CN111117069A - 一种增强型聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种增强型聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种增强型聚丙烯复合材料，按重量百分比包括聚丙烯30～69％、竹炭纤维20～33％、马来酸酐接枝聚丙烯5～15％、偶联剂0.5～1％、增韧剂3～8％、分散剂1～3％和助剂1.5％～3％。本发明的聚丙烯复合材料选用纳米级竹炭纤维作为增强剂，竹炭纤维具有很强的吸附分解能力、消臭抗菌并且具有负离子穿透等性能，可以大幅度提升复合材料的吸附空气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，净化空气质量，还可以消除异味，保持空气清新能力，同时可以大幅度提高聚丙烯的拉伸强度和弯曲强度，使产品刚性得以明显提升，而且由于竹炭纤维特殊结构，在聚丙烯材料中能够起到骨架支撑作用，同时阻碍聚丙烯结晶，从而改善复合材料的收缩率。

Description

一种增强型聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种塑料，特别涉及一种增强型聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(简称PP)为产量最大的热塑性塑料之一，其具有较低的密度，良好的耐热性能，优良的抗弯曲疲劳性，优异的化学稳定性和电性能等优点，因此广泛应用于汽车、家电产品、办公用品、电子电器等领域。然而，聚丙烯属于高结晶聚合物，其收缩率高达1.6～2％，其力学强度较低，极性聚合物相容性差，这些缺点限制其进一步应用。寻找有效的方法提升PP材料的力学性能及改善其收缩变形缺陷已经成为研究热点，其次，随着全球空气污染的日益严重及PM 2.5数值的不断提高，人们对健康环保复合材料研发的呼声越来越高。
因此，有必要做进一步改进。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种力学强度高、可阻碍聚丙烯结晶、收缩率低、相容性好的增强型聚丙烯复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯30～69％、竹炭纤维20～33％、马来酸酐接枝聚丙烯5～15％、偶联剂0.5～1％、增韧剂3～8％、分散剂1～3％和助剂1.5％～3％。
所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂；所述助剂为抗氧剂或色粉，所述抗氧剂为1010抗氧剂或168抗氧剂。
按重量百分比包括聚丙烯68.5％、竹炭纤维20％、马来酸酐接枝聚丙烯5％、乙烯基硅烷偶联剂0.5％、增韧剂3％、分散剂1％和助剂2％。
按重量百分比包括聚丙烯53.5％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯10％、乙烯基硅烷偶联剂0.5％、增韧剂3％、分散剂1％和助剂2％。
按重量百分比包括聚丙烯49.2％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯10％、乙烯基硅烷偶联剂0.8％、增韧剂5％、分散剂3％和助剂2％。
按重量百分比包括聚丙烯41％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯15％、乙烯基硅烷偶联剂1％、增韧剂8％、分散剂3％和助剂2％。
按重量百分比包括聚丙烯31％、竹炭纤维40％、马来酸酐接枝聚丙烯15％、乙烯基硅烷偶联剂1％、增韧剂8％、分散剂3％和助剂2％。
按此目的设计的一种制备所述增强型聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将聚丙烯、竹炭纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、偶联剂、增韧剂、分散剂和助剂按一定比例在高混机中混合均匀；
B、将混合后的物料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，并控制挤出机螺杆剪切为中高剪切；
C、挤出造粒后，将粒料烘干，然后注塑成样条并测试其性能。
步骤B中，物料的挤出温度为180～220℃。
本发明具有以下效果：
