CN109403014B - 一种高强度耐磨改性聚丙烯材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，该聚丙烯材料的原料包括耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅‑剑麻纤维复合耐磨填料、三元乙丙橡胶分散液、多壁碳纳米管‑蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒，制备时以改性等规聚丙烯为基料，通过与复合耐磨填料、复合增强填料、pp阻燃母粒混合填充改性后，熔融纺丝得到耐磨性、拉伸强度、压缩强度、耐热阻燃性俱佳的纤维网布基体，再经三元乙丙橡胶分散液的浸润处理、放电驻极后得到的聚丙烯材料在保持良好耐冲击性、机械性能的基础上，编织而成的编织袋具有良好的耐磨性、拉伸强度、防尘抗紫外性能，满足包装袋多功能化的发展需求。

Description

一种高强度耐磨改性聚丙烯材料
技术领域
本发明涉及编织袋用材料技术领域，具体涉及一种高强度耐磨改性聚丙烯材料。
背景技术
聚丙烯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。与其他通用热塑性塑料相比，聚丙烯具有密度小、耐冲击性好、机械性能优异、化学稳定性好等特点，而且来源丰富、价格低廉。目前由聚丙烯材料制备而成的编织袋能够满足轻量化、低成本、环保等发展要求。随着编织袋多元化、功能化的发展需求，对聚丙烯材料提出了更高的要求。现有的聚丙烯材料普遍存在的问题是韧性较差，对缺口十分敏感，低温脆性突出，成型收缩大，导致其拉伸强度、耐磨性较差，限制了应用范围。
现有技术中常采用的提高聚丙烯材料强度和耐磨性的方法是对其进行改性，改性方法包括物理改性和化学改性。物理改性主要包括共混改性、填充改性、复合增强、表面改性等。化学改性包括共聚、接枝、交联、氯化等。其中，填充改性是最简单有效、成本最低的方法之一，纳米微粒填料的表面效应、小尺寸效应和量子隧道效应，具有很高的表面活性和大比表面积，填充聚丙烯后可以有效改善聚合物的强度、韧性、刚性及耐磨性。
申请号201710706307.7的专利公开了一种高强度耐磨改性聚丙烯材料及其制备方法，该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，该材料制备方法简单，产品质量稳定，强度和耐磨性大大提高，适合工业化生产。但是存在以下问题：1、无机填料、耐磨剂品种较单一，无法良好发挥耐磨增强协效作用；2、原料间的相容性较差，无机填料无法均匀分散到反应体系中；3、共聚反应时需要280-320℃、10-15MPa的高温高压苛刻反应条件，生产过程不易控制。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，该聚丙烯材料以改性等规聚丙烯为基料，通过与复合耐磨填料、复合增强填料、pp阻燃母粒混合填充改性后，熔融纺丝得到耐磨性、拉伸强度、压缩强度、耐热阻燃性俱佳的纤维网布基体，再经三元乙丙橡胶分散液的浸润处理、放电驻极后得到的聚丙烯材料在保持良好耐冲击性、机械性能的基础上，编织而成的编织袋具有良好的耐磨性、拉伸强度、防尘抗紫外性能，满足包装袋多功能化的发展需求。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，包括以下重量份的原料：耐磨改性聚丙烯基料160-200份、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料15-26份、三元乙丙橡胶分散液36-50份、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料6-16份、pp阻燃母粒4-7份；
所述耐磨改性聚丙烯基料的制备方法包括以下步骤：
(1)混合改性：按照重量份计，称取120-150份等规聚丙烯纤维、12-18份聚醚型聚氨酯热塑弹性体、3-6份纳米二硫化钼、1-3份纳米二氧化钛粉末，投入反应釜中，在氮气保护气氛下，50℃加热搅拌1h，得到改性混合料；其中，等规聚丙烯纤维的熔体流动速率为10-16g/10min，模塑收缩率为0.8％，等规指数为88-90％；
(2)熔融喷丝：选择孔径为0.2-0.4μm、长径比为10-20的纺丝帽，将改性混合料加热到熔融温度得到改性聚丙烯基料熔体，熔体使用计量泵喂入200-220℃的纺丝帽，双螺杆挤出机将熔体从纺丝帽的喷丝孔中挤出，挤出流量控制在60-80g/min；
(3)牵伸：将挤出的熔体使用高速热空气流牵伸成丝，得到直径为1-3μm的耐磨改性聚丙烯基料；其中，热空气温度为150-180℃，压力为0.3MPa，流速为12m/s。
本发明的高强度耐磨改性聚丙烯材料，考虑到传统的聚丙烯材料具有良好的疏水性、热稳定性和电荷储存能力，但是耐冲击性、耐老化性差。以等规聚丙烯纤维作为主要成分，等规聚丙烯纤维结构规整，容易结晶，聚醚型聚氨酯热塑弹性体的弹性模量介于塑料和橡胶之间，在较宽的硬度范围内仍能保持较好的弹性，体现出强度高、韧性好、耐磨、耐油等优异性能，与等规聚丙烯混合后，热塑性弹体中的硬链段通过分子间氢键与聚丙烯纤维获得强的物理交联结构，进一步形成微相分离结构，加强聚丙烯纤维的强度、韧性、耐磨性、耐油性。纳米二硫化钼由于其层间硫原子间重叠居数比石墨还低很多，因此层间硫原子难以键合，键合力更弱，更易滑动，使用二硫化钼进行润滑，即使负载上升，润滑效果非但下降，使得聚丙烯纤维无论在哪种气氛下，仍然保持良好的表面滑动性和耐摩擦性。添加的纳米二氧化钛与等规聚丙烯纤维混合熔融的过程中，由于二氧化钛的带隙能较宽，当其吸收波长小于或等于387.5nm的紫外光照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子，而价带中则相应地形成光生空穴，提高了等规聚丙烯的耐紫外光性能。
