CN110857345A - 一种聚烯烃基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚烯烃基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚烯烃基复合材料及其制备方法，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：聚烯烃基树脂、活性膨胀蛭石微粉、玻璃纤维增强体系、纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、发泡剂体系、抗静电剂体系、润滑剂、热氧稳定剂体系、界面相容剂、超分散包覆剂、助剂材料，本发明所述的聚烯烃基复合材料及其制备方法具有密度小、减振降噪、高抗冲击、高抗拔、阻燃、抗静电、耐热氧老化、耐腐蚀等优点。

Description

一种聚烯烃基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热塑性复合材料挤出成型技术领域，特别涉及一种聚烯烃基复合材料及其制备方法。
背景技术
热塑性复合材料由于其综合性能优良，具有很好的耐腐蚀性和耐高温性，成形性好，可再生性好，无存放时限和特殊存放条件要求，广泛应用于汽车、轨道交通、航空航天、电子电气、机械、建筑等行业。在汽车上应用包括汽车的保险杠、挡泥板、座椅、仪表盘等；航天上应用包括飞机机身、机翼、内装件、火箭和导弹发动机壳体、导弹弹药箱、喷管、发射筒、雷达罩和压力容器等；在电气电子方面用于制造表罩壳、接线盒、电视机后盖、风扇叶片等；在机械和建筑方面因其耐腐蚀等优点将逐渐取代部分金属材料应用越来越广，在材料市场占据重要位置，对行业快速发展起着重要的推动作用。
聚烯烃作为热塑性复合材料主要组成部分，具有质轻、无毒、成型加工容易、性价比高等特点，在很多领域都具有广泛应用，是世界上用量最大的通用塑料，但是其氧指数较低属于易燃材料，且其强度较低容易发生翘曲变形和蠕变，耐热氧老化性能较差，在很多领域应用都受到限制。因此开展多功能聚烯烃基复合材料的研究，进一步改进聚烯烃产品的性能和品质，提高其附加值和市场竞争力，可以满足不同用户的个性化需求，促进产品的高性能化、精细化、差别化和系统化，不但对聚烯烃应用市场的扩展极为重要，同时对聚烯烃行业的技术进步极为有利，对提高国内聚烯烃生产企业市场竞争力也极为关键。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种聚烯烃基复合材料及其制备方法，以解决聚烯烃基热塑性复合材料氧指数较低易燃烧、强度较低容易发生翘曲变形且在轨道交通和桥梁施工等工程建设过程中金属结构件抗拔力较差、耐热性差易发生高温蠕变、高矿物填充复合材料密度大且抗冲击性能及减振降噪效果差等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：聚烯烃基树脂、活性膨胀蛭石微粉、玻璃纤维增强体系、纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、发泡剂体系、抗静电剂体系、润滑剂、热氧稳定剂体系、界面相容剂、超分散包覆剂、助剂材料。
进一步的，所述聚烯烃基复合材料的原料组分的重量份如下：聚烯烃基树脂40～70份、活性膨胀蛭石微粉20～50份、玻璃纤维增强体系10～30份、纳米无机矿物填充体系15～40份、无卤阻燃抑烟抗滴落体系10～40份、发泡剂体系0.5～3份、抗静电剂体系1～5份、润滑剂体系0.5～3份、热氧稳定剂体系0.2～0.8份、界面相容剂体系0.5～3份、超分散包覆剂0.2～0.8份、助剂材料0.5～3份。
进一步的，所述聚烯烃基树脂为由低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或多种和高密度聚乙烯复配所制备的复合材料。
进一步的，所述活性膨胀蛭石微粉是指经硅烷偶联剂和十六烷基三甲基溴化铵有机插层处理的膨胀蛭石微粉，其颗粒直径为50～150μm。
进一步的，所述玻璃纤维增强体系由短切玻璃纤维、长切玻璃纤维、玻纤增强聚乙烯、玻纤增强聚丙烯中的一种或多种组成，所使用的短切玻璃纤维为单丝纤维直径8～12μm、长度5～10mm并经表面活化处理的玻璃纤维。
进一步的，所述纳米无机矿物填充体系为纳米碳酸钙、纳米滑石粉、纳米二氧化硅中的一种或多种和硅灰石纤维、玄武岩纤维、碳酸钙晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种按照比例复配组成。
进一步的，所述无卤阻燃抑烟抗滴落体系为无卤阻燃剂、协效阻燃剂、抗滴落剂按照(10～30):(5～20):(3～10)比例配制，其中无卤阻燃剂为采用聚烯烃树脂基体制备的红磷母粒或微囊红磷，协效阻燃剂由三聚氰胺与氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二铝中的一种或多种按照比例混配制得，抗滴落剂的主要成分为聚四氟乙烯微粉颗粒。
进一步的，所述发泡剂体系为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠或对甲苯磺酰胺基脲中的一种或两种复配组成，其发泡温度范围为155℃～190℃。
