CN111234374A - 一种高性能增强聚丙烯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能增强聚丙烯复合材料，其由以下组分按重量份制备而成聚丙烯63‑93.8份、TiO2/Al2O3中空纤维1‑30份、马来酸酐接枝聚丙烯1‑5份、抗氧剂0.1‑1份、润滑剂0.1‑1份。本发明采用TiO2/Al2O3中空纤维增强聚丙烯材料，TiO2/Al2O3中空纤维材料中存在的空隙可增加纤维和树脂基体表面的结合力，提高改性材料的强度。另外，TiO2/Al2O3中空纤维材料具有比玻纤更高的强度，同时中空的多孔结构会使纤维本身重量减轻，从而可在相同密度的情况下制备强度更高的增强聚丙烯材料。

Description

一种高性能增强聚丙烯复合材料
技术领域
本发明属于无机材料合成领域和高分子材料加工改性领域，具体涉及一种高性能增强聚丙烯复合材料。
背景技术
聚丙烯(PP)是塑料产业中发展最为迅速的塑料品种之一，其具有力学性能好、比重轻、无毒、易加工、耐腐蚀等优点；且由于聚丙烯的原料来源广、价格低廉，故在家电、汽车以及包装等领域得到了广泛的应用，尤其在汽车、电动工具、家电等领域的应用非常广泛。
目前增强聚丙烯最常用的手段是加入玻璃纤维得到改性的玻纤增强聚丙烯复合材料，此材料利用分散在体系中的玻璃纤维来传递分散受力过程中的能量，从而起到增强作用，而增强效果受限于玻纤含量、玻纤本身的强度以及玻纤与基体树脂的结合强度；另外，由于玻纤本身较重，导致通常由玻纤增强的聚丙烯材料的密度都较大。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种新型高性能增强聚丙烯复合材料。
本发明采用的技术方案如下：
一种高性能增强聚丙烯复合材料，其由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯63-93.8份
TiO2/Al2O3中空纤维5-30份
马来酸酐接枝聚丙烯1-5份
抗氧剂0.1-1份
润滑剂0.1-1份。
进一步方案，所述聚丙烯是指在2.16kg/230℃条件下的溶体流动速率为0.5-100g/min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的一种或几种混合物。
所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为0.6-2.0wt％。
所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂中的至少一种。
所述润滑剂为硬脂酸钙。
所述TiO2/Al2O3中空纤维是经以下步骤制备所得：
(1)将硅酸铝纤维加热处理，
(2)将二氧化钛溶解于浓盐酸中得二氧化钛质量含量为3-8％的溶液，再加入经步骤(1)加热处理后的硅酸铝纤维，经搅拌、过滤得二氧化钛包覆硅酸铝纤维材料；
(3)将步骤(2)制备的二氧化钛包覆硅酸铝纤维材料在空气中煅烧得TiO2/Al2O3中空纤维。
步骤(1)中加热处理是指在温度为600-700℃下热处理1-2小时；所述硅酸铝纤维中Al2O3 85wt％、SiO2 15wt％。
步骤(2)中搅拌是在温度为130-160℃下搅拌2小时以上。
步骤(3)中煅烧的温度为1500-1700℃，时间为1小时以上。
本发明首次提出用TiO2/Al2O3中空纤维增强聚丙烯材料，TiO2/Al2O3中空纤维材料中存在的空隙可增加其与树脂基体表面的结合力，提高改性材料的强度。另外，由于TiO2/Al2O3中空纤维材料具有比玻纤更高的强度，同时中空的多孔结构会使纤维本身重量减轻，从而可在相同密度的情况下制备出强度更高的增强聚丙烯材料。
本发明利用Ti和Al有较为接近的原子半径，两者可以在高温下于分子层面实现固体组分互换，本发明正是利用这种柯肯达尔效应制备中空的TiO2/Al2O3中空纤维材料。
具体实施方式
结合具体实施例针对本发明进行详细说明，以下具体实施例中所选用的原材料如下所述，但本申请中各组分所选用的原料并不限于下述规格的原材料。
均聚聚丙烯1：熔体流动速率为60g/10min(230℃/2.16kg)，密度为0.9g/cm3。
均聚聚丙烯2：熔体流动速率为20g/10min(230℃/2.16kg)，密度为0.9g/cm3。
共聚聚丙烯1：熔体流动速率为15g/10min(230℃/2.16kg)，密度为0.89g/cm3。
共聚聚丙烯2：熔体流动速率为40g/10min(230℃/2.16kg)，密度为0.89g/cm3。
无规共聚聚丙烯：熔体流动速率(MFR)为5g/10min(230℃/2.16kg)。