该耐磨改性聚丙烯基料在制备过程中，通过混合改性、熔融喷丝、牵伸得到，使得等规聚丙烯纤维与填料熔融后，紧密交织相容，发挥良好耐磨、高强、耐紫外线协效作用。
作为本发明进一步的方案，所述纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料的制备方法包括以下步骤：
(1)剑麻纤维制备：选取长度85-95cm、束纤维强力800-900N、含杂率≤3％的剑麻纤维粗品，使用3-5g/L的碱液浸泡8h，水洗至中性；使用浓度2g/mL的酒石酸氢钾水溶液浸渍，捞出后自然晾干得到预处理剑麻纤维；预处理剑麻纤维裁剪成尺寸为1cm×1cm的小段，粉碎研磨，再用土工布等效孔径测定仪振动筛选，得到剑麻粉；剑麻粉溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，搅拌均匀后超声脱泡，计量泵推至喷丝板喷出进入凝固浴、牵伸浴得到剑麻纤维；
(2)复合浆液制备：将20-32g剑麻纤维分散在600mL的无水乙醇中，加入1L纳米二氧化硅溶胶，45℃搅拌形成均匀分散的悬浮体系；搅拌2h，在40KHz频率下超声振荡15min得到复合浆液；
(3)洗涤干燥：复合浆液减压过滤，去离子水洗涤2-4次，滤饼收集干燥后得到纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料。
本发明的纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料，剑麻纤维比表面积大、吸附性良好，对光响应范围广，通过将剑麻纤维在碱液浸泡后，可以去除纤维间隙中的果胶、大纤维分子、金属元素等杂质，pH调节剂酒石酸氢钾水溶液调节pH至中性，研磨粉碎、振动筛选得到剑麻粉。土工布等效孔径测定仪可以利用干筛法高效测定和得到固定孔径的剑麻粉，溶解于高性能溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中。复合浆液制备过程中，二氧化硅渗透分布在剑麻纤维的孔隙中，使得剑麻纤维起到负载作用。极少的复合耐磨填料便可在聚丙烯的表面分散达到平衡，进一步提高耐磨性。
作为本发明进一步的方案，所述三元乙丙橡胶分散液由三元乙丙橡胶与稀释剂按照质量比1:10混合制备而成；其中，稀释剂由醋酸正丙酯、醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯按照质量比6:4:1混合而成。
本发明的三元乙丙橡胶分散液中，三元乙丙橡胶主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，与多种酯类溶剂混合相容后，不仅具有友好的气味，还可以增加聚丙烯材料的相容性、附着力、耐老化性。
作为本发明进一步的方案，所述多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料的制备方法包括以下步骤：
(1)多壁碳纳米管改性处理：将4-7重量份的多壁碳纳米管浸渍到15-26重量份的有机锆交联剂中，搅拌12h，陈化过夜，120℃干燥30min，研磨得到粒度小于50μm的改性多壁碳纳米管；
(2)混合浆料制备：将改性碳纳米管与去离子水按照质量比1:6-8混合后，35℃搅拌均匀制成改性碳纳米管浆液，加入改性碳纳米管浆液质量6-10％的蒙脱土，滴加饱和碳酸钠溶液调节体系pH值至7-9，得到混合浆料；
(3)过滤干燥：将混合浆料减压过滤后得到一次滤饼和一次滤液，一次滤液再次减压过滤得到二次滤饼和二次滤液，一次滤饼与二次滤饼合并后，置于70℃的无菌干燥箱中干燥至含水量小于15％，粉碎研磨得到多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料。
本发明的多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料，多壁碳纳米管是由多个碳六元环组成的类似于石墨的平面，按照规则的方式卷曲而成的纳米级管状结构，每个碳原子都通过SP2杂化与周围的3个碳原子键合，形成大量的高度离域化π电子，在通过有机锆交联剂的交联后，可以使多壁碳纳米管形成规则的交联结构，与同样疏松多孔的蒙脱土物理结合，增强蒙脱土层间的范德华力键合和氢键连接作用，减弱蒙脱土的离子吸附、膨胀性，显著改善耐磨改性聚丙烯的耐磨性和结构强度。
作为本发明进一步的方案，该聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到260-280℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度270-280℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)浸润处理：将纤维网布基体浸润在三元乙丙橡胶分散液中2h，每隔30min超声处理一次，然后在纤维网两侧使用120℃的热压板给予2kPa压力的热压，180-200℃干燥至表面无明显液滴即可；
