CN107266794A - 一种高强度耐磨改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨改性聚丙烯材料及其制备方法，该改性聚丙烯材料包括以下重量份原材料制备而成的：50‑60份的聚丙烯，10‑15份的二乙烯基二甲基硅烷，5‑20份的无机填料，1‑3份的偶联剂，0.2‑0.5份的引发剂，10‑15份的聚四氟乙烯，0.5‑1份的耐磨剂；所述的聚丙烯聚合度为200‑400；所述的聚四氟乙烯聚合度为300‑500；是将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯共聚后，再添加无机填料和耐磨剂进行复合而成的高分子复合材料，该材料具有强度高，耐磨性好的优点，适合用于制造汽车耐磨损部件。

Description

一种高强度耐磨改性聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子改性材料领域，特别涉及改性聚丙烯材料领域，具体涉及一种高强度耐磨改性聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

随着我国一跃成为全球最大汽车生产与消费大国，汽车轻量化、安全、环保与节能已经成为其产业调整的必由之路。现有技术中，汽车的一些对耐磨性要求较高的零部件通常都采用聚甲醛或者加有聚四氟乙烯的玻纤增强尼龙工程塑料两种材料制成，但是这两种材料的价格昂贵，在现在汽车制造业成本压力越来越大的情况下，市场急需寻找一款低成本的耐磨材料替代聚甲醛和尼龙。

聚丙烯(Polypropylene，简称PP)是一种半结晶的热塑性塑料，是当今最具发展前途的热塑性高分子材料之一，与其它通用热塑性塑料相比，聚丙烯具有密度小、较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和化学稳定性好等优点，且原料来源丰富、价格低廉、易于加工成型，因此，聚丙烯材料能够满足汽车轻量化、低成本、环保等发展目标的需求。并且，随着汽车工业的发展，聚丙烯及其改性材料不再仅仅应用于汽车内、外饰件方面，在很多汽车功能件上也会有越来越多的应用，这必然对聚丙烯材料有着更高的要求。若能在成本可控范围内提高聚丙烯材料的耐磨性，并将这种耐磨聚丙烯应用于制造汽车耐磨部件，对于降低汽车制造成本将大有裨益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有聚丙烯材料所存在的强度和耐磨性差的缺陷，提供一种高强度耐磨改性聚丙烯材料及其制备方法。本发明改性聚丙烯材料是将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯共聚后，再添加无机填料和耐磨剂进行复合而成的高分子复合材料，该材料具有强度高，耐磨性能好的优点，适合用于制造汽车耐磨损部件。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，包括以下重量份原材料制备而成的：50-60份的聚丙烯，10-15份的二乙烯基二甲基硅烷，5-20份的无机填料，1-3份的偶联剂，0.2-0.5份的引发剂，10-15份的聚四氟乙烯，0.5-1份的耐磨剂。

上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的聚丙烯聚合度为200-400；聚丙烯的聚合度太小，二乙烯基二甲基硅烷链段嵌入点位间隔太小，交联度太大，聚丙烯的加工性降低严重；聚丙烯聚合度太大，二乙烯基二甲基硅烷链段嵌入点位间隔太大，交联度太小，对聚丙烯的强度和耐磨性能增强作用微弱；优选的，所述的聚丙烯聚合度为300-350，在该聚合度范围内，共聚得到的改性聚丙烯材料的强度大，耐磨性好，加工性好。

上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的聚四氟乙烯聚合度为300-500；与该聚合度内的聚四氟乙烯进行共聚后得到的强度高，耐磨性好，加工性好。

上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述无机填料为滑石粉、陶瓷微粒、二氧化硅中的一种或多种；无机填料不仅能增加聚丙烯的冲击强度，还能提高抗磨性和降低生产成本；优选的，所述的无机填料粒径为0.01-50μm，在该粒径条件下，无机填料对聚丙烯的增强作用最佳。

上述一种改性聚丙烯材料，其中，优选的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，能提高无机填料与聚丙烯之间的相容性，对提高聚丙烯性能具有积极作用。

上述一种改性聚丙烯材料，其中，优选的，所述的引发剂为过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或多种；引发剂受热后能分解成自由基，引发原材料进行共聚合反应。