进一步的，所述超分散包覆剂是由有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及白油按照(3～6):(0.5～1):(0.5～1):(0～5)比例配制的或由有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按照(3～6):(0.5～1):(0.5～1):(0～5)比例配制的。
相对于现有技术，本发明所述的聚烯烃基复合材料具有以下优势：
(1)本发明所述的聚烯烃基复合材料适用于通过挤出成型和模压成型制备大截面尺寸的板材、棒材和管材等，具有密度小、减振降噪、高抗冲击、高抗拔、阻燃、抗静电、耐热氧老化、耐腐蚀等特殊性能，适合用于轨道交通、桥梁、地下矿井等环境使用。
(2)本发明所述的聚烯烃基复合材料采用经过活性处理的膨胀蛭石微粉作为基础填料，不仅提高了膨胀蛭石与聚烯烃树脂的界面相容结合力以及聚烯烃基复合材料的隔热、减振、吸声降噪和阻燃等性能，还降低了聚烯烃基复合材料的单位体积重量和生产成本。
(3)本发明所述的聚烯烃基复合材料优选纤维状(针状)矿物填料作为无机矿物填料的主要组成部分，并与纳米片层或球状无机矿物复配，不同维度的矿物填料相互组合有效降低了无机矿物与聚烯烃树脂层间距，提高了分子之间的层间截面结合力，进而提高了聚烯烃基复合材料的刚度和韧性。
(4)本发明所述的聚烯烃基复合材料不仅优选膨胀蛭石微粉作为轻质填料，并在配方组成中添加复配化学发泡剂，有效降低了聚烯烃基复合材料的密度，并提高了聚烯烃基复合材料的隔热、减振、吸声降噪等性能。
(5)本发明所述的聚烯烃基复合材料优选聚烯烃树脂基体制备的红磷母粒或微囊红磷为无卤素阻燃剂，三聚氰胺为协效阻燃剂，氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二铝中的一种或多种按照一定比例混配为抑烟剂，聚四氟乙烯微粉为抗滴落剂，有效降低了聚烯烃基复合材料的有焰燃烧时间，并降低了在火焰燃烧过程中有毒有害气体的释放量为火灾发生时逃生提供了更好的条件。
(6)本发明有效解决了聚烯烃基热塑性复合材料氧指数较低易燃烧、强度较低容易发生翘曲变形且在轨道交通和桥梁施工等工程建设过程中金属结构件抗拔力较差、耐热性差易发生高温蠕变、高矿物填充复合材料密度大且抗冲击性能及减振降噪效果差等问题，为进一步拓宽聚烯烃基热塑性复合材料的应用领域，实现通用塑料工程化、功能化、实用化的目标起到很好的推动作用。
本发明的另一目的在于提出一种用于制备上述聚烯烃基复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)活性膨胀蛭石微粉制备：称取一定量的膨胀蛭石放入真空干燥箱中，90～100℃干燥2～4h至恒重，取出待用；按照质量比2：3：1配制硅烷偶联剂、乙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液高速搅匀后得活性溶剂，静置待用；按照质量比1:2分别称取干燥后的膨胀蛭石和配制好的活性溶剂放入搅拌器中在80～90℃条件下恒温搅拌6～8h后排出，冷却至室温静置12～24h，经过多次真空抽滤、洗涤至用硝酸银溶液检测无沉淀为止；最后放入100～110℃烘箱干燥10～12h至恒重，冷却至室温待用；
(2)原料干燥：先通过干燥系统将各种原料进行烘干处理，烘干温度60～100℃，烘干时间8～12h；然后将烘干后的原料经皮带输送系统送至预混仓库；
(3)原料混配：a.于温度为25-30℃条件下按照配方要求首先将聚烯烃基树脂、玻璃纤维增强体系、界面相容剂倒入预混料仓，并将超分散包覆剂用喷壶均匀喷洒在其表面后经螺杆提升机快速输送至高混机中搅拌，搅拌时间3～10min，搅拌速度300～500r/min；b.于温度为25-30℃条件下按照配方要求将纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、发泡剂体系、抗静电剂体系、润滑剂体系、热氧稳定剂体系、助剂材料倒入预混料仓经螺杆提升机快速输送至高混机搅拌，以1000～1500r/min的搅拌速度搅拌10～15min或设定高混机物料温度由室温提升至80℃-110℃；c.待高混机达到设定的搅拌时间或物料温度后物料快速排放至低温冷却混料机搅拌仓，以150～300r/min的搅拌速度搅拌20～40min或达到低温冷却混料机设定的物料温度20℃～40℃后，冷却搅拌完成，排出投入物料运输箱待用；
(4)物料上仓：将配置好的物料按需通过真空上料机输送至高温密炼机下料斗中；
(5)一阶塑化：启动高温密炼机喂料器和转子转动塑化物料，温度150℃～200℃，转速40～100r/min，时间20～50min；
(6)二阶成型：塑化完成的物料经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机根据制品截面尺寸需求成型，其中螺杆温度150℃～200℃，转速5～50r/min；
(7)包装入库：成品经保压冷却后，定长锯切，包装输送至成品仓库。
所述聚烯烃基复合材料的制备方法与上述聚烯烃基复合材料相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将详细说明本发明。