(3)放电驻极：将步骤(2)浸润处理后的纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。
作为本发明进一步的方案，所述电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
本发明的聚丙烯材料的制备方法，采用耐磨改性聚丙烯基料与纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒熔融纺丝、牵伸后形成纤维网布基体，再使用三元乙丙橡胶分散液浸润、热压、干燥、放电驻极处理后得到该聚丙烯材料。各成分能够在纺丝时紧密交织，发挥协效作用，牵伸而成的纤维网体在三元乙丙橡胶分散液中附着交联，材料抵抗变形和断裂的能力增强；放电驻极使得浸润后的纤维网布基体与气流垂直的方向上存在高压静电场，在纤维的孔隙间形成无数个无源集成电极，当气流中的粉尘、颗粒、细菌通过时，就会在电场力的作用下被捕获，气流中的中性微粒因感应或极化而成为偶极子，也可有效地被捕获。该制备方法设计独特，在保留聚丙烯原有特性的基础上，显著改善了抗拉伸强度、耐磨性、防尘抗紫外性能，扩大了应用范围。
本发明的有益效果：
1、本发明的高强度耐磨改性聚丙烯材料，以改性等规聚丙烯为基料，通过与复合耐磨填料、复合增强填料、pp阻燃母粒混合填充改性后，熔融纺丝得到耐磨性、拉伸强度、压缩强度、耐热阻燃性俱佳的纤维网布基体，再经三元乙丙橡胶分散液的浸润处理、放电驻极后得到的聚丙烯材料在保持良好耐冲击性、机械性能的基础上，编织而成的编织袋具有良好的耐磨性、拉伸强度、防尘抗紫外性能，满足包装袋多功能化的发展需求。
2、耐磨改性聚丙烯基料以等规聚丙烯纤维作为主要成分，聚醚型聚氨酯热塑弹性体与等规聚丙烯混合后，热塑性弹体中的硬链段通过分子间氢键与聚丙烯纤维获得强的物理交联结构，进一步形成微相分离结构，加强聚丙烯纤维的强度、韧性、耐磨性、耐油性；纳米二硫化钼在负载上升的情况下润滑效果不会下降，仍然保持良好的表面滑动性和耐摩擦性；添加的纳米二氧化钛的价带电子会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子，而价带中则相应地形成光生空穴，提高了等规聚丙烯的耐紫外光性能。
3、本发明的聚丙烯材料的制备方法，各成分能够在纺丝时紧密交织，发挥协效作用，牵伸而成的纤维网体在三元乙丙橡胶分散液中附着交联，材料抵抗变形和断裂的能力增强；放电驻极使得浸润后的纤维网布基体与气流垂直的方向上存在高压静电场，在纤维的孔隙间形成无数个无源集成电极，当气流中的粉尘、颗粒、细菌通过时，就会在电场力的作用下被捕获，气流中的中性微粒因感应或极化而成为偶极子，也可有效地被捕获。该方法在保留聚丙烯原有特性的基础上，显著改善了抗拉伸强度、耐磨性、防尘阻燃性能，扩大了应用范围。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，包括以下重量份的原料：耐磨改性聚丙烯基料185份、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料23份、三元乙丙橡胶分散液42份、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料13份、pp阻燃母粒5份。
所述耐磨改性聚丙烯基料的制备方法包括以下步骤：
(1)混合改性：按照重量份计，称取120-150份等规聚丙烯纤维、12-18份聚醚型聚氨酯热塑弹性体、3-6份纳米二硫化钼、1-3份纳米二氧化钛粉末，投入反应釜中，在氮气保护气氛下，50℃加热搅拌1h，得到改性混合料；其中，等规聚丙烯纤维的熔体流动速率为10-16g/10min，模塑收缩率为0.8％，等规指数为88-90％；
(2)熔融喷丝：选择孔径为0.2-0.4μm、长径比为10-20的纺丝帽，将改性混合料加热到熔融温度得到改性聚丙烯基料熔体，熔体使用计量泵喂入200-220℃的纺丝帽，双螺杆挤出机将熔体从纺丝帽的喷丝孔中挤出，挤出流量控制在60-80g/min；
(3)牵伸：将挤出的熔体使用高速热空气流牵伸成丝，得到直径为1-3μm的耐磨改性聚丙烯基料；其中，热空气温度为150-180℃，压力为0.3MPa，流速为12m/s。
所述纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料的制备方法包括以下步骤：
(1)剑麻纤维制备：选取长度85-95cm、束纤维强力800-900N、含杂率≤3％的剑麻纤维粗品，使用3-5g/L的碱液浸泡8h，水洗至中性；使用浓度2g/mL的酒石酸氢钾水溶液浸渍，捞出后自然晾干得到预处理剑麻纤维；预处理剑麻纤维裁剪成尺寸为1cm×1cm的小段，粉碎研磨，再用土工布等效孔径测定仪振动筛选，得到剑麻粉；剑麻粉溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，搅拌均匀后超声脱泡，计量泵推至喷丝板喷出进入凝固浴、牵伸浴得到剑麻纤维；
(2)复合浆液制备：将20-32g剑麻纤维分散在600mL的无水乙醇中，加入1L纳米二氧化硅溶胶，45℃搅拌形成均匀分散的悬浮体系；搅拌2h，在40KHz频率下超声振荡15min得到复合浆液；