上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的耐磨剂为二硫化钼。

上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，其原材料还包括分散剂、增塑剂、抗静电剂、染色剂、増亮剂中的一种或多种；上述的助剂能提高改性聚丙烯材料的加工性，增加其功能性等作用，从而提高其适用性。

本发明一种改性聚丙烯材料，材料中的聚丙烯分子链上嵌入的聚四氟乙烯链段和硅烷基团能改变材料对应力的作用方式，且分子链之间具有一定的交联度，使分子链受力可以传导，从而使聚丙烯具有更高的强度和耐磨性；同时，材料中添加的无机填料和耐磨剂，相互之间共同作用，协同增效，使聚丙烯材料的强度和抗老化性能进一步增加；该改性聚丙烯材料具有非常优异的力学强度和耐磨性，可用于制造的汽车耐磨损的零部件。

进一步的，为了实现上述发明目的，本发明还供了一种高强度耐磨改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将无机填料用偶联剂进行预处理得到预处理无机填料；将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯、引发剂混合均匀后进行共聚合反应得到三元共聚物；

(2)将预处理无机填料、三元共聚物和耐磨剂混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。

本发明一种高强度耐磨改性聚丙烯材料的制备方法，先利用偶联剂对无机填料的预处理，提高了无机填料与高分子材料之间的相容性；再利用三元共聚，将聚丙烯、二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯进行适度的交联聚合，将聚四氟乙烯链段和硅烷基团嵌入到了聚丙烯分子链上，并形成一定的交联度，增加了聚丙烯的强度和耐磨性；最后通过复合处理，将预处理无机填料、三元共聚物和耐磨剂进行复合得到高强度耐磨改性聚丙烯材料，该制备方法工艺简单，产品质量稳定，适合高强度耐磨改性聚丙烯材料的工业化、规模化生产。

上述一种高强度耐磨改性聚丙烯材料的制备方法，其中，步骤1中共聚合反应的温度为280-320℃，压力为10-15MPa，反应时间为2-6h；温度和压力过大，反应时副反应多，得到的共聚物交联度越大，加工性越差；温度和压力过小，反应速度太慢，不利于生产；反应时间过长，得到的分子链聚合度太大，加工性差，反应时间太短，反应不彻底，得到的共聚物性能降低。

上述一种高强度耐磨改性聚丙烯材料的制备方法，其中，步骤2中挤出的温度为300-330℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明改性聚丙烯材料的分子链上嵌入有聚四氟乙烯链段和硅烷基团，且形成一定的交联度，使聚丙烯具有更高的强度和耐磨性。

2、本发明改性聚丙烯材料中含有的无机填料和耐磨剂之间相互作用，使聚丙烯的强度和耐磨性更好。

3、本发明制备方法工艺简单，产品质量稳定，适合高强度耐磨改性聚丙烯材料的工业化、规模化生产。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

(1)将15份的滑石粉与2份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理滑石粉；将55份的聚合度为300的聚丙烯与12份的二乙烯基二甲基硅烷、12份的聚合度为400的聚四氟乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在300℃的温度，12MPa的压力下进行共聚合4h得到三元共聚物；

(2)将预处理滑石粉、三元共聚物、0.8份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到高强度耐磨改性聚丙烯材料。

实施例2

(1)将5份的陶瓷微粒与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在50℃的温度下进行搅拌处理30min得到预处理陶瓷微粒；将60份的聚合度为350的聚丙烯与10份的过氧化二异丙苯、15份的聚合度为500的聚四氟乙烯、0.2份的过氧化二叔丁基混合均匀后在320℃的温度，10MPa的压力下进行共聚合2h得到三元共聚物；

(2)将预处理陶瓷微粒、三元共聚物、1份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到高强度耐磨改性聚丙烯材料。

实施例3

(1)将20份的二氧化硅与3份的硅烷偶联剂混合均匀后，在50℃的温度下进行搅拌处理30min得到预处理二氧化硅；将50份的聚合度为200的聚丙烯与15份的异丙苯过氧化氢、10份的聚合度为300的聚四氟乙烯、0.5份的过氧化二叔丁基混合均匀后在280℃的温度，10MPa的压力下进行共聚合6h得到三元共聚物；

(2)将预处理二氧化硅、三元共聚物、0.5份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到高强度耐磨改性聚丙烯材料。