1、聚丙烯复合材料选用纳米级竹炭纤维作为增强剂，纳米级竹炭纤维具有很强的吸附分解能力、消臭抗菌并且具有负离子穿透等性能，可以大幅度提升复合材料的吸附空气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，净化空气质量，还可以消除异味，保持空气清新能力，同时可以大幅度提高聚丙烯的拉伸强度和弯曲强度，使产品刚性得以明显提升，而且由于竹炭纤维特殊结构，在聚丙烯材料中能够起到骨架支撑作用，同时阻碍聚丙烯结晶，从而改善复合材料的收缩率；
2、聚丙烯复合材料选用马来酸酐接枝聚丙烯作为竹炭纤维和聚丙烯之间的界面改性剂，聚丙烯材料属于非极性材料，其与竹炭纤维的相容性非常差，而马来酸酐接枝聚丙烯赋予了聚丙烯极性和可粘接性，提高聚丙烯和竹炭纤维的界面强度，从而大幅度提升复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度；
3、聚丙烯复合材料添加乙烯基硅烷偶联剂，一方面能够有效改善竹炭纤维的分散性和浸湿性，另一方面可以起到“分子桥”作用，用以改善聚丙烯和竹炭纤维之间的界面作用，从而大大提高复合材料的综合性能；
4、聚丙烯复合材料添加一定比例的分散剂，能够有效避免竹炭纤维产生团聚，提升复合材料的力学性能，同时增加部分增韧剂，提升材料的韧性和改善材料的低温脆性。
具体实施方式
下面以实施例对本发明作进一步描述。
第一实施例
本增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯30～69％、竹炭纤维20～33％、马来酸酐接枝聚丙烯5～15％、偶联剂0.5～1％、增韧剂3～8％、分散剂1～3％和助剂1.5％～3％。竹炭是竹材资源开发的又一个全新的具有卓越性能的环保材料，将竹子经过800度高温干燥炭化工艺处理后，形成竹炭。竹炭具有很强的吸附分解能力，能吸湿干燥、消臭抗菌并具有负离子穿透等性能。竹炭纤维则是运用纳米技术，先将竹炭微粉化，再将纳米级竹炭微粉经过高科技工艺加工，然后采用传统的化纤制备工艺流程，即可纺丝成型，制备出合格的竹炭纤维。
偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂；助剂为抗氧剂或色粉，抗氧剂为1010抗氧剂或168抗氧剂。
本发明的配方如下：
Figure BDA0002351300240000031
按重量百分比包括聚丙烯68.5％、竹炭纤维20％、马来酸酐接枝聚丙烯5％、乙烯基硅烷偶联剂0.5％、增韧剂3％、分散剂1％和助剂2％。
用于制备上述增强型聚丙烯复合材料的方法，包括以下步骤：
A、将聚丙烯、竹炭纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、偶联剂、增韧剂、分散剂和助剂按一定比例在高混机中混合均匀；
B、将混合后的物料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，并控制挤出机螺杆剪切为中高剪切；
C、挤出造粒后，将粒料烘干，然后注塑成样条并测试其性能。
步骤B中，物料的挤出温度为180～220℃。
第二实施例
本增强型聚丙烯复合材料不同于第一实施例之处在于：按重量百分比包括聚丙烯53.5％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯10％、乙烯基硅烷偶联剂0.5％、增韧剂3％、分散剂1％和助剂2％。
其他未述部分同第一实施例，这里不再分析说明。
第三实施例
本增强型聚丙烯复合材料不同于第一实施例之处在于：按重量百分比包括聚丙烯49.2％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯10％、乙烯基硅烷偶联剂0.8％、增韧剂5％、分散剂3％和助剂2％。
其他未述部分同第一实施例，这里不再分析说明。
第四实施例
本增强型聚丙烯复合材料不同于第一实施例之处在于：按重量百分比包括聚丙烯41％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯15％、乙烯基硅烷偶联剂1％、增韧剂8％、分散剂3％和助剂2％。
其他未述部分同第一实施例，这里不再分析说明。
第五实施例
本增强型聚丙烯复合材料不同于第一实施例之处在于：按重量百分比包括聚丙烯31％、竹炭纤维40％、马来酸酐接枝聚丙烯15％、乙烯基硅烷偶联剂1％、增韧剂8％、分散剂3％和助剂2％。
其他未述部分同第一实施例，这里不再分析说明。
综合力学性能测试
本配方实施方案的综合力学性能的测试方法如下：
性能 测试条件
拉伸强度 ASTM D638，拉伸速率50mm/min
断裂伸长率 ASTM D638，拉伸速率50mm/min
