CN111484659B - 一种形状记忆聚烯烃复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种形状记忆聚烯烃复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种形状记忆聚烯烃复合材料及其制备方法，其由下述原料按重量份数制备而成：聚乙烯60‑80份、聚丙烯10‑20份、乙烯‑丙烯交联共混聚合物10‑20份、润滑剂2份、热稳定剂0.5份；所述乙烯‑丙烯交联共混聚合物是由均聚聚丙烯30‑40份、线性低密度聚乙烯60‑70份和分子量调节剂0.4‑0.8份制备而成。通过交联的乙烯‑丙烯共混聚合物作为增容剂，提高了聚乙烯和聚丙烯的相容性，并在共混体系中形成了互穿网络结构，提高了材料的机械性能；同时以延展性优异的线性低密度聚乙烯作为基料，提供了材料在受力情况下的微结构稳定性，赋予材料形状记忆的功能。

Description

一种形状记忆聚烯烃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体地，本发明涉及一种形状记忆聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术
形状记忆材料是一类拥有结构上自愈合能力的智能材料，这种能力能修复由于长期的机械使用所造成的损害。发明这种材料的灵感源于在受伤后能自我修复的生物系统。从肉眼可见的裂缝到显微镜才能观察到的损伤，这一切都会改变材料的热学、力学乃至声学性能，最严重的情况可能会使整个材料报废。尽管人们习惯于用双手修理损伤，但是很多的损伤是肉眼不可见的。然而，这世界上已经有一些材料具备了形状记忆功能，比如一些高分子和陶瓷材料。在经过一系列的不同的工艺过程后，它们能修复自身的损伤，恢复到变形或损伤之前的状态。这样的材料能够在降解之前使用更长的时间，甚至可以减少由于材料报废而造成的损失。
目前，形状记忆材料研究主要集中在以下两个方面：一是形状记忆高分子的结构设计，如通过改变材料组分、调节分子链软硬段的结构组成、含量及分子量，以及通过交联、物理缠绕、非共价键(如氢键、范德华力)作用形成不同的网络结构等来改善材料性能；二是通过复合增强改善高分子材料的力学性能，如加入纳米填料或纤维共混增强材料强度，但是会以损失材料的形状记忆性能为代价。通常聚合物的结构决定其性能，因此许多研究者已经开始关注形状记忆材料的结构与形状记忆性能之间的构效关系，通过设计合成具有新型分子结构的形状记忆材料，期望能够解决该领域目前存在的问题，使形状记忆材料能够得到更加广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供了一种形状记忆聚烯烃复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种形状记忆聚烯烃复合材料，其由下述原料按重量份数制备而成：
Figure BDA0001962351990000011
Figure BDA0001962351990000021
所述乙烯-丙烯交联共混聚合物是由以下组分按重量份数制备而成：均聚聚丙烯30-40份，线性低密度聚乙烯60-70份，分子量调节剂0.4-0.8份。
进一步方案，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯；所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
所述分子量调节剂为有机过氧化物交联剂。
所述有机过氧化物交联剂为1,4-双叔丁基过氧异丙基苯(BIPB)、1,1-双(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷或5-二甲基-2，5双(叔丁基过氧基)己烷。
有机过氧化物交联的作用是在聚乙烯与聚丙烯复合物的加工过程中，使聚乙烯产生一定程度的交联反应，形成三维立体结构。
所述润滑剂为双硬酯酰胺类润滑剂。
所述热稳定剂为为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八醇酯(1076)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的至少三种。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种形状记忆聚烯烃复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将均聚聚丙烯30-40份、线性低密度聚乙烯60-70份、分子量调节剂0.4-0.8份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150-160℃、160-175℃、160-175℃、160-175℃、170-180℃、170-180℃、170-180℃、180-190℃、180-190℃、180-190℃；
(2)将聚乙烯60-80份、聚丙烯10-20份、乙烯-丙烯交联共混聚合物10-20份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150-160℃、160-175℃、160-175℃、160-175℃、170-180℃、170-180℃、170-180℃、180-190℃、180-190℃、180-190℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供的形状记忆聚烯烃复合材料，通过交联的乙烯-丙烯共混聚合物作为增容剂，提高了聚乙烯和聚丙烯的相容性，并在共混体系中形成了互穿网络结构，提高了材料的机械性能；同时以延展性优异的线性低密度聚乙烯作为基料，提供了材料在受力情况下的微结构稳定性，赋予材料形状记忆的功能。
具体实施方式
下面结合具体实施案例(但不限于所举实施案例)进一步描述本发明：
本发明所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯；
所述聚丙烯为均聚聚丙烯；
所述乙烯-丙烯交联共混聚合物为自备的聚合物，其制备方法如下：
将均聚聚丙烯30-40份，线性低密度聚乙烯60-70份，过氧化物型分子量调节剂0.4-0.8份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150-160℃、160-175℃、160-175℃、160-175℃、170-180℃、170-180℃、170-180℃、180-190℃、180-190℃、180-190℃；
所述润滑剂为双硬酯酰胺类润滑剂；
所述热稳定剂为为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八醇酯(1076)、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、硫代二丙酸双十八醇酯(DSTDP)中的至少三种。
实施例1
将聚乙烯60份，聚丙烯20份，乙烯-丙烯交联共混聚合物20份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是160℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、190℃,所得产品性能见表1；
实施例2
将聚乙烯70份，聚丙烯15份，乙烯-丙烯交联共混聚合物15份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合10min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是155℃、165℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃、185℃、185℃、185℃,所得产品性能见表1；
实施例3
将聚乙烯80份，聚丙烯10份，乙烯-丙烯交联共混聚合物10份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合5min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃、180℃、180℃、180℃,所得产品性能见表1；
表1
测试项目/单位 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度/MPa GB 1040 21.0 24.8 27.3
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup> GB 1843 53.1 60.3 65.9
130℃拉伸回复比/％ GB 1040 96 82 57
刮擦后热处理/△L SN/T 4449 0.01 0.01 0.02
注：拉伸回复比测试是按照GB 1040的拉伸测试方法将样品拉伸至100％伸长率时停止测试，并迅速将样品放置于130℃的烘箱中进行热处理2min，2min测量其在拉伸方向上的形状恢复程度；
刮擦后热处理测试是按照SN/T 4449方法测试后，以热风枪对刮擦面进行热处理后再测量其△L值。
对比例1
将聚乙烯50份，聚丙烯30份，乙烯-丙烯交联共混聚合物20份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是160℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、190℃,所得产品性能见表2；
对比例2
将聚乙烯80份，聚丙烯20份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合10min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是155℃、165℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃、185℃、185℃、185℃,所得产品性能见表2；
对比例3
将聚乙烯85份，乙烯-丙烯交联共混聚合物15份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合10min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150℃、160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃、175℃、175℃、180℃，所得产品性能见表2；
对比例4
将聚乙烯70份，聚丙烯15份，乙烯-丙烯普通共聚物15份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是160℃、175℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、190℃，所得产品性能见表2；
表2
测试项目/单位 测试标准 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
拉伸强度/MPa GB 1040 24.8 18.5 19.6 12.5 22.1
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup> GB 1843 60.3 41.7 52.2 68.2 57.6
130℃拉伸回复比/％ GB 1040 82 14 32.5 81.0 21
热处理后耐刮擦/△L SN/T 4449 0.01 0.41 0.33 0.02 0.19
比较实施例2和对比例1，本申请的聚乙烯的用量为60-80份、聚丙烯的用量为10-20份，若聚乙烯的用量较低(对比例1中聚乙烯为50份)或聚丙烯的用量较低(对比例3中聚丙烯为0)，则整体材料的形状记忆能力会受到较大影响。比较实施例2和对比例4可知，本申请采用乙烯-丙烯交联共混聚合物能提高了聚乙烯、聚丙烯共混物的相容性，并在共混体系中形成了互穿网络结构，提高了材料的机械性能；同时以延展性优异的线性低密度聚乙烯作为基料，提供了材料在受力情况下的微结构稳定性，赋予材料形状记忆的功能。
即本申请制备的形状记忆聚烯烃复合材料具有较高的机械性能，复合材料中的聚乙烯、乙烯-丙烯交联共混聚合物组分为整体材料提供了优异的延展性，这是普通的乙烯-丙烯共聚物所不能达到的效果，而降低二者的含量，材料的形状记忆功能都会受到较大的影响；而聚丙烯组分则提供了材料的整体刚性，未添加聚丙烯组分的产品，刚性收到极大的影响，且易发生形变。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，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 (5)