具体的，本发明提供一种聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：聚烯烃基树脂、活性膨胀蛭石微粉、玻璃纤维增强体系、纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、发泡剂体系、抗静电剂体系、润滑剂、热氧稳定剂体系、界面相容剂、超分散包覆剂、助剂材料。
进一步的，所述聚烯烃基复合材料的原料组分的重量份如下：聚烯烃基树脂40～70份、活性膨胀蛭石微粉20～50份、玻璃纤维增强体系10～30份、纳米无机矿物填充体系15～40份、无卤阻燃抑烟抗滴落体系10～40份、发泡剂体系0.5～3份、抗静电剂体系1～5份、润滑剂体系0.5～3份、热氧稳定剂体系0.2～0.8份、界面相容剂体系0.5～3份、超分散包覆剂0.2～0.8份、助剂材料0.5～3份。
优选的，所述聚烯烃基树脂为由低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或多种和高密度聚乙烯复配所制备的复合材料。
优选的，所述活性膨胀蛭石微粉是指经硅烷偶联剂和十六烷基三甲基溴化铵有机插层处理的膨胀蛭石微粉，其颗粒直径为50～150μm。本发明所述的聚烯烃基复合材料采用经过活性处理的膨胀蛭石微粉作为基础填料，不仅提高了膨胀蛭石与聚烯烃树脂的界面相容结合力以及聚烯烃基复合材料的隔热、减振、吸声降噪和阻燃等性能，还降低了聚烯烃基复合材料的单位体积重量和生产成本。
优选的，所述玻璃纤维增强体系由短切玻璃纤维、长切玻璃纤维、玻纤增强聚乙烯、玻纤增强聚丙烯中的一种或多种组成，所使用的短切玻璃纤维为单丝纤维直径8～12μm、长度5～10mm并经表面活化处理的玻璃纤维。
优选的，所述纳米无机矿物填充体系为纳米碳酸钙、纳米滑石粉、纳米二氧化硅中的一种或多种和硅灰石纤维、玄武岩纤维、碳酸钙晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种按照比例复配组成。本发明所述的聚烯烃基复合材料优选纤维状(针状)矿物填料作为无机矿物填料的主要组成部分，并与纳米片层或球状无机矿物复配，不同维度的矿物填料相互组合有效降低了无机矿物与聚烯烃树脂层间距，提高了分子之间的层间截面结合力，进而提高了聚烯烃基复合材料的刚度和韧性。
优选的，所述无卤阻燃抑烟抗滴落体系为无卤阻燃剂、协效阻燃剂、抗滴落剂按照(10～30):(5～20):(3～10)比例配制，其中无卤阻燃剂为采用聚烯烃树脂基体制备的红磷母粒或微囊红磷，协效阻燃剂由三聚氰胺与氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二铝中的一种或多种按照比例混配制得，抗滴落剂的主要成分为聚四氟乙烯微粉颗粒。本发明所述的聚烯烃基复合材料优选聚烯烃树脂基体制备的红磷母粒或微囊红磷为无卤素阻燃剂，三聚氰胺为协效阻燃剂，氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二铝中的一种或多种按照一定比例混配为抑烟剂，聚四氟乙烯微粉为抗滴落剂，有效降低了聚烯烃基复合材料的有焰燃烧时间，并降低了在火焰燃烧过程中有毒有害气体的释放量为火灾发生时逃生提供了更好的条件。
优选的，所述发泡剂体系为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠或对甲苯磺酰胺基脲中的一种或两种复配组成，其发泡温度范围为155℃～190℃。本发明所述的聚烯烃基复合材料不仅优选膨胀蛭石微粉作为轻质填料，并在配方组成中添加复配化学发泡剂，有效降低了聚烯烃基复合材料的密度，并提高了聚烯烃基复合材料的隔热、减振、吸声降噪等性能。
优选的，所述抗静电剂体系为膨胀石墨、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或两种与聚乙烯基树脂母粒复配组成。
优选的，所述润滑剂体系是由二硫化钼、半精石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺、乙烯基双硬酯酰胺和聚乙烯蜡中的两种以上按比例常温下混合制得。
优选的，所述热氧稳定剂体系通过抗氧剂、抗紫外老化剂、钛白粉按照比例常温下混合制得，其中抗氧剂的主要成分为亚磷酸酯类抗氧剂168或季戊四醇酯类抗氧剂1010及两者的复配抗氧剂215。
优选的，所述界面相容剂由马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝POE中的一种或两种复配组成。
优选的，所述超分散包覆剂是由有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及白油按照(3～6):(0.5～1):(0.5～1):(0～5)比例配制的或由有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按照(3～6):(0.5～1):(0.5～1):(0～5)比例配制的。
优选的，所述助剂材料为硅酮母粒或环氧大豆油。
所述的聚烯烃基复合材料适用于通过挤出成型和模压成型制备大截面尺寸的板材、棒材和管材等，具有密度小、减振降噪、高抗冲击、高抗拔、阻燃、抗静电、耐热氧老化、耐腐蚀等特殊性能，适合用于轨道交通、桥梁、地下矿井等环境使用。有效解决了聚烯烃基热塑性复合材料氧指数较低易燃烧、强度较低容易发生翘曲变形且在轨道交通和桥梁施工等工程建设过程中金属结构件抗拔力较差、耐热性差易发生高温蠕变、高矿物填充复合材料密度大且抗冲击性能及减振降噪效果差等问题，为进一步拓宽聚烯烃基热塑性复合材料的应用领域，实现通用塑料工程化、功能化、实用化的目标起到很好的推动作用。