(3)洗涤干燥：复合浆液减压过滤，去离子水洗涤2-4次，滤饼收集干燥后得到纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料。
所述三元乙丙橡胶分散液由三元乙丙橡胶与稀释剂按照质量比1:10混合制备而成；其中，稀释剂由醋酸正丙酯、醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯按照质量比6:4:1混合而成。
所述多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料的制备方法包括以下步骤：
(1)多壁碳纳米管改性处理：将4-7重量份的多壁碳纳米管浸渍到15-26重量份的有机锆交联剂中，搅拌12h，陈化过夜，120℃干燥30min，研磨得到粒度小于50μm的改性多壁碳纳米管；
(2)混合浆料制备：将改性碳纳米管与去离子水按照质量比1:6-8混合后，35℃搅拌均匀制成改性碳纳米管浆液，加入改性碳纳米管浆液质量6-10％的蒙脱土，滴加饱和碳酸钠溶液调节体系pH值至7-9，得到混合浆料；
(3)过滤干燥：将混合浆料减压过滤后得到一次滤饼和一次滤液，一次滤液再次减压过滤得到二次滤饼和二次滤液，一次滤饼与二次滤饼合并后，置于70℃的无菌干燥箱中干燥至含水量小于15％，粉碎研磨得到多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料。
该聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到278℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度275℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)浸润处理：将纤维网布基体浸润在三元乙丙橡胶分散液中2h，每隔30min超声处理一次，然后在纤维网两侧使用120℃的热压板给予2kPa压力的热压，190℃干燥至表面无明显液滴即可；
(3)放电驻极：将步骤(2)浸润处理后的纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。其中，电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
实施例2
本实施例的一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，包括以下重量份的原料：耐磨改性聚丙烯基料195份、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料18份、三元乙丙橡胶分散液46份、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料13份、pp阻燃母粒4份。
所述耐磨改性聚丙烯基料的制备方法与实施例1相同。
所述纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料的制备方法与实施例1相同。
所述三元乙丙橡胶分散液由三元乙丙橡胶与稀释剂按照质量比1:10混合制备而成；其中，稀释剂由醋酸正丙酯、醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯按照质量比6:4:1混合而成。
所述多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料的制备方法与实施例1相同。
该聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到280℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度272℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)浸润处理：将纤维网布基体浸润在三元乙丙橡胶分散液中2h，每隔30min超声处理一次，然后在纤维网两侧使用120℃的热压板给予2kPa压力的热压，200℃干燥至表面无明显液滴即可；
(3)放电驻极：将步骤(2)浸润处理后的纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。其中，电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
实施例3
本实施例的一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，包括以下重量份的原料：耐磨改性聚丙烯基料167份、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料20份、三元乙丙橡胶分散液42份、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料12份、pp阻燃母粒7份。
所述耐磨改性聚丙烯基料的制备方法与实施例1相同。
所述纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料的制备方法与实施例1相同。
所述三元乙丙橡胶分散液由三元乙丙橡胶与稀释剂按照质量比1:10混合制备而成；其中，稀释剂由醋酸正丙酯、醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯按照质量比6:4:1混合而成。
