CN112876775B - 一种高耐磨聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
一种高耐磨聚丙烯材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高耐磨聚丙烯材料,由以下组分按重量份组成:聚丙烯69‑81份,界面相容剂3‑5份,二硫化钼2‑4份,陶瓷纤维10‑20份,偶联剂0.2‑0.6份,润滑剂2‑4份,耐热助剂0.2‑0.4份。本发明还公开了上述高耐磨聚丙烯材料的生产方法。利用球磨罐将二硫化钼与陶瓷纤维进行球磨处理,使陶瓷纤维粉末嵌入在二硫化钼粉末片层中,并使用偶联剂对二硫化钼与陶瓷纤维混合粉末进行预处理,有效阻止了二硫化钼粉末在聚丙烯中的团聚。陶瓷纤维可以提高材料的表面硬度,二硫化钼可以降低材料的摩擦系数,两者复配,使本发明制备的聚丙烯材料具有高耐磨性,具有很高的实际应用性。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域,具体涉及一种高耐磨聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)作为通用塑料之一,具有耐热性高、强度均衡、密度低、加工性好等特点,同时价格便宜,目前在汽车、家电等领域都有广泛应用。
聚丙烯材料表面硬度低,使用过程中很容易刮伤,导致其应用受到一定的限制。通常的改进办法是通过在原料中加入二硫化钼、聚四氟乙烯等改善聚丙烯的耐磨性,也有通过在聚丙烯中加入滑石粉填充来增加聚丙烯的耐磨性,但是这些办法对耐磨性的提升较小。
随着汽车工业的发展,聚丙烯材料不再仅仅应用于汽车内、外饰件方面,在很多汽车功能件上也会有越来越多的应用,这对聚丙烯材料的耐磨性提出了更高的要求。因此行业内对高耐磨聚丙烯材料有很大需求。
无机材料在聚合物基体中的分散状态以及其与基体间的界面相容性直接决定了聚合物复合材料的性能优劣。本发明从改善耐磨剂在聚丙烯基体中的分散状态和界面相容性着手,开发出一种高耐磨聚丙烯材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种高耐磨聚丙烯材料及其制备方法,本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
本发明的材料由以下组分按重量份组成:
进一步方案,所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的一种或几种混合物,在230℃,2.16kg的测试条件下,熔融指数为3-100g/10min。
进一步方案,所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯,接枝率为0.5-1.5%。
进一步方案,所述二硫化钼的粒径为1-15μm。
进一步方案,所述陶瓷纤维单丝直径为2-6μm。
进一步方案,所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷和3-异氰酸丙基三甲氧基硅烷中的一种。
进一步方案,所述润滑剂为硅酮。
进一步方案,所述耐热助剂为抗氧剂,所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或者多种。
本发明的另一个目的是提供上述所述的耐磨聚丙烯材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中球磨得混合粉体;所述球磨罐的转速为200r/min~400r/min,球磨的时间为0.5~1小时;
(2)将步骤(1)制得的混合粉体与偶联剂一起加入高混机中,混合均匀得到混合粉末;
(3)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合3~5分钟得到混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(2)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后,得到本发明的高耐磨聚丙烯材料。所述双螺杆挤出机的长径比为42:1,所述双螺杆挤出机的各段温度设置在200-240℃范围内。
与现有技术相比,本发明有益效果体现在:
(1)二硫化钼晶型属于六方晶系中的层状结构,两层硫(S)原子中间有一层钼(Mo)原子,形成一个S-Mo-S三个平面层组成的单元层,层与层之间只有微弱的范德华力,二硫化钼极易从层与层之间分开。本发明利用球磨罐将二硫化钼与陶瓷纤维进行球磨处理,使陶瓷纤维粉末嵌入在二硫化钼粉末片层中。插层之后,二硫化钼片层间的层间距扩大,片层之间的陶瓷纤维粉末有效阻止了二硫化钼粉末的团聚。
(2)使用偶联剂对二硫化钼与陶瓷纤维混合粉末进行预处理,偶联剂一端的烷氧基水解生成硅羟基,同混合粉末材料表面的羟基发生水解缩聚反应,在此过程中有效了增大了混合粉末材料的比表面积,改善了其亲水疏油性,提高了表面活性,使其与聚丙烯结合时更加牢固。
(3)陶瓷纤维可以提高材料的表面硬度,二硫化钼可以降低材料的摩擦系数,两者复配,使本发明制备的材料具有高耐磨性。
(4)润滑剂不断析出到表面,进一步降低材料的表面摩擦系数,显著增强材料的耐磨性能。
(5)界面相容剂的加入,提高了无机材料与聚丙烯基材的相容性,提高了本发明制备的聚丙烯材料的耐磨性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下列实施例与对比例中所用试剂的型号以及供应商只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分,以便充分公开,并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。
下列实施例与对比例中所用PP牌号K7926,生产厂家为上海塞科;界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯,生产厂家为广州柏晨。耐热助剂为巴斯夫股份公司生产的抗氧剂1076和抗氧剂168,两者按质量比1:1混合得到的混合物;偶联剂牌号为硅烷偶联剂KH550,生产厂家为天长市绿色化工助剂厂;润滑剂牌号为HMB0221,生产厂家为道康宁。
材料的综合性能通过拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度和耐摩擦的数值进行评判。各实施例和对比例制备得到的粒子注塑成标准样条后,进行性能测试。拉伸强度按照ISO527执行,测试速度为50mm/min,样条为哑铃形,样条尺寸为170mm*10mm*4mm;悬臂梁缺口冲击强度按照ISO 180执行,测试常温(23℃)悬臂梁缺口冲击强度,样条为矩形(V型模塑缺口),样条尺寸为80mm*10mm*4mm;耐摩擦的按照Q/JLY J7110281D-2016执行,样条尺寸为200mm*140mm*3mm。
实施例1
(1)按照表1的配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中磨成粉体,球磨罐的转速为300r/min,球磨时间为0.5小时。
(2)将二硫化钼和陶瓷纤维的混合粉体与偶联剂一起加入高混机中,混合3分钟得到混合粉末。
(3)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合3分钟得到混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(2)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的高耐磨聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区200℃、二区210℃、三区215℃、四区220℃、五区225℃、六区230℃、机头230℃。
实施例1所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
实施例2
(1)按照表1的配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中磨成粉体,球磨罐的转速为200r/min,球磨时间为1小时。
(2)将二硫化钼和陶瓷纤维的混合粉体与偶联剂一起加入高混机中,混合3分钟得到混合粉末。
(3)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合3分钟得到混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(2)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的高耐磨聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区205℃、二区210℃、三区215℃、四区220℃、五区225℃、六区230℃、机头230℃。