本发明还提供一种聚烯烃基复合材料的制备方法，所述聚烯烃基复合材料的制备方法用来制备上述的聚烯烃基复合材料。具体的，所述聚烯烃基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)活性膨胀蛭石微粉制备：称取一定量的膨胀蛭石放入真空干燥箱中，90～100℃干燥2～4h至恒重，取出待用；按照质量比2：3：1配制硅烷偶联剂、乙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液高速搅匀后静置待用；按照质量比1:2分别称取干燥后的膨胀蛭石和配制好的活性溶剂放入搅拌器中在80～90℃条件下恒温搅拌6～8h后排出，冷却至室温静置12～24h，经过多次真空抽滤、洗涤至用硝酸银溶液检测无沉淀为止；最后放入100～110℃烘箱干燥10～12h至恒重，冷却至室温待用。
(2)原料干燥：先通过干燥系统将原料及助剂进行烘干处理，烘干温度60～100℃，烘干时间8～12h；然后将烘干后的原料及助剂经皮带输送系统送至预混仓库；
(3)原料混配：
a.于温度为25-30℃条件下依据上述配方首先将聚烯烃基树脂、玻璃纤维增强体系、界面相容剂倒入预混料仓，并将超包覆分散剂用喷壶均匀喷洒在其表面后经螺杆提升机快速输送至高混机中搅拌，搅拌时间3～10min，搅拌速度300～500r/min；
b.于温度为25-30℃条件下按照上述配方将纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、轻质发泡剂体系、抗静电剂体系、复配润滑剂体系、热氧稳定剂体系、其他助剂倒入预混料仓经螺杆提升机快速输送至高混机搅拌，搅拌时间10～15min，搅拌速度1000～1500r/min(或设定高混机物料温度由室温提升至80℃-110℃)；
c.待高混机物料达到设定时间或物料温度后物料快速排放至低温冷却混料机搅拌仓(配有冷冻水换热系统)，搅拌时间20～40min，搅拌速度150～300r/min(或达到低温冷却混料机设定物料温度20℃～40℃)，冷却搅拌完成后排出投入物料运输箱待用；
(4)物料上仓：将上述配置好的物料按需通过真空上料机输送至高温密炼机下料斗中；
(5)一阶塑化：启动高温密炼机喂料器和转子转动塑化物料，温度150℃～200℃，转速40～100r/min，时间20～50min；
(6)二阶成型：塑化完成的物料经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机根据制品截面尺寸需求成型，其中螺杆温度150℃～200℃，转速5～50r/min；
(7)包装入库：成品经保压冷却后，定长锯切，包装输送至成品仓库。
实施例1
一种聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：熔体质量流动速率为0.1g/min(190℃，2.16kg)高密度聚乙烯55份；低密度聚乙烯10份；活性膨胀蛭石微粉40份；短切玻璃纤维30份；纳米碳酸钙10份；纳米二氧化硅10份；硅灰石纤维20份；微囊红磷母粒16份；三聚氰胺6份；氢氧化镁8份；聚四氟微粉4份；偶氮二甲酰胺2份；碳酸氢钠1份；膨胀石墨3份；碳纳米管0.5份；二硫化钼、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺(EBS或TAF)和聚乙烯蜡按1:2:4:2复配润滑剂3份；亚磷酸酯类抗氧剂168和季戊四醇酯类抗氧剂1010按1:2复配抗氧剂0.8份；马来酸酐接枝聚乙烯3份；有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按4:1:0.5:5复配超分散包覆剂0.8份；硅酮母粒2份。
实施例2
一种聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：熔体质量流动速率为0.1g/min(190℃，2.16kg)高密度聚乙烯45份；低密度聚乙烯20份；活性膨胀蛭石微粉40份；短切玻璃纤维30份；纳米碳酸钙10份；纳米二氧化硅10份；硅灰石纤维20份；微囊红磷母粒16份；三聚氰胺6份；氢氧化镁8份；聚四氟微粉4份；偶氮二甲酰胺2份；碳酸氢钠1份；膨胀石墨3份；碳纳米管0.5份；二硫化钼、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺(EBS或TAF)和聚乙烯蜡按1:2:4:2复配润滑剂3份；亚磷酸酯类抗氧剂168和季戊四醇酯类抗氧剂1010按1:2复配抗氧剂0.8份；马来酸酐接枝聚乙烯3份；有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按4:1:0.5:5复配超包覆分散剂0.8份；硅酮母粒2份。
实施例3