1.一种形状记忆聚烯烃复合材料，其特征在于：其由下述原料按重量份数制备而成：
聚乙烯 60-80份
聚丙烯 10-20份
乙烯-丙烯交联共混聚合物 10-20份
润滑剂 2份
热稳定剂 0.5份；
所述乙烯-丙烯交联共混聚合物是由以下组分按重量份数制备而成：均聚聚丙烯30-40份，线性低密度聚乙烯60-70份，分子量调节剂0.4-0.8份；
所述分子量调节剂为有机过氧化物交联剂，所述有机过氧化物交联剂为1,4-双叔丁基过氧异丙基苯、1,1-双（叔丁基过氧基）-3,3,5-三甲基环己烷或5-二甲基-2，5双（叔丁基过氧基）己烷。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆聚烯烃复合材料，其特征在于：所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯；所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种形状记忆聚烯烃复合材料，其特征在于：所述润滑剂为双硬酯酰胺类润滑剂。
4.根据权利要求1所述的一种形状记忆聚烯烃复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为为四[β-(3，5- 二叔丁基4- 羟基苯基) 丙酸] 季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八醇酯、三-(2，4- 二叔丁基苯基) 亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少三种。
5.如权利要求1所述的一种形状记忆聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将均聚聚丙烯30-40份、线性低密度聚乙烯60-70份、分子量调节剂0.4-0.8份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得到乙烯-丙烯交联共混聚合物粒料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150-160℃、160-175℃、160-175℃、160-175℃、170-180℃、170-180℃、170-180℃、180-190℃、180-190℃、180-190℃；
（2）将聚乙烯60-80份、聚丙烯10-20份、乙烯-丙烯交联共混聚合物10-20份，润滑剂2份，热稳定剂0.5份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，冷却切粒后得复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是150-160℃、160-175℃、160-175℃、160-175℃、170-180℃、170-180℃、170-180℃、180-190℃、180-190℃、180-190℃。
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