所述多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料的制备方法与实施例1相同。
该聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到280℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度280℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)浸润处理：将纤维网布基体浸润在三元乙丙橡胶分散液中2h，每隔30min超声处理一次，然后在纤维网两侧使用120℃的热压板给予2kPa压力的热压，188℃干燥至表面无明显液滴即可；
(3)放电驻极：将步骤(2)浸润处理后的纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。其中，电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，缺少纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料的添加，制备过程如下：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到280℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度280℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)浸润处理：将纤维网布基体浸润在三元乙丙橡胶分散液中2h，每隔30min超声处理一次，然后在纤维网两侧使用120℃的热压板给予2kPa压力的热压，188℃干燥至表面无明显液滴即可；
(3)放电驻极：将步骤(2)浸润处理后的纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。其中，电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，缺少多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料的添加，制备过程如下：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到280℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度280℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)浸润处理：将纤维网布基体浸润在三元乙丙橡胶分散液中2h，每隔30min超声处理一次，然后在纤维网两侧使用120℃的热压板给予2kPa压力的热压，188℃干燥至表面无明显液滴即可；
(3)放电驻极：将步骤(2)浸润处理后的纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。其中，电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，缺少浸润处理步骤，制备过程如下：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到280℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度280℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)放电驻极：将纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。其中，电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
对比例4
参照申请号201710706307.7的专利中实施例1制备的高强度耐磨聚丙烯材料。
性能测试
将上述实施例、对比例制备的聚丙烯材料通过常规的印刷、裁切、缝制、粘合制备得到宽度800mm、长度1000mm的塑料编织袋，参照行业标准GB/T 8946-2013《塑料编织袋通用技术要求》进行了最大允许装载质量、拉伸负荷、抗紫外线性能、冲击强度的测量。具体测试结果见表1：
表1.性能测试结果
Figure BDA0001811585400000141
由上表可以看出，本发明实施例的聚丙烯材料制备的编织袋在最大允许装载质量、拉伸负荷、抗紫外线性能、冲击强度方面均优于对比例，最大允许装载质量、拉伸负荷大说明耐压强度、拉伸强度优良，冲击强度大说明材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力好，耐磨性和抗褶皱性佳。对比例1由于缺少纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料，无法使剑麻纤维负载二氧化硅而发挥良好的增强耐磨性能，耐压强度、拉伸强度、耐磨性大大降低。对比例2由于缺少多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料，无法使多壁碳纳米管形成规则的交联结构并与蒙脱土物理结合，强度和耐磨性降低显著。对比例3由于缺少浸润处理步骤，使得纤维网布基体无法在三元乙丙橡胶分散液中附着交联，材料抵抗变形和断裂的能力减弱。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高强度耐磨改性聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：耐磨改性聚丙烯基料160-200份、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料15-26份、三元乙丙橡胶分散液36-50份、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料6-16份、pp阻燃母粒4-7份；