一种聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：熔体质量流动速率为0.1g/min(190℃，2.16kg)高密度聚乙烯55份；低密度聚乙烯10份；活性膨胀蛭石微粉50份；短切玻璃纤维30份；纳米碳酸钙10份；纳米二氧化硅10份；硅灰石纤维20份；微囊红磷母粒16份；三聚氰胺6份；氢氧化镁8份；聚四氟微粉4份；偶氮二甲酰胺2.5份；碳酸氢钠1.5份；膨胀石墨3份；碳纳米管0.5份；二硫化钼、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺(EBS或TAF)和聚乙烯蜡按1:2:4:2复配润滑剂3份；亚磷酸酯类抗氧剂168和季戊四醇酯类抗氧剂1010按1:2复配抗氧剂0.8份；马来酸酐接枝聚乙烯3份；有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按4:1:0.5:5复配超包覆分散剂0.8份；硅酮母粒2份。
实施例4
一种聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：熔体质量流动速率为0.1g/min(190℃，2.16kg)高密度聚乙烯55份；低密度聚乙烯10份；活性膨胀蛭石微粉40份；短切玻璃纤维30份；纳米碳酸钙10份；纳米二氧化硅10份；硅灰石纤维20份；微囊红磷母粒14份；三聚氰胺8份；氢氧化镁10份；聚四氟微粉4份；偶氮二甲酰胺2份；碳酸氢钠1份；膨胀石墨3份；碳纳米管0.5份；二硫化钼、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺(EBS或TAF)和聚乙烯蜡按1:2:4:2复配润滑剂3份；亚磷酸酯类抗氧剂168和季戊四醇酯类抗氧剂1010按1:2复配抗氧剂0.8份；马来酸酐接枝聚乙烯3份；有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按4:1:0.5:5复配超包覆分散剂0.8份；硅酮母粒2份。
实施例5
一种聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：熔体质量流动速率为0.1g/min(190℃，2.16kg)高密度聚乙烯55份；聚丙烯10份；活性膨胀蛭石微粉40份；短切玻璃纤维30份；纳米碳酸钙10份；纳米二氧化硅10份；硅灰石纤维20份；微囊红磷母粒14份；三聚氰胺8份；氢氧化镁10份；聚四氟微粉4份；偶氮二甲酰胺2份；碳酸氢钠1份；膨胀石墨3份；碳纳米管0.5份；二硫化钼、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺(EBS或TAF)和聚乙烯蜡按1:2:4:2复配润滑剂3份；亚磷酸酯类抗氧剂168和季戊四醇酯类抗氧剂1010按1:2复配抗氧剂0.8份；马来酸酐接枝聚丙烯3份；有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按4:1:0.5:5复配超包覆分散剂0.8份；硅酮母粒2份。
实施例6
一种轻质高刚阻燃抗静电聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：熔体质量流动速率为0.1g/min(190℃，2.16kg)高密度聚乙烯55份；聚丙烯10份；活性膨胀蛭石微粉40份；短切玻璃纤维增强聚丙烯30份；纳米碳酸钙10份；纳米二氧化硅10份；硅灰石纤维20份；微囊红磷母粒14份；三聚氰胺8份；氢氧化镁10份；聚四氟微粉4份；偶氮二甲酰胺2份；碳酸氢钠1份；膨胀石墨3份；碳纳米管0.5份；二硫化钼、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺(EBS或TAF)和聚乙烯蜡按1:2:4:2复配润滑剂3份；亚磷酸酯类抗氧剂168和季戊四醇酯类抗氧剂1010按1:2复配抗氧剂0.8份；马来酸酐接枝聚丙烯3份；有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按4:1:0.5:5复配超包覆分散剂0.8份；硅酮母粒2份。
实施例7
一种轻质高刚阻燃抗静电聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：熔体质量流动速率为0.1g/min(190℃，2.16kg)高密度聚乙烯55份；聚丙烯10份；活性膨胀蛭石微粉40份；短切玻璃纤维增强聚丙烯30份；纳米碳酸钙10份；纳米二氧化硅10份；硅灰石纤维20份；微囊红磷母粒14份；三聚氰胺8份；氢氧化镁10份；聚四氟微粉4份；偶氮二甲酰胺2份；碳酸氢钠1份；膨胀石墨2份；碳纳米管0.2份；二硫化钼、硬酯酸单甘油酯、乙撑双硬酯酸酰胺(EBS或TAF)和聚乙烯蜡按1:2:4:2复配润滑剂3份；亚磷酸酯类抗氧剂168和季戊四醇酯类抗氧剂1010按1:2复配抗氧剂0.8份；马来酸酐接枝聚丙烯3份；有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按4:1:0.5:5复配超包覆分散剂0.8份；硅酮母粒2份。
实施例8
一种轻质高刚阻燃抗静电聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料的原料组分的重量份如下：聚烯烃基树脂70份、活性膨胀蛭石微粉50份、玻璃纤维增强体系30份、纳米无机矿物填充体系40份、无卤阻燃抑烟抗滴落体系40份、发泡剂体系3份、抗静电剂体系5份、润滑剂体系3份、热氧稳定剂体系0.8份、界面相容剂体系3份、超分散包覆剂0.8份、环氧大豆油3份。