弯曲强 ASTM D790，样条厚度4mm，弯曲速率2mm/min
弯曲模量 ASTM D790，样条厚度4mm，弯曲速率2mm/min
缺口冲击强度 ASTM D256，样条厚度4mm，宽度10mm
熔融指数 ASTM D1238，230℃、2.16KG
抗菌率 JIS Z 2801
密度 ASTM D1746，23℃
本配方实施方案的综合力学性能的测试结果(通过实施例1～5和对比例1～3进行对比)
成分配比比例：
Figure BDA0002351300240000051
性能测试结果：
Figure BDA0002351300240000061
由上表可以看出，聚丙烯材料加入纳米级竹炭纤维后，具有很强的吸附分解能力、消臭抗菌并且具有负离子穿透等性能，而且可以提高聚丙烯材料的拉伸强度和弯曲强度，使聚丙烯材料刚性得以明显提升，同时阻碍聚丙烯结晶，从而改善复合材料的收缩率。
由上表可以看出，聚丙烯复合材料加入马来酸酐接枝聚丙烯后，可大幅提高竹炭纤维和聚丙烯之间的相容性，并且提高聚丙烯和竹炭纤维的界面强度，从而大幅度提升复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。
由上表可以看出，聚丙烯复合材料加入硅烷偶联剂后，一方面有效改善竹炭纤维的分散性和浸湿性，另一方面改善聚丙烯和竹炭纤维之间的界面作用，从而大大提高复合材料的综合性能。
由上表可以看出，聚丙烯复合材料加入分散剂后，能够有效避免竹炭纤维产生团聚，提升复合材料的力学性能。
由上表可以看出，聚丙烯复合材料加入增韧剂后，可提升复合材料的韧性。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯30～69％、竹炭纤维20～33％、马来酸酐接枝聚丙烯5～15％、偶联剂0.5～1％、增韧剂3～8％、分散剂1～3％和助剂1.5％～3％。
2.根据权利要求1所述增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂；所述助剂为抗氧剂或色粉，所述抗氧剂为1010抗氧剂或168抗氧剂。
3.根据权利要求2所述增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯68.5％、竹炭纤维20％、马来酸酐接枝聚丙烯5％、乙烯基硅烷偶联剂0.5％、增韧剂3％、分散剂1％和助剂2％。
4.根据权利要求2所述增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯53.5％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯10％、乙烯基硅烷偶联剂0.5％、增韧剂3％、分散剂1％和助剂2％。
5.根据权利要求2所述增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯49.2％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯10％、乙烯基硅烷偶联剂0.8％、增韧剂5％、分散剂3％和助剂2％。
6.根据权利要求2所述增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯41％、竹炭纤维30％、马来酸酐接枝聚丙烯15％、乙烯基硅烷偶联剂1％、增韧剂8％、分散剂3％和助剂2％。
7.根据权利要求2所述增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比包括聚丙烯31％、竹炭纤维40％、马来酸酐接枝聚丙烯15％、乙烯基硅烷偶联剂1％、增韧剂8％、分散剂3％和助剂2％。
8.用于制备权利要求1所述增强型聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将聚丙烯、竹炭纤维、马来酸酐接枝聚丙烯、偶联剂、增韧剂、分散剂和助剂按一定比例在高混机中混合均匀；
B、将混合后的物料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，并控制挤出机螺杆剪切为中高剪切；
C、挤出造粒后，将粒料烘干，然后注塑成样条并测试其性能。
9.根据权利要求8所述增强型聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤B中，物料的挤出温度为180～220℃。
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