所述耐磨改性聚丙烯基料的制备方法包括以下步骤：
(1)混合改性：按照重量份计，称取120-150份等规聚丙烯纤维、12-18份聚醚型聚氨酯热塑弹性体、3-6份纳米二硫化钼、1-3份纳米二氧化钛粉末，投入反应釜中，在氮气保护气氛下，50℃加热搅拌1h，得到改性混合料；其中，等规聚丙烯纤维的熔体流动速率为10-16g/10min，模塑收缩率为0.8％，等规指数为88-90％；
(2)熔融喷丝：选择孔径为0.2-0.4μm、长径比为10-20的纺丝帽，将改性混合料加热到熔融温度得到改性聚丙烯基料熔体，熔体使用计量泵喂入200-220℃的纺丝帽，双螺杆挤出机将熔体从纺丝帽的喷丝孔中挤出，挤出流量控制在60-80g/min；
(3)牵伸：将挤出的熔体使用高速热空气流牵伸成丝，得到直径为1-3μm的耐磨改性聚丙烯基料；其中，热空气温度为150-180℃，压力为0.3MPa，流速为12m/s；
所述纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料的制备方法包括以下步骤：
(1)剑麻纤维制备：选取长度85-95cm、束纤维强力800-900N、含杂率≤3％的剑麻纤维粗品，使用3-5g/L的碱液浸泡8h，水洗至中性；使用浓度2g/mL的酒石酸氢钾水溶液浸渍，捞出后自然晾干得到预处理剑麻纤维；预处理剑麻纤维裁剪成尺寸为1cm×1cm的小段，粉碎研磨，再用土工布等效孔径测定仪振动筛选，得到剑麻粉；剑麻粉溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，搅拌均匀后超声脱泡，计量泵推至喷丝板喷出进入凝固浴、牵伸浴得到剑麻纤维；
(2)复合浆液制备：将20-32g剑麻纤维分散在600mL的无水乙醇中，加入1L纳米二氧化硅溶胶，45℃搅拌形成均匀分散的悬浮体系；搅拌2h，在40KHz频率下超声振荡15min得到复合浆液；
(3)洗涤干燥：复合浆液减压过滤，去离子水洗涤2-4次，滤饼收集干燥后得到纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料；
所述三元乙丙橡胶分散液由三元乙丙橡胶与稀释剂按照质量比1:10混合制备而成；其中，稀释剂由醋酸正丙酯、醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯按照质量比6:4:1混合而成；
所述多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料的制备方法包括以下步骤：
(1)多壁碳纳米管改性处理：将4-7重量份的多壁碳纳米管浸渍到15-26重量份的有机锆交联剂中，搅拌12h，陈化过夜，120℃干燥30min，研磨得到粒度小于50μm的改性多壁碳纳米管；
(2)混合浆料制备：将改性碳纳米管与去离子水按照质量比1:6-8混合后，35℃搅拌均匀制成改性碳纳米管浆液，加入改性碳纳米管浆液质量6-10％的蒙脱土，滴加饱和碳酸钠溶液调节体系pH值至7-9，得到混合浆料；
(3)过滤干燥：将混合浆料减压过滤后得到一次滤饼和一次滤液，一次滤液再次减压过滤得到二次滤饼和二次滤液，一次滤饼与二次滤饼合并后，置于70℃的无菌干燥箱中干燥至含水量小于15％，粉碎研磨得到多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料。
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨改性聚丙烯材料，其特征在于，该聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔融纺丝：将耐磨改性聚丙烯基料、纳米二氧化硅-剑麻纤维复合耐磨填料、多壁碳纳米管-蒙脱土复合增强填料、pp阻燃母粒加入到反应釜中，熔融温度下加热混炼1h，待冷却到260-280℃后，通入纺丝机中挤出纺丝，使用温度270-280℃、压力0.3MPa、流速12m/s高速热空气流牵伸成纤维网布基体；
(2)浸润处理：将纤维网布基体浸润在三元乙丙橡胶分散液中2h，每隔30min超声处理一次，然后在纤维网两侧使用120℃的热压板给予2kPa压力的热压，180-200℃干燥至表面无明显液滴即可；
(3)放电驻极：将步骤(2)浸润处理后的纤维网布基体使用电晕放电装置的弦丝-滚筒式线状电极放电，得到该聚丙烯材料。
3.根据权利要求2所述的高强度耐磨改性聚丙烯材料，其特征在于，所述电晕放电装置采用双电源双极性电晕放电装置，电压正极35KV，负极电压-15KV，驻极距离8cm。
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