CN111205556A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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屈祯阳
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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，使用偶联剂对粉煤灰进行干法改性，并将改性粉煤灰填充于发泡聚丙烯中，制得了力学性能、物理性能、热学性能良好的聚丙烯复合材料。该发明使得工业废渣粉煤灰能够回收利用，绿色环保，并降低聚丙烯生产价格，提升经济效益，同时能够保证聚丙烯的综合性能良好。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶制品材料领域，具体涉及一种高性能聚丙烯及其制备方法。
背景技术
发泡聚丙烯的力学性能优良，绝热性能优异，使用温度范围大，清洁环保。已广泛应用于包装材料、汽车零部件、塑料管材等领域。
粉煤灰是煤炭燃烧后产生的固态粉末，合理有效地利用粉煤灰，将粉煤灰变废为宝，不仅有利于环境保护，还可以提升其经济价值。然而一大限制是粉煤灰和聚合物的相容性较差，界面性质差异大。
针对这些问题，对粉煤灰进行改性，有必要开发一种改性工艺简单，改性成本低廉和改性效果优良的粉煤灰填料，来制备综合性能优良的聚丙烯复合材料。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，依照该方法制作的聚丙烯复合材料具有较好的力学性能、热学性能，同时降低了生产的成本，可用于工业化生产。
为了达到上述目的，本发明提供了一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)偶联剂干法改性粉煤灰的制备：
将粉煤灰于50-100℃恒温干燥箱中干燥0.5-1.5h后，置于玛瑙球磨罐中，将偶联剂加入到粉煤灰中，行星球磨机混合搅拌0.5-1h后，于50-100℃恒温干燥箱中干燥0.5-1h，并用玛瑙研钵研磨至粉煤灰颗粒细化均匀无团聚，得到改性粉煤灰；
(2)改性聚丙烯复合材料的制备：
将(1)得到的改性粉煤灰、发泡聚丙烯、阻燃剂、抗氧剂均匀混合，使用FT-80双螺杆挤出机进行造粒，使用塑料注塑机进行注塑成型，得到改性粉煤灰填充的聚丙烯复合材料。
优选地，所述步骤(1)中，粉煤灰的粒径为800目、1250目或1500目，偶联剂为KH550、KH560、铝酸酯或钛酸酯偶联剂中的一种；所述偶联剂的质量为粉煤灰质量的0.9％-1.1％。
优选地，所述步骤(2)中，发泡聚丙烯、改性粉煤灰、阻燃剂、抗氧剂的质量比为(500-700):(200-330):(100-120):(1-1.5)。
优选地，所述步骤(2)中，抗氧剂为C29H44O2；阻燃剂为溴代三嗪、三氧化二锑、滑石粉、抗滴落剂和十溴二苯乙烷中的任意一种或多种。
优选地，所述步骤(2)中，使用FT-80双螺杆挤出机进行造粒具体包括：设定相应参数并预热，各温区温度均达到设定温度后将混合料倒入料斗中，将机头挤出的细丝牵引至水槽中冷却，仪器自动将细丝运送至切粒机处切割造粒，造粒完成后将胶粒至于60℃烘箱中干燥10h，喂料转速设置为38r/min，切粒机转速设为700r/min。
优选地，所述步骤(2)中，使用塑料注塑机进行注塑成型具体包括：使用F1-80I塑料注塑机进行注塑成型，射嘴与一、二段温度设定为220℃，三段温度为180℃，四、五段温度为25℃，油温为50℃，注射压力和保压压力均为4.9MPa。参数设定完成后，开始加料注塑，将胶粒料倒入料斗进行熔胶操作，熔胶结束后进行合模操作，主机射胶，射胶结束后进行熔胶。塑料注塑机合模保压后开模再冷却，冷却时间为10-15s左右，顶针推出的标准样条即为聚丙烯复合材料。
本发明还提供了上述方法制备的聚丙烯复合材料。
本发明相比现有技术具有以下优点：
利用硅烷偶联剂KH550对粉煤灰进行干法改性，改性粉煤灰填充聚丙烯的物理性能、热学性能优良，且成本低廉，工艺简单，适用于工业生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明所用的各种原料的规格及生产厂家如下表：
Figure BDA0002392717890000021
Figure BDA0002392717890000031
实施例1
本实施例提供了一种聚丙烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)偶联剂干法改性粉煤灰的制备：
取粉煤灰300g于70℃恒温干燥箱中干燥1h后，置于玛瑙球磨罐中，将30g(质量为粉煤灰的1％)KH550偶联剂加入到粉煤灰中，行星球磨机混合搅拌30min后，于80℃恒温干燥箱中干燥30min，并用玛瑙研钵手磨30min，得到偶联剂干法改性的粉煤灰；所述粉煤灰的粒径为800目；
