、三聚氰胺、三聚氰胺盐、磷衍生物执行阻燃添加剂的功能。
所述单硬脂酸甘油酯、钙的硬脂酸盐和锌的硬脂酸盐执行抗酸剂和加工助剂的功能。
所述有机化合物、无机盐和无机氧化物、炭黑执行染料和颜料的功能。
由聚丙烯基质、耐冲击改性剂聚合物和相容性促进剂所构成的各个复合体系(混配物)通过添加剂的存在而完成，其中，添加剂具有以下功能：
通过单独地或协同地加入0.1wt％至0.5wt％诸如酚、亚磷酸盐/酯、醚和硫醚的化合物，保护分子量免受由转变过程以及操作条件所引起的热降解；
通过加入0.1wt％至0.5wt％的苯甲酮或苯并三唑或空间位阻胺类的化合物，提高相应产物的耐紫外线辐射性。
每种混配物包括稳定添加剂，该稳定添加剂的数量和特性与混配方法和由这些混配物得到的产品所采用的操作条件相容。
所述添加剂执行以下功能：
对于熔融混合方法和用于转变成产品的方法稳定聚合物基质；
对于使用期间存在的环境条件起热稳定作用；
对于大气剂和UV辐射起稳定作用；
增加阻燃性；
润滑并有助于在模具中流动；
有机化合物和无机化合物的着色和染色。
所述填充剂选自由具有各向同性结构的无机填料和具有各向异性结构的填料所组成的组；
其中，所述填料具有在10-3mm至10-6mm范围内的单位组分尺寸。
优选地，所述具有各向同性结构的无机填料选自由钙和镁硅酸盐形式的高纯度微粉化滑石粉以及碳酸钙所组成的组。
优选地，所述钙和镁硅酸盐形式的高纯度微粉化滑石粉具有大于15的形状延伸率，在0.2微米至2微米范围内的值D50，以及在0.5wt％至12wt％范围内的浓度。
优选地，所述碳酸钙为纳米填料的形式，并且具有在0.5微米至0.005微米范围内的尺寸，以及在0.1wt％至7.5wt％范围内的浓度。
优选地，所述具有向异性结构的填料选自由碳纳米管和玻璃纤维所组成的组。
优选地，所述碳纳米管具有超过500的形状延伸率，所述纳米管的浓度在0.5wt％至7.5wt％范围内。
优选地，所述玻璃纤维被切割为在0.2mm至4.5mm范围内的长度，并且具有直径在5微米至15微米之间的基本毛刺。
所述填料具有支撑由于耐冲击改性剂聚合物的存在所导致的刚性损失，而不损害性能平衡的作用。
具体地，使用如上所述的小且非常小尺寸(即，单位组分的值在几微米(10-3mm)和几埃(10-6mm)之间)的填料，有利且令人惊奇地提供了如本发明所述的刚性和高弹性的特性。
为了补偿由于使用弹性聚合物改性剂而导致的基质中刚性的损失，使用无机填料。这些填料依据以下方面提供不同的效果：
填料的性质，
填料的形态和粒度，
基质聚合物中填料的分布和分散有效性，
使用相容性促进剂，该相容性促进性的效果依赖于以下：
填料的表面张力的变化，
在填料和聚合物体系之间提供键，甚至低能键(诸如氢键)的可能性。
根据本发明的方法和材料，在以非限制性描述本发明的应用中所引用的第一优选配方中：
全同立构丙烯聚合物是丙烯嵌段共聚物，具有平均的乙烯含量，并且含量以百分比计等于总重量的71.1％，
改性剂聚合物为聚α烯烃(POE)聚合物，具有晶体相，并且含量以百分比计等于总重量的20.5％，
所述相容性促进剂为经马来酸酐官能化的烯烃聚合物，含量以百分比计等于总重量的2.5％，
所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯以及硫醚所组成的组，并且含量以百分比计等于总重量的0.3％，
并且最后，所述填料由纳米碳酸钙构成，并且含量以百分比计等于总重量的5％。
有用的是注意到，该配方毫无疑问地令人关注，因为为材料提供了高弹性，而不损害材料的刚性。
根据本发明的方法和材料，在同样以非限制性描述本发明的应用中所引用且因此未排除在本文所要求保护范围内配方之外的第二优选配方中：