实施例4

(1)将10份的陶瓷微粒与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在60℃的温度下进行搅拌处理15min得到预处理陶瓷微粒；将50份的聚合度为400的聚丙烯与10份的二乙烯基二甲基硅烷、15份的聚合度为300的聚四氟乙烯、0.5份的叔丁基过氧化氢混合均匀后在320℃的温度，10MPa的压力下进行共聚合5h得到三元共聚物；

(2)将预处理陶瓷微粒、三元共聚物、1份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到高强度耐磨改性聚丙烯材料。

对比例1

(1)将15份的滑石粉与2份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理滑石粉；将55份的聚合度为600的聚丙烯与12份的二乙烯基二甲基硅烷、12份的聚合度为400的聚四氟乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在300℃的温度，12MPa的压力下进行共聚合4h得到三元共聚物；

(2)将预处理滑石粉、三元共聚物、0.8份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

对比例2

(1)将15份的滑石粉与2份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理滑石粉；将55份的聚合度为150的聚丙烯与12份的二乙烯基二甲基硅烷、12份的聚合度为400的聚四氟乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在300℃的温度，12MPa的压力下进行共聚合4h得到三元共聚物；

(2)将预处理滑石粉、三元共聚物、0.8份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

对比例3

(1)将15份的滑石粉与2份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理滑石粉；将55份的聚合度为300的聚丙烯与12份的聚合度为400的聚四氟乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在300℃的温度，12MPa的压力下进行共聚合4h得到二元共聚物；

(2)将预处理滑石粉、二元共聚物、0.8份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

对比例4

(1)将15份的滑石粉与2份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理滑石粉；将55份的聚合度为300的聚丙烯与12份的二乙烯基二甲基硅烷、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在300℃的温度，12MPa的压力下进行共聚合4h得到二元共聚物；

(2)将预处理滑石粉、二元共聚物、0.8份的二硫化钼混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

将上述实施例1-4和对比例1-4制备得到的改性聚丙烯材料进行力学性能及耐磨性的实验(耐磨性能测试：按GB3960-1983标准测试，实验力为200N，转速为200r/min，磨损时间为2h。)，数据记录如下表：

注：“+”越多，代表加工性越好。

通过上述实验记录数据可知，本发明实施例1-4中制备得到的改性聚丙烯材料，具有高拉伸强度和缺口冲击强度，耐磨性优异的优点；而对比例1中使用的聚丙烯聚合度过大，对改性聚丙烯材料的拉伸强度和缺口冲击强度增强作用降低，耐磨性显著降低；对比例2中使用的聚丙烯聚合度过小，共聚合时得到的改性聚丙烯材料断裂伸长率显著降低，加工性差，不利于后期加工；对比例3中没有添加二乙烯基二甲基硅烷，得到的改性聚丙烯材料分子链上没有硅原子，也没有进行交联，其拉伸强度，缺口冲击强度和耐磨性均显著降低；对比例4中未加入聚四氟乙烯，得到的改性聚丙烯材料分子链上没有氟原子，交联度点位密集，脆性大，加工难度度，且其耐磨性也显著降低。

Claims (10)

1.一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份原材料制备而成的：50-60份的聚丙烯，10-15份的二乙烯基二甲基硅烷，5-20份的无机填料，1-3份的偶联剂，0.2-0.5份的引发剂，10-15份的聚四氟乙烯，0.5-1份的耐磨剂；所述的聚丙烯聚合度为200-400；所述的聚四氟乙烯聚合度为300-500。

2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的聚丙烯聚合度为300-350。

3.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，无机填料为滑石粉、陶瓷微粒、二氧化硅中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的无机填料粒径为0.01-50μm。

5.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。

6.根据权利要求5所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的耐磨剂为二硫化钼。

7.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的引发剂为过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，其原材料还包括分散剂、增塑剂、抗静电剂、染色剂、増亮剂中的一种或多种。

9.一种权利要求1-8任一项所述改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将无机填料用偶联剂进行预处理得到预处理无机填料；将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯、引发剂混合均匀后进行共聚合反应得到三元共聚物；

（2）将预处理无机填料、三元共聚物和耐磨剂混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。

10.根据权利要求9所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤1中共聚合反应的温度为280-320℃，压力为10-15MPa，反应时间为2-6h。