硅酸铝纤维：直径10μm-30μm，厂家祥雨硅酸铝纤维厂，其中Al2O3 85wt％、SiO215wt％。
二氧化钛：纳米级，粒径10nm-30nm，锐钛型和金红石型都可，生产厂家北京嘉安恒科技有限公司。
马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝率为0.6-2.0，生产厂家广州合成。
抗氧剂1010：生产厂家为南京华立明化工有限公司。
抗氧剂168：生产厂家为南京华立明化工有限公司。
硬脂酸钙：生产厂家为中山市华明泰化工材料有限公司。
所述TiO2/Al2O3中空纤维是经以下步骤制备所得：
(1)将硅酸铝纤维在温度为600-700℃下进行加热处理1-2小时，
(2)将二氧化钛溶解于浓盐酸中得二氧化钛质量含量为3-8％的溶液，再加入经步骤(1)加热处理后的硅酸铝纤维，在温度为130-160℃下搅拌2小时以上、过滤得二氧化钛包覆硅酸铝纤维材料；
(3)将步骤(2)制备的二氧化钛包覆硅酸铝纤维材料在空气中以温度为1500-1700℃煅烧1小时以上，得TiO2/Al2O3中空纤维。
按照下表1中各组分用量制备具体实施例1-6和对比例1-2的聚丙烯材料，其制备方法可采用本领域常规的技术方案，具体为：按表1中用量称取各组分(单位为份)，然后将各组分在高速混合机中混合5min后，经双螺杆挤出机挤出造粒，相应工艺参数为：一区190℃、二区205℃、三区220℃、四区210℃、机头210℃，双螺杆挤出机转速为500转/分。
将制得的产品进行相关的实验测试，拉伸强度测试：GB/T1040测试标准；缺口冲击强度测试：GB/T1843测试标准。
Figure BDA0001883116250000031
Figure BDA0001883116250000041
由上述具体实施例和对比例测试结果可看出，在相同添加量的实施例1和对比例1进行对比可发现，实施例1中加入的15份TiO2/Al2O3中空纤维后，大大提高材料的强度和韧性，同时较对比例1中玻纤增强聚丙烯材料具有更优的机械性能，如拉伸强度，实施例1为76MPa，而对比例1仅为54MPa；弯曲强度，实施例1为84MPa，而对比例1仅为62MPa；缺口冲击强度，实施例1为16.2kJ/m2，而对比例1仅为3.2kJ/m2。同样，将实施例2与对比例2比较，本申请也大幅度提高了材料的机械性能。从而大大扩展了聚丙烯材料的应用领域，在工程件和结构件中应用将具有更大的经济效益。
本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：其由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯63-93.8份
TiO2/Al2O3中空纤维5-30份
马来酸酐接枝聚丙烯1-5份
抗氧剂0.1-1份
润滑剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯是指在2.16kg/230℃条件下的溶体流动速率为0.5-100g/min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为0.6-2.0wt%。
4.根据权利要求1所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙。
6.根据权利要求1所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述TiO2/Al2O3中空纤维是经以下步骤制备所得：
（1）将硅酸铝纤维加热处理，
（2）将二氧化钛溶解于浓盐酸中得二氧化钛质量含量为3-8%的溶液，再加入经步骤（1）加热处理后的硅酸铝纤维，经搅拌、过滤得二氧化钛包覆硅酸铝纤维材料；
（3）将步骤（2）制备的二氧化钛包覆硅酸铝纤维材料在空气中煅烧得TiO2/Al2O3中空纤维。
7.根据权利要求6所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：步骤（1）中加热处理是指在温度为600-700℃下热处理1-2小时；所述硅酸铝纤维中Al2O3 85wt%、SiO2 15wt%。
8.根据权利要求6所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：步骤（2）中搅拌是在温度为130-160℃下搅拌2小时以上。
9.根据权利要求6所述的一种高性能增强聚丙烯复合材料，其特征在于：步骤（3）中煅烧的温度为1500-1700℃，时间为1小时以上。
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