所述全同立构丙烯聚合物为丙烯嵌段共聚物，具有平均的乙烯含量，并且含量以百分比计等于总重量的71.7％，
所述改性剂聚合物为聚α烯烃(POE)聚合物，具有晶体相，且含量以百分比计等于总重量的20.5％，
所述相容性促进剂为经马来酸酐官能化的烯烃聚合物，含量以百分比计等于总重量的2.5％，
所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯以及硫醚所组成的组，并且含量以百分比计等于总重量的0.3％，
而所述填料由碳纳米管构成，并且含量以百分比计等于总重量的5％。
注意到的是，该具体配方能够获得除了优异的抗静电性能之外，还具有高弹性和高刚性的材料。
本发明还涉及本发明的复合材料在挤出片材中的应用，所述片材用于通过挤出热成型，优选为耐冲击和射频隔离形式；技术箱的注塑成型，优选为耐冲击和射频隔离形式；电气/电子仪器的容器的模制；机械仪器的注塑成型；保护电子系统和装备的容器的注塑成型；工作场所安全用部件(优选头盔、射弹屏蔽件)的注塑成型；汽车领域的部件的注塑成型。
关于生产设备，使用能够提供高摩擦力，以使得所加入的有机和/或无机材料均匀地嵌入聚丙烯基质中的设备。
上述设备是具有高转速的单螺杆型挤出机或轴向双螺杆型挤出机，设置有熔融聚合物材料的强制进料、两阶段型绝热连续混合器，具有随偏心元件高速转动的下部挤出机/层压机和单螺杆挤出机(共捏合机)。
螺杆的几何形状具有可变的外形并且可以由输送元件和塑炼元件构成，塑炼元件可为多尖端元件(两个起点和三个起点)，能够与即时软化的聚合物流的推进一起促进所述流的部分回归(partial regression)。
通过重量或体积定量系统使成分以熔融状态连续进料至混合挤出机中；通过用于填料和/或增强剂的强制螺杆，能够用熔融的聚合物材料进行部分成分的进料。
通过歧管，将熔融聚合物推入到挤压头和模具中，其中，该熔融聚合物包括通过具有高塑炼能力外形的螺杆均匀分散和分布在其中的改性成分。
由模具形成的熔融可：
以意大利面条的形式挤出，随后冷却并切割成具有均匀尺寸的圆柱形状，
或在挤出头处切割为珠状物的形式，该珠状物用水进行冷却。
所述的方法证明具有创造性和独创性，因为：
按照工艺混合参数(如温度曲线、螺杆或多个螺杆的转速、压头和生产力)运行；
促进每单位产品的能耗(kWh/kg)，其值表示方法的有效性，与该参数的恒定性以及其最小值紧密相关的复合材料的更好的均匀性(品质)；
测量通过注塑成型或压缩成型获得的标准样品并根据国际标准进行常规表征来监控复合材料的品质；
使用在化学组成、形态以及组分间相互作用的能力方面的特定配方；
从而能够获得同时具有刚性和高弹性的热塑性复合材料。
关于技术方法，为了获得根据本发明的混配物类型，在混合器中以熔融状态，按照重量分析法且连续地对构成复合材料(混配物)的组分进行定量，这些组分的物理特性、热特性和机械特性取决于它们的相互浓度，该混合器包括：
双螺杆挤出机，具有包含在圆筒中的交互贯穿且同向旋转的双螺杆，
其特征在于螺杆的高转速(125rpm至1250rpm)以及由输送单元、混合单元和塑炼单元所形成的几何形状可变的螺杆外形，
沿圆筒的主进料斗和一个或多个次级进料斗，通过在挤出机的圆筒侧的螺杆或以直角布置的双螺杆推动熔融聚合物材料、一些组分(诸如填料)，
可以从沿挤出机圆筒的延伸部的一个或多个开口排出任何气体和水蒸汽(脱气)，通过真空泵施加部分真空有利于所述排出，
输送机和具有模具(该模具具有多个孔)的挤出头，用于形成以熔融状态混合的材料，
使用相对于熔融材料的出口轴向偏移90°布置的转子磨进行水下切割，形成珠状物形式的粒状物，
作为替代方案，将挤出的材料拉伸成为意大利面条的形状，并用铣刀将其切成圆柱形，
干燥、筛分和包装。
在优选的实施方式中，利用以下参数，在实验室混配设备中进行混配物的生产，上述混配物的性能在下文中示出：