实施例9
一种轻质高刚阻燃抗静电聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料的原料组分的重量份如下：聚烯烃基树脂40份、活性膨胀蛭石微粉20份、玻璃纤维增强体系10份、纳米无机矿物填充体系15份、无卤阻燃抑烟抗滴落体系10份、发泡剂体系0.5份、抗静电剂体系1份、润滑剂体系0.5份、热氧稳定剂体系0.2份、界面相容剂体系0.5份、超分散包覆剂0.2份、环氧大豆油0.5份。
实施例10
一种轻质高刚阻燃抗静电聚烯烃基复合材料，所述聚烯烃基复合材料的原料组分的重量份如下：聚烯烃基树脂60份、活性膨胀蛭石微粉30份、玻璃纤维增强体系20份、纳米无机矿物填充体系20份、无卤阻燃抑烟抗滴落体系20份、发泡剂体系1份、抗静电剂体系3份、润滑剂体系2份、热氧稳定剂体系0.5份、界面相容剂体系1份、超分散包覆剂0.6份、硅酮母粒2份。
实施例11
一种聚烯烃基复合材料的制备方法，所述聚烯烃基复合材料的制备方法用来制备上述实施例1-10所述的聚烯烃基复合材料。具体的，所述聚烯烃基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)活性膨胀蛭石微粉制备：称取一定量的膨胀蛭石放入真空干燥箱中，90℃干燥4h至恒重，取出待用；按照质量比2：3：1配制硅烷偶联剂、乙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液高速搅匀后静置待用；按照质量比1:2分别称取干燥后的膨胀蛭石和配制好的活性溶剂放入搅拌器中在80℃条件下恒温搅拌6h后排出，冷却至室温静置12h，经过多次真空抽滤、洗涤至用硝酸银溶液检测无沉淀为止；最后放入100℃烘箱干燥12h至恒重，冷却至室温待用。
(2)原料干燥：先通过干燥系统将原料及助剂进行烘干处理，烘干温度60℃，烘干时间12h；然后将烘干后的原料及助剂经皮带输送系统送至预混仓库；
(3)原料混配：
a.于温度为25℃条件下依据上述配方首先将聚烯烃基树脂、玻璃纤维增强体系、界面相容剂倒入预混料仓，并将超包覆分散剂用喷壶均匀喷洒在其表面后经螺杆提升机快速输送至高混机中搅拌，搅拌时间3min，搅拌速度300r/min；
b.于温度为25℃条件下按照上述配方将纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、轻质发泡剂体系、抗静电剂体系、复配润滑剂体系、热氧稳定剂体系、其他助剂倒入预混料仓经螺杆提升机快速输送至高混机搅拌，搅拌时间10min，搅拌速度1000r/min(或设定高混机物料温度由室温提升至80℃)；
c.待高混机物料达到设定时间或物料温度后物料快速排放至低温冷却混料机搅拌仓(配有冷冻水换热系统)，搅拌时间20min，搅拌速度150r/min(或达到低温冷却混料机设定物料温度20℃)，冷却搅拌完成后排出投入物料运输箱待用；
(4)物料上仓：将上述配置好的物料按需通过真空上料机输送至高温密炼机下料斗中；
(5)一阶塑化：启动高温密炼机喂料器和转子转动塑化物料，温度150℃，转速40r/min，时间20min；
(6)二阶成型：塑化完成的物料经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机根据制品截面尺寸需求成型，其中螺杆温度150℃，转速5r/min；
(7)包装入库：成品经保压冷却后，定长锯切，包装输送至成品仓库。
实施例12
一种聚烯烃基复合材料的制备方法，所述聚烯烃基复合材料的制备方法用来制备上述实施例1-10所述的聚烯烃基复合材料。具体的，所述聚烯烃基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)活性膨胀蛭石微粉制备：称取一定量的膨胀蛭石放入真空干燥箱中，100℃干燥2h至恒重，取出待用；按照质量比2：3：1配制硅烷偶联剂、乙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液高速搅匀后静置待用；按照质量比1:2分别称取干燥后的膨胀蛭石和配制好的活性溶剂放入搅拌器中在90℃条件下恒温搅拌8h后排出，冷却至室温静置24h，经过多次真空抽滤、洗涤至用硝酸银溶液检测无沉淀为止；最后放入110℃烘箱干燥10h至恒重，冷却至室温待用。
(2)原料干燥：先通过干燥系统将原料及助剂进行烘干处理，烘干温度100℃，烘干时间8h；然后将烘干后的原料及助剂经皮带输送系统送至预混仓库；
(3)原料混配：
a.于温度为30℃条件下依据上述配方首先将聚烯烃基树脂、玻璃纤维增强体系、界面相容剂倒入预混料仓，并将超包覆分散剂用喷壶均匀喷洒在其表面后经螺杆提升机快速输送至高混机中搅拌，搅拌时间10min，搅拌速度500r/min；
b.于温度为30℃条件下按照上述配方将纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、轻质发泡剂体系、抗静电剂体系、复配润滑剂体系、热氧稳定剂体系、其他助剂倒入预混料仓经螺杆提升机快速输送至高混机搅拌，搅拌时间15min，搅拌速度1500r/min(或设定高混机物料温度由室温提升至110℃)；