实施例2所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
实施例3
(1)按照表1的配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中磨成粉体,球磨罐的转速为400r/min,球磨时间为0.5小时。
(2)将二硫化钼和陶瓷纤维的混合粉体与偶联剂一起加入高混机中,混合3分钟得到混合粉末。
(3)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合4分钟得到混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(2)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的高耐磨聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区210℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。
实施例3所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
实施例4
(1)按照表1的配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中磨成粉体,球磨罐的转速为300r/min,球磨时间为1小时。
(2)将二硫化钼和陶瓷纤维的混合粉体与偶联剂一起加入高混机中,混合3分钟得到混合粉末。
(3)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合5分钟得到混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(2)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的高耐磨聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区215℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。
实施例4所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
实施例5
(1)按照表1的配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中磨成粉体,球磨罐的转速为400r/min,球磨时间为1小时。
(2)将二硫化钼和陶瓷纤维的混合粉体与偶联剂一起加入高混机中,混合3分钟得到混合粉末。
(3)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合5分钟得到混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(2)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的高耐磨聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区215℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区230℃、六区235℃、机头235℃。
实施例5所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
对比例1
(1)按照表1的配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中磨成粉体,球磨罐的转速为400r/min,球磨时间为0.5小时得到混合粉末;
(2)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合4分钟得到混合物;
(3)将步骤(2)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(1)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区210℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。
对比例1所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
对比例2
(1)将二硫化钼与偶联剂一起加入高混机中,混合3分钟得到混合粉末。
(2)按配比称量聚丙烯、相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合4分钟得到混合物;
(3)将步骤(2)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(1)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区210℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。
对比例2所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
对比例3
按配比称量聚丙烯、相容剂和耐热助剂放入高速混合机中混合4分钟得到混合物;再将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出,挤出条通过循环水槽冷却至室温,经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到聚丙烯材料。
双螺杆挤出机的长径比为42:1,双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为:一区210℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。
对比例3所获得的产品按照相应标准测试其性能,测试结果见表2。
表1实施例1~5和对比例1~3的原料添加份数
表2实施例1~5和对比例1~3的制得的产品的性能测试结果
从实施例1~5和对比例1~3可以看出,本发明制备的聚丙烯材料具有高耐磨性,具有很高的实际应用性。
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 (9)
1.一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:由以下组分按重量份组成:
聚丙烯69-81份,
界面相容剂3-5份,
二硫化钼2-4份,
陶瓷纤维10-20份,
偶联剂0.2-0.6份,
润滑剂2-4份,
耐热助剂0.2-0.4份,
其制备方法包括以下步骤:
(1)按照配比称取二硫化钼和陶瓷纤维,放入球磨罐中球磨得混合粉体;
(2)将步骤(1)制得的混合粉体与偶联剂一起加入高混机中,混合均匀得到混合粉末;
(3)按配比称量聚丙烯、界面相容剂、润滑剂和耐热助剂放入高速混合机中混合3~5分钟得到混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入,将步骤(2)得到的混合粉末从双螺杆挤出机侧喂料口加入,两种混合物在双螺杆挤出机中进行熔融混合后,得到高耐磨聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的一种或几种混合物,在230℃,2.16kg的测试条件下,熔融指数为3-100g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯,接枝率为0.5-1.5%。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:所述二硫化钼的粒径为1-15μm。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:所述陶瓷纤维单丝直径为2-6μm。
6.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷和3-异氰酸丙基三甲氧基硅烷中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:所述润滑剂为硅酮。
8.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:所述耐热助剂为抗氧剂,所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或者多种。
9.根据权利要求1所述的一种高耐磨聚丙烯材料,其特征在于:步骤(1)中,所述球磨罐的转速为200r/min~400r/min,球磨的时间为0.5~1小时;所述双螺杆挤出机的长径比为42:1,所述双螺杆挤出机的各段温度设置在200-240℃范围内。
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