挤出机，具有交互贯穿且同向旋转的双螺杆；
基于重量减轻的重量定量系统，具有三个定量单元：
主装料斗的第一进料处的两个定量单元，一个用于粒状形式的原料，且一个用于粉末或片状形式的添加剂的混合物，
用于使熔融材料强制进料的一个系统进料定量单元，
螺杆直径：25mm
螺杆长度＝直径的32倍
螺杆转速：100rpm至750rpm，取决于施加至混合物的热机械功以及每种类型混合物对所需均匀性的要求，
温度曲线：在120℃和230℃之间，
切成意大利面形状(具有圆柱形形状的混配物)，
将填料插入在熔融热塑性材料上，
插入脱气泵(施加0.150巴至0.550巴的真空)以排出气体、湿度和挥发性物质，该过程在熔融混合过程中进行，
可选地，使用可变滤光过滤器和插入自动过滤器更换器以截留具有离散尺寸的颗粒，
意大利面头和用旋转刀具切割，
筛分，
根据所生产的混配物类型、组分的表观密度和化合物本身的比重，以5kg/小时至20kg/小时生产。
工业混配线通常重复所示的加工参数，并且是实验室中使用的技术设定的按比例增加，以根据后附权利要求来生产工业混配物。
以下实施例旨在更好地解释本发明的主题。
实施例
1刚性和弹性
表1列出了不具有乙烯共聚单体的聚丙烯以及具有多种浓度的乙烯共聚单体的聚丙烯的一些特性：所考虑的聚合物具有可比性的流动性值，以及它们的主要技术目的在于通过注塑成型来进行转变。
表1中示出的所有类型的聚丙烯所具有的耐冲击特征相对于经填料和/或增强剂改性(其目的在于实现高刚性值)的聚合物基质是不足的。
本发明的目的是对聚丙烯基质进行改性以得到最佳的性能平衡，从而制造同时需要高刚性和高耐冲击性值的产品。
表1：聚丙烯均聚物和含乙烯共聚单体的聚丙烯的物理机械性质
2利用高弹性聚合物对性能的改变
在熔融状态下具有合适流变性的乙烯-丙烯共聚物，尤其是具有部分晶体形态的那些乙烯-丙烯共聚物，诸如POE(聚烯烃弹性体)，如果以与保持适当刚性值相容的浓度使用，则提供在增加耐冲击性方面具有重要优势的聚丙烯热塑性基质。
创新的要素在于：
聚合物改性剂的选择，该聚合物改性剂在熔融状态下具有足够高的粘度以使它们能够分散且分布在热塑性基质中。
相容性促进性的使用，通过改进基质相和改性剂相之间的亲和力，该相容性促进性能够避免在高流动梯度的存在下，转变为熔融状态期间的聚集现象。
填料的使用，该填料支撑由于使用具有弹性性质的改性聚合物(诸如POE)而导致的刚性降低。
下表2中示出了具有POE改性剂的聚丙烯(PP)基质所发生的改变。
表2：加入弹性改性剂对PP共聚物基质的影响
3填料的加入
如上所述，为了补偿由于使用弹性聚合物改性剂所引起的PP基质刚性损失，使用无机填料。这些填料根据以下赋予不同的效果：
填料的性质；
填料的形态和粒度；
填料在基质聚合物中的分布和分散有效性；
使用相容性促进性，这些相容性促进剂的效力取决于：
填料表面张力的变化；
在填料和聚合物体系之间提供键，甚至低能键(诸如氢键)的可能性。
本发明的创新要素在于：
使用微米和亚微米(埃)大小的填料；
控制混配工艺参数(短时的高剪切)；
使用具有马来酸酐和/或硅烷性质的相容性促进剂和/或聚己内酯相容性促进剂。
下表3示出了同时使用以下物质而在PP基质性能上实现的有益效果：
a)耐冲击改性剂(POE聚合物)；
b)几微米(10-6米)或几埃(10-10米)的基础形式的碳酸钙；
相容性促进剂(经马来酸酐官能团化的)用作聚合物、改性剂和填料的表面张力的改性剂。
表3：使用冲击改性剂、填料和相容性促进剂对PP性能的影响
下表4示出了含聚丙烯基质、聚合物改性剂和微粉化形式的不同百分比的滑石填料的复合材料的性能参数，提供了限制弹性损失的同时，增加刚性的证据。
表4：刚性和弹性的机械性能随浓度变化的趋势