(2)改性聚丙烯复合材料的制备：
将步骤(1)得到的改性粉煤灰加入到700g发泡聚丙烯中，加入120g阻燃剂(溴代三嗪、三氧化二锑、滑石粉的质量比为6:2:1)，1g抗氧剂C29H44O2，混合均匀，使用FT-80双螺杆挤出机进行造粒；设定相应参数并预热，各温区温度均达到设定温度后将混合料倒入料斗中，将机头挤出的细丝牵引至水槽中冷却，仪器自动将细丝运送至切粒机处切割造粒，造粒完成后将胶粒至于60℃烘箱中干燥10h，喂料转速设置为38r/min，切粒机转速设为700r/min。
使用F1-80I塑料注塑机进行注塑成型，射嘴与一、二段温度设定为220℃，三段温度为180℃，四、五段温度为25℃，油温为50℃，注射压力和保压压力均为4.9MPa。参数设定完成后，开始加料注塑，将胶粒料倒入料斗进行熔胶操作，熔胶结束后进行合模操作，主机射胶，射胶结束后进行熔胶；塑料注塑机合模保压后开模再冷却，冷却时间为10-15s左右，顶针推出的标准样条即为聚丙烯复合材料，命名为EPP-800FA。
实施例2
本实施例提与实施例1的区别在于，步骤(1)中粉煤灰的粒径为1250目，其余步骤均相同，得到聚丙烯复合材料，命名为EPP-1250FA。
实施例3
本实施例提与实施例1的区别在于，步骤(1)中粉煤灰的粒径为1500目，其余步骤均相同，得到聚丙烯复合材料，命名为EPP-1500FA。
对比实施例1
对比实施例1与实施例1相比，未添加改性粉煤灰，除此之外的方法步骤均相同，在对比实施例1中，未添加改性粉煤灰的聚丙烯样品编号为EPP。
对比实施例1与实施例1-3中制备的粉煤灰填充聚丙烯复合材料的物理性能如表1所示。添加改性粉煤灰后，聚丙烯的熔融指数减小，硬度和热变形温度都增加。
表1复合材料物理性能
Figure BDA0002392717890000041
对比实施例1与实施例1-3中中制备的粉煤灰填充聚丙烯复合材料的导热系数如表2所示。添加改性粉煤灰后，聚丙烯的导热系数显著下降，可作为保温绝热材料。
表2复合材料导热系数
Figure BDA0002392717890000042

Claims (7)

1.一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)偶联剂干法改性粉煤灰的制备：
将粉煤灰于50-100℃恒温干燥箱中干燥0.5-1.5h后，置于玛瑙球磨罐中，将偶联剂加入到粉煤灰中，行星球磨机混合搅拌0.5-1h后，于50-100℃恒温干燥箱中干燥0.5-1h，并用玛瑙研钵研磨至粉煤灰颗粒细化均匀无团聚，得到改性粉煤灰；
(2)改性聚丙烯复合材料的制备：
将(1)得到的改性粉煤灰、发泡聚丙烯、阻燃剂、抗氧剂均匀混合，使用FT-80双螺杆挤出机进行造粒，使用塑料注塑机进行注塑成型，得到改性粉煤灰填充的聚丙烯复合材料。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，粉煤灰的粒径为800目、1250目或1500目，偶联剂为KH550偶联剂、KH560、钛酸酯或铝酸酯；所述偶联剂的质量为粉煤灰质量的0.9-1.1％。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，发泡聚丙烯、改性粉煤灰、阻燃剂、抗氧剂的质量比为(500-700):(200-330):(100-120):(1-1.5)。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，抗氧剂为C29H44O2；阻燃剂为溴代三嗪、三氧化二锑、滑石粉、抗滴落剂和十溴二苯乙烷中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，使用FT-80双螺杆挤出机进行造粒具体包括：设定相应参数并预热，各温区温度均达到设定温度后将混合料倒入料斗中，将机头挤出的细丝牵引至水槽中冷却，仪器自动将细丝运送至切粒机处切割造粒，造粒完成后将胶粒至于60℃烘箱中干燥10h，喂料转速设置为38r/min，切粒机转速设为700r/min。
6.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，使用塑料注塑机进行注塑成型具体包括：使用F1-80I塑料注塑机进行注塑成型，射嘴与一、二段温度设定为220℃，三段温度为180℃，四、五段温度为25℃，油温为50℃，注射压力和保压压力均为4.9MPa。参数设定完成后，开始加料注塑，将胶粒料倒入料斗进行熔胶操作，熔胶结束后进行合模操作，主机射胶，射胶结束后进行熔胶。塑料注塑机合模保压后开模再冷却，冷却时间为10-15s左右，顶针推出的标准样条即为聚丙烯复合材料。
7.权利要求1～6任一项所述方法制备的聚丙烯复合材料。
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