c.待高混机物料达到设定时间或物料温度后物料快速排放至低温冷却混料机搅拌仓(配有冷冻水换热系统)，搅拌时间40min，搅拌速度300r/min(或达到低温冷却混料机设定物料温度40℃)，冷却搅拌完成后排出投入物料运输箱待用；
(4)物料上仓：将上述配置好的物料按需通过真空上料机输送至高温密炼机下料斗中；
(5)一阶塑化：启动高温密炼机喂料器和转子转动塑化物料，温度200℃，转速100r/min，时间50min；
(6)二阶成型：塑化完成的物料经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机根据制品截面尺寸需求成型，其中螺杆温度200℃，转速50r/min；
(7)包装入库：成品经保压冷却后，定长锯切，包装输送至成品仓库。
实施例13
一种聚烯烃基复合材料的制备方法，所述聚烯烃基复合材料的制备方法用来制备上述实施例1-10所述的聚烯烃基复合材料。具体的，所述聚烯烃基复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)活性膨胀蛭石微粉制备：称取一定量的膨胀蛭石放入真空干燥箱中，95℃干燥3h至恒重，取出待用；按照质量比2：3：1配制硅烷偶联剂、乙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液高速搅匀后静置待用；按照质量比1:2分别称取干燥后的膨胀蛭石和配制好的活性溶剂放入搅拌器中在85℃条件下恒温搅拌7h后排出，冷却至室温静置18h，经过多次真空抽滤、洗涤至用硝酸银溶液检测无沉淀为止；最后放入105℃烘箱干燥11h至恒重，冷却至室温待用。
(2)原料干燥：先通过干燥系统将原料及助剂进行烘干处理，烘干温度80℃，烘干时间10h；然后将烘干后的原料及助剂经皮带输送系统送至预混仓库；
(3)原料混配：
a.于温度为28℃条件下依据上述配方首先将聚烯烃基树脂、玻璃纤维增强体系、界面相容剂倒入预混料仓，并将超包覆分散剂用喷壶均匀喷洒在其表面后经螺杆提升机快速输送至高混机中搅拌，搅拌时间7min，搅拌速度400r/min；
b.于温度为28℃条件下按照上述配方将纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、轻质发泡剂体系、抗静电剂体系、复配润滑剂体系、热氧稳定剂体系、其他助剂倒入预混料仓经螺杆提升机快速输送至高混机搅拌，搅拌时间12min，搅拌速度1200r/min(或设定高混机物料温度由室温提升至100℃)；
c.待高混机物料达到设定时间或物料温度后物料快速排放至低温冷却混料机搅拌仓(配有冷冻水换热系统)，搅拌时间30min，搅拌速度200r/min(或达到低温冷却混料机设定物料温度30℃)，冷却搅拌完成后排出投入物料运输箱待用；
(4)物料上仓：将上述配置好的物料按需通过真空上料机输送至高温密炼机下料斗中；
(5)一阶塑化：启动高温密炼机喂料器和转子转动塑化物料，温度180℃，转速80r/min，时间40min；
(6)二阶成型：塑化完成的物料经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机根据制品截面尺寸需求成型，其中螺杆温度180℃，转速40r/min；
(7)包装入库：成品经保压冷却后，定长锯切，包装输送至成品仓库。
实验例1
按照实施例13所述的制备方法分别制备实施例1-7所述的聚烯烃基复合材料，对所得的聚烯烃基复合材料进行性能测试，结果见下表1：
表1实施例1-7所述的聚烯烃基复合材料性能测试结果
Figure BDA0001967826530000161
Figure BDA0001967826530000171
由上表可见，所述的聚烯烃基复合材料适用于通过挤出成型和模压成型制备大截面尺寸的板材、棒材和管材等，具有密度小、减振降噪、高抗冲击、高抗拔、阻燃、抗静电、耐热氧老化、耐腐蚀等特殊性能，适合用于轨道交通、桥梁、地下矿井等环境使用，有效解决了聚烯烃基热塑性复合材料氧指数较低易燃烧、强度较低容易发生翘曲变形且在轨道交通和桥梁施工等工程建设过程中金属结构件抗拔力较差、耐热性差易发生高温蠕变、高矿物填充复合材料密度大且抗冲击性能及减振降噪效果差等问题，为进一步拓宽聚烯烃基热塑性复合材料的应用领域，实现通用塑料工程化、功能化、实用化的目标起到很好的推动作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述聚烯烃基复合材料包含如下的原料：聚烯烃基树脂、活性膨胀蛭石微粉、玻璃纤维增强体系、纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、发泡剂体系、抗静电剂体系、润滑剂、热氧稳定剂体系、界面相容剂、超分散包覆剂、助剂材料。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述聚烯烃基复合材料的原料组分的重量份如下：聚烯烃基树脂40～70份、活性膨胀蛭石微粉20～50份、玻璃纤维增强体系10～30份、纳米无机矿物填充体系15～40份、无卤阻燃抑烟抗滴落体系10～40份、发泡剂体系0.5～3份、抗静电剂体系1～5份、润滑剂体系0.5～3份、热氧稳定剂体系0.2～0.8份、界面相容剂体系0.5～3份、超分散包覆剂0.2～0.8份、助剂材料0.5～3份。