在以熔融状态混合期间，分散且分布在经弹性体聚合物改性的PP基质中的具有不同粒度的滑石类型对共混物的刚性和弹性性能具有不同的贡献，通常较低的刚性与较高的弹性值相关联。
根据本发明的结果，通过使用相同的混合技术，相同的PP基质和改性剂的组合，使用更微粉化的滑石填料，能够使刚性和弹性的更好平衡与相等的密度相关联。
表5：填充有不同粒度的滑石对具有POE的PP混配物的刚性和弹性性能的影响
相对于常规知识，创新要素在于，在POE改性的PP基质中使用不同浓度的碳酸钙纳米填料，得到弹性改善而刚性不会显著损失的优势，如表6所示。
表6：不同浓度的CaCO3作为纳米填料对刚性和弹性的影响
通过添加弹性体聚合物(POE)改善了其弹性的PP基质是令人感兴趣的多相体系，该多相体系能够含有纳米增强剂(碳纳米管)，具有增加刚性和获得抗静电性的优势，这已得到表7中所示性能检测的证明。
对于高含量的碳纳米管，获得了对射频和电磁波具有屏蔽效应的导电热塑性复合材料。
表7：碳纳米管对多相聚合体系的改性。

Claims (7)

1.一种用于生产高弹性刚性材料的方法，其特征在于，所述方法包括在混合器中以熔融状态混合和分散以下化合物的步骤：
全同立构丙烯聚合物，所述全同立构丙烯聚合物选自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所组成的组；
改性聚合物，所述改性聚合物选自由聚α烯烃(POE)聚合物、乙丙橡胶(EPR)、乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)所组成的组；
相容性促进剂，所述相容性促进剂选自由经马来酸酐官能化的烯烃聚合物、经硅烷官能化的烯烃聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物、聚己内酯所组成的组；
添加剂，所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空间位阻胺、卤化添加剂、三聚氰胺、三聚氰胺盐、磷衍生物的盐、单硬脂酸甘油酯、钙的硬脂酸盐、锌的硬脂酸盐、有机化合物、无机盐、无机氧化物、炭黑所组成的组；
填料，所述填料选自由具有各向同性结构的无机填料和具有各向异性结构的填料所组成的组；
其中，所述填料具有在10-3mm至10-6mm范围内的单位组分尺寸；
其中，所述方法设定有以下条件：
温度在120℃至230℃范围内；
构成所述混合器的螺杆的转速在125rpm至1250rpm范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述以熔融状态混合和分散的步骤通过重量分析法或体积分析法来进行。
3.一种高弹性刚性复合材料，其特征在于，所述高弹性刚性复合材料包括：
全同立构丙烯聚合物，所述全同立构丙烯聚合物选自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所组成的组；
改性聚合物，所述改性聚合物选自由聚α烯烃(POE)聚合物、乙丙橡胶(EPR)、乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)所组成的组；
相容性促进剂，所述相容性促进剂选自由经马来酸酐官能化的烯烃聚合物、经硅烷官能化的烯烃聚合物、乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物、聚己内酯所组成的组；
添加剂，所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空间位阻胺、卤化添加剂、三聚氰胺、三聚氰胺盐、磷衍生物的盐、单硬脂酸甘油酯、钙的硬脂酸盐、锌的硬脂酸盐、有机化合物、无机盐、无机氧化物、炭黑所组成的组；
