CN111484666A - 一种改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料及其制备方法，该材料由聚丙烯42‑83份、矿物填充5‑25份、增韧剂5‑20份、改性粉末丁苯橡胶5‑10份、抗氧剂0.2‑0.5份、润滑剂0.1‑0.5份、光稳剂0.1‑0.5份，经混合、挤出制备而成。本发明利用改性粉末橡胶改善增韧剂与聚丙烯基体之间的结合强度，使改性后的聚丙烯复合材料可以性能更高，尺寸稳定性更佳。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术背景
聚丙烯材料由于密度小、耐热优异、耐疲劳性好且价格低，因而用途广泛。但聚丙烯的结晶度较高、尺寸稳定性差等原因加大了其直接应用到保险杠产品的难度。为了扩展聚丙烯材料在该领域的应用，积极开发低密度，收缩率低、高刚性、耐候持久、尺寸稳定的聚丙烯复合材料成为当前研究方向之一。
丁苯橡胶(SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理机械性能，加工性能接近于天然橡胶，已广泛应用于各种橡胶制品的生产领域，是最大的通用合成橡胶品种。
本发明通过特殊制备方法，获得改性粉末丁苯橡胶，有效运用它改善聚丙烯复合材料的韧性及尺寸稳定性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种适用于工业化批量生产改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
一种改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，该复合材料由以下组分按重量份制成：聚丙烯42-83份、矿物填充5-25份、增韧剂5-20份、改性粉末丁苯橡胶5-10份、抗氧剂0.2-0.5份、润滑剂0.1-0.5份、光稳剂0.1-0.5份。
进一步方案，所述改性粉末橡胶为自制的硫化交联粉末丁苯橡胶，其制备方法如下：
(1)以三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)为硫化剂，将TMPTMA溶解于丙酮中，然后加入粉末丁苯橡胶，搅拌；
(2)于混合液中加入碳纳米管(CNTs)，继续搅拌均匀后干燥，得到改性胶粉；
以上三者的份数比为TMPTMA：粉末丁苯橡胶：碳纳米管＝(3：3：1)～(3：6：3)。
所述聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16Kg条件下大于10g/10min，在拉伸速度为50mm/min情况下，其拉伸强度大于19MPa、悬臂梁缺口冲击强度为10KJ/m2。
所述矿物填充为滑石粉、碳酸钙；所述滑石粉和碳酸钙的粒径目数大于1500目。
所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯辛烯共聚物或顺丁橡胶。
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP、抗氧剂168中的一种或两种以上的混合物；所述的光稳剂为受阻胺类复配光稳剂。
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮类、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
本发明另一个发明目的是提供上述一种改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料的制备方法，按重量份，将聚丙烯、矿物填充、增韧剂、改性粉末丁苯橡胶、抗氧剂、润滑剂与光稳剂一起加入高混机中混合均匀；然后将混合均匀的混合物经挤出机熔融挤出后造粒，即可制备改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料。
进一步方案，所述挤出机从下料口到模口的温度分别为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃；挤出机的转速为180～400rpm；真空度为-0.07～-0.03MPa。
发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明中通过选择改性粉末丁苯橡胶，对复合材料起到成核的作用，而同时CNTs，经与粉末丁苯橡胶进行改性处理，被弹性体包覆，而形成“核-壳”结构，经过双螺杆改性，刚性粒子CNTs起到成核作用，使材料的尺寸稳定性变好；而粉末丁苯橡胶，是连接刚性粒子CNTs与增韧剂的桥梁，有效阻碍微裂纹扩展，从而改善复合材料的力学性能。
具体实施方式：
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。
本发明的聚丙烯复合材料的型号如下：
其中所用聚丙烯为PP-YPJ1215C、PP-K7926、PP-3204、PP-EP548R；
所用矿物填充为滑石粉AH51210、碳酸钙LD-1000C；
所用增韧剂为POE 8200、EPDM、BR；
所用改性粉末橡胶为自制的硫化交联粉末丁苯橡胶，其制备方法如下：
(1)以TMPTMA为硫化剂，将TMPTMA溶解于丙酮中，然后加入粉末丁苯橡胶，搅拌；
(2)于混合液中加入CNTs，继续搅拌均匀后干燥，得到改性胶粉；
以上三者的份数比为TMPTMA：粉末丁苯橡胶：CNTs＝3：6：2。
所用抗氧剂为1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTDP；
所用润滑剂为乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、季戊四醇硬脂酸酯；
所用光稳剂为V703。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
按重量配比分别称取42份干燥的聚丙烯YPJ1215C、25份滑石粉AH51210、20份增韧剂POE8200、10份改性粉末丁苯橡胶、0.2份抗氧剂1010、0.3份抗氧剂DSTDP、0.1份润滑剂EBS、0.1份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃，195℃，195℃，200℃，205℃、主机转速为180rpm，真空度为-0.03MPa。
实施例2