3.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述聚烯烃基树脂为由低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或多种和高密度聚乙烯复配所制备的复合材料。
4.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述活性膨胀蛭石微粉是指经硅烷偶联剂和十六烷基三甲基溴化铵有机插层处理的膨胀蛭石微粉，其颗粒直径为50～150μm。
5.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维增强体系由短切玻璃纤维、长切玻璃纤维、玻纤增强聚乙烯、玻纤增强聚丙烯中的一种或多种组成，所使用的短切玻璃纤维为单丝纤维直径8～12μm、长度5～10mm并经表面活化处理的玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述纳米无机矿物填充体系为纳米碳酸钙、纳米滑石粉、纳米二氧化硅中的一种或多种和硅灰石纤维、玄武岩纤维、碳酸钙晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种按照比例复配组成。
7.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述无卤阻燃抑烟抗滴落体系为无卤阻燃剂、协效阻燃剂、抗滴落剂按照(10～30):(5～20):(3～10)比例配制，其中无卤阻燃剂为采用聚烯烃树脂基体制备的红磷母粒或微囊红磷，协效阻燃剂由三聚氰胺与氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二铝中的一种或多种按照比例混配制得，抗滴落剂的主要成分为聚四氟乙烯微粉颗粒。
8.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述发泡剂体系为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠或对甲苯磺酰胺基脲中的一种或两种复配组成，其发泡温度范围为155℃～190℃。
9.根据权利要求1所述的聚烯烃基复合材料，其特征在于，所述超分散包覆剂是由有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及白油按照(3～6):(0.5～1):(0.5～1):(0～5)比例配制的或由有机硅氧烷类偶联剂与钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂以及硅油按照(3～6):(0.5～1):(0.5～1):(0～5)比例配制的。
10.根据权利要求1～9任一项所述聚烯烃基复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)活性膨胀蛭石微粉制备：称取一定量的膨胀蛭石放入真空干燥箱中，90～100℃干燥2～4h至恒重，取出待用；按照质量比2：3：1配制硅烷偶联剂、乙醇和十六烷基三甲基溴化铵混合溶液高速搅匀后得活性溶剂，静置待用；按照质量比1:2分别称取干燥后的膨胀蛭石和配制好的活性溶剂放入搅拌器中在80～90℃条件下恒温搅拌6～8h后排出，冷却至室温静置12～24h，经过多次真空抽滤、洗涤至用硝酸银溶液检测无沉淀为止；最后放入100～110℃烘箱干燥10～12h至恒重，冷却至室温待用；
(2)原料干燥：先通过干燥系统将各种原料进行烘干处理，烘干温度60～100℃，烘干时间8～12h；然后将烘干后的原料经皮带输送系统送至预混仓库；
(3)原料混配：a.于温度为25-30℃条件下按照配方要求首先将聚烯烃基树脂、玻璃纤维增强体系、界面相容剂倒入预混料仓，并将超分散包覆剂用喷壶均匀喷洒在其表面后经螺杆提升机快速输送至高混机中搅拌，搅拌时间3～10min，搅拌速度300～500r/min；b.于温度为25-30℃条件下按照配方要求将纳米无机矿物填充体系、无卤阻燃抑烟抗滴落体系、发泡剂体系、抗静电剂体系、润滑剂体系、热氧稳定剂体系、助剂材料倒入预混料仓经螺杆提升机快速输送至高混机搅拌，以1000～1500r/min的搅拌速度搅拌10～15min或设定高混机物料温度由室温提升至80℃-110℃；c.待高混机达到设定的搅拌时间或物料温度后物料快速排放至低温冷却混料机搅拌仓，以150～300r/min的搅拌速度搅拌20～40min或达到低温冷却混料机设定的物料温度20℃～40℃后，冷却搅拌完成，排出投入物料运输箱待用；
(4)物料上仓：将配置好的物料按需通过真空上料机输送至高温密炼机下料斗中；
(5)一阶塑化：启动高温密炼机喂料器和转子转动塑化物料，温度150℃～200℃，转速40～100r/min，时间20～50min；
(6)二阶成型：塑化完成的物料经单螺杆挤出机或双螺杆挤出机根据制品截面尺寸需求成型，其中螺杆温度150℃～200℃，转速5～50r/min；
(7)包装入库：成品经保压冷却后，定长锯切，包装输送至成品仓库。
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