填料，所述填料选自由具有各向同性结构的无机填料和具有各向异性结构的填料所组成的组；
其中，所述填料具有在10-3mm至10-6mm范围内的单位组分尺寸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法和/或材料，其中，
所述丙烯均聚物的含量在45wt％至85wt％的范围内；
所述丙烯共聚物在所述高弹性刚性复合材料中的含量在45wt％至90wt％的范围内；
所述聚α烯烃(POE)聚合物的含量在10wt％至30wt％的范围内；
所述乙丙橡胶(EPR)的含量在5wt％至20wt％的范围内；
所述乙烯丙烯二聚橡胶(EPDM)的含量在5wt％至20wt％的范围内；
所述经马来酸酐官能化的烯烃聚合物包括含量在0.5wt％至0.8wt％范围内的马来酸酐；
所述经马来酸酐官能化的烯烃聚合物的含量在2wt％至5wt％的范围内；
所述经硅烷官能化的烯烃聚合物的含量在0.5wt％至5wt％的范围内；
所述乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物的含量在6wt％至12wt％的范围内；
所述聚己内酯的含量在0.5wt％至2wt％的范围内；
所述添加剂的含量在0.1wt％至0.5wt％的范围内；
所述具有各向同性结构的无机填料选自由钙和镁硅酸盐形式的高纯度微粉化滑石粉以及碳酸钙所组成的组；其中：
所述钙和镁硅酸盐形式的高纯度微粉化滑石粉的含量在0.5wt％至12wt％的范围内；
所述碳酸钙具有纳米填料的形式，并且含量在0.1wt％至7.5wt％的范围内；
所述具有各向异性结构的填料选自由碳纳米管和玻璃纤维所组成的组，并且含量在0.5wt％至7.5wt％的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法和/或材料，其中：
所述全同立构丙烯聚合物为丙烯嵌段共聚物，具有平均的乙烯含量，并且含量以百分比计等于总重量的71.7％，
所述改性剂聚合物为聚α烯烃(POE)聚合物，具有晶体相，并且含量以百分比计等于总重量的20.5％，
所述相容性促进剂为经马来酸酐官能化的烯烃聚合物，并且含量以百分比计等于总重量的2.5％，
所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯以及硫醚所组成的组，并且含量以百分比计等于总重量的0.3％，
所述填料由纳米碳酸钙组成，并且含量以百分比计等于总重量的5％。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法和/或材料并且作为权利要求5的替代方案，其中，
所述全同立构丙烯聚合物为丙烯嵌段共聚物，具有平均的乙烯含量，并且含量以百分比计等于总重量的71.7％，
所述改性聚合物为聚α烯烃(POE)聚合物，具有晶体相，含量以百分比计等于总重量的20.5％，
所述相容性促进剂为经马来酸酐官能化的烯烃聚合物，并且含量以百分比计等于总重量的2.5％，
所述添加剂选自由酚、亚磷酸盐/酯、硫醚所组成的组，并且含量以百分比计等于总重量的0.3％，
所述填料由碳纳米管组成，并且含量以百分比计等于总重量的5％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的高弹性刚性复合材料在片材中的应用，所述片材用于通过挤出热成型、技术箱的注塑成型、电气/电子仪器的容器的模制、机械仪器的注塑成型、保护电子系统和电气用具的容器的注塑成型、汽车领域的部件的注塑成型。
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