按重量配比分别称取83份干燥的聚丙烯K7926、5份碳酸钙LD-1000C、5份增韧剂EPDM、5份改性粉末丁苯橡胶、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168，0.3份润滑剂硬脂酸钙、0.2份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃，195℃，195℃，200℃，205℃、主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例3
按重量配比分别称取60份干燥的聚丙烯3204、10份滑石粉AH51210、12份增韧剂BR、7份改性粉末丁苯橡胶、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168，0.5份润滑剂EBS、0.3份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃，195℃，195℃，200℃，205℃、主机转速为350rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例4
按重量配比分别称取65份干燥的聚丙烯PP-EP548R、10份滑石粉AH51210、10份碳酸钙LD-1000C、7份改性粉末丁苯橡胶、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.2份润滑剂EBS、0.5份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃，195℃，195℃，200℃，205℃、主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例
按重量配比分别称取72份干燥的聚丙烯PP-EP548R、10份滑石粉AH51210、10份碳酸钙LD-1000C、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.2份润滑剂EBS、0.5份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃，195℃，195℃，200℃，205℃、主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
实施例1-4及对比例制备的复合材料的性能测试数据如下表1所示：
备注：收缩率为同一工艺下燃烧速度板的测试结果。
由上表可知，加入不同份数、不同配比的改性粉末丁苯橡胶均能有效提高复合材料的刚性、韧性。同时，注塑的产品经过90℃、2h烘烤后，后收缩率小，产品尺寸稳定。
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 (10)
1.一种改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，其特征在于：该复合材料由以下组分按重量份制成：聚丙烯42-83份、矿物填充5-25份、增韧剂5-20份、改性粉末丁苯橡胶5-10份、抗氧剂0.2-0.5份、润滑剂0.1-0.5份、光稳剂0.1-0.5份；所述改性粉末丁苯橡胶为硫化交联粉末丁苯橡胶。
2.根据权利要求1所述的改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16Kg条件下大于10g/10min，在拉伸速度为50mm/min情况下，其拉伸强度大于19MPa、悬臂梁缺口冲击强度为10KJ/m2。
3.根据权利要求1所述的改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，其特征在于：所述矿物填充为滑石粉和/或碳酸钙；所述滑石粉和碳酸钙的粒径目数大于1500目。
4.根据权利要求1所述的改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯辛烯共聚物或顺丁橡胶。
5.根据权利要求1所述的改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP、抗氧剂168中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳剂为受阻胺类复配光稳剂。
7.根据权利要求1所述的改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮类、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
8.一种制备如权利要求1-7中任一项所述的改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：按重量份，将聚丙烯、矿物填充、增韧剂、改性粉末丁苯橡胶、抗氧剂、润滑剂与光稳剂一起加入高混机中混合均匀；然后将混合均匀的混合物经挤出机熔融挤出后造粒，即可制备改性粉末橡胶增韧聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述改性粉末丁苯橡胶的制备方法包括以下步骤：
（1）以三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为硫化剂，将三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯溶解于丙酮中，然后加入粉末丁苯橡胶，搅拌；
（2）于上述混合液中加入碳纳米管，继续搅拌均匀后干燥，得到改性粉末丁苯橡胶；
所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、粉末丁苯橡胶和碳纳米管的质量份数比为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：粉末丁苯橡胶：碳纳米管=（3：3：1）~（3：6：3）。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述挤出机从下料口到模口的温度分别为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃；挤出机的转速为180～400rpm；真空度为-0.07～-0.03MPa。
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