CN113045826A - 一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，其由聚丙烯91.2‑77.5份、As2S3 5‑10份、增韧剂3‑10份、抗氧剂0.2‑1份、润滑剂0.4‑0.9份和偶联剂0.2‑0.6份按照重量份数制备而成；其中，所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯基弹性体、苯乙烯‑丁二烯弹性体、氢化苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯弹性体中的一种或两种以上的混合，所述抗氧剂为四[β‑（3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2,4‑二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复配物。本发明以As2S3作为填料改善材料的耐磨性能，提高了材料的耐磨性，同时保持了材料优异的力学性能和硬度。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有优异的机械性能、电性能、绝缘性能等，而被广泛用于汽车、建筑等领域，但聚丙烯材料质软，其界面强度低、耐磨性差，而限制了其应用。
目前，国内的耐磨材料主要包括酚醛树脂、玻璃纤维、二硫化钼、碳纤维等，但这些材料最大的缺陷是磨损耗严重。而现有的耐磨聚丙烯的改进方式，通常是通过添加玻璃纤维、石墨、二硫化钼等无机填料改变材料表面硬度，或者添加芥酸酰胺等助剂提高材料表面润滑性，这种改性手段效果有限，仍然对材料的磨耗较大，使用寿命短，容易对磨偶件造成磨损；且添加量较大，对材料的力学性能影响较大。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，以As2S3作为填料改善材料的耐磨性能，提高了材料的耐磨性，同时保持了材料优异的力学性能和硬度，解决了现有技术中耐磨性效果提升有限，对材料力学性能影响大的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐磨聚丙烯复合材料，其由聚丙烯91.2-77.5份、As2S3 5-10份、增韧剂3-10份、抗氧剂0.2-1份、润滑剂0.4-0.9份和偶联剂0.2-0.6份按照重量份数制备而成；其中，所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯基弹性体、苯乙烯-丁二烯弹性体、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体中的一种或两种以上的混合，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复配物。具体来说，这里的复配物是将两种物质按照任意的比例机械共混均匀即可，可以理解的是，这里的机械共混采用本领域常规的搅拌、球磨等均可，因此，这里不再具体的限定，共混的程度以两者混合均匀即可，本领域技术人员可根据需要进行调整，因此，这里也不再具体的限定。
进一步的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种混合物。
具体来说，所述的As2S3为常规的市售化学品即可，在本发明的一些实施例中所用的As2S3的CAS号1303-33-9。
进一步的，所述润滑剂为硅酮类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、芥酸类润滑剂、乙撑双硬脂酰胺中的任一种或两种以上的混合。
进一步的，所述的偶联剂聚丙烯接枝马来酸酐、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任一种或几种的混合。
本发明还提供了一种上述耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照配比称取聚丙烯、As2S3、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和偶联剂混合均匀后，加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、造粒，制得所述耐磨聚丙烯复合材料。前述原料的混合时间不进行具体的限定，本领域技术人员可根据需要进行调整，只要能实现上述原料混合均匀的目的即可，在本发明的一些实施例中，以混合5-10min为宜。
进一步的，所述双螺杆挤出机的各段工作温度为：进料段温度160℃-180℃，压缩段温度170℃-190℃，塑化段温度180℃-190℃，均化段温度190℃-200℃，模口温度190℃-200℃；螺杆转速为250-400r/min。
本发明中制备的耐磨聚丙烯复合材料可广泛应用于汽车、电子电器等耐磨部件上，应用广泛。
与现有技术相比，本发明中首次提出使用As2S3作为填料改善材料的耐磨性能，其中，As2S3为典型的2维片层晶体，具有特殊的各向异性的性能，晶体在两个方向的杨氏模量差异较大，分别为Ea轴79.1±10.1GPa，Ec轴47.2±7.9GPa，两个方向强度的差异高达60％。因此，本发明利用As2S3的上述特点，将其填充到聚丙烯材料中，在As2S3填充的材料中，当材料表面受摩擦时，晶体延c轴方向强度较小，片层以滑动剥离，从而改善材料表面的润滑性能，以提高其耐磨性能。而a轴则具有较高的强度，可提高材料的力学性能，使材料本身具有很高的硬度，可同时提高材料的耐磨性能。
本发明中制备出的耐磨聚丙烯复合材料，具有优异的耐磨性能，可应用于汽车、电子电器等耐磨性要求较高的制件，扩大了聚丙烯材料的应用领域。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例和对比例中制备耐磨聚丙烯材料所用的原材料型号具体为：
其中所用的聚丙烯为SK的PP K7726H、中石化PP K9026、SK的PP SZ30S；
其中所用的As2S3为aladdin分析纯晶体；
其中所用的增韧剂为POE 8200(陶氏化学)、EPDM 1703P(埃克斯美孚)；
其中所用的抗氧剂为Irganox1010(巴斯夫)、Irganox168(巴斯夫)、Irganox1075(巴斯夫)；
其中所用的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130(四川天宇油脂化学)、硬脂酸钙(山东宝利莱)、硬脂酸锌(山东宝利莱)、季戊四醇硬脂酸酯(南通润丰石油化工有限公司)；
其中所用的偶联剂为KH550(济南永月化工有限公司)、KH570(济南永月化工有限公司)。
实施例1
按照重量份将84.5份共聚聚丙烯PP K7726H、8份As2S3、6份增韧剂POE 8200、0.3份抗氧剂Irganox1010、0.3份抗氧剂Irganox168、0.5份润滑剂乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130、0.4份偶联剂KH550各组分加入高混机中干混8min，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得所述耐磨聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机的各段加工参数为进料段温度170℃，压缩段温度180℃，塑化段温度185℃，均化段温度195℃，模口温度195℃,螺杆转速为320r/min。
实施例2
按照重量份将83.7份共聚聚丙烯PP K9026、8份As2S3、8份增韧剂EPDM 1703P、0.4份抗氧剂Irganox1075、0.6份润滑剂硬脂酸钙、0.3份偶联剂KH570各组分加入高混机中干混6min，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得所述耐磨聚丙烯复合材料。其中，双螺杆挤出机的各段加工参数为进料段温度170℃，压缩段温度180℃，塑化段温度185℃，均化段温度195℃，模口温度195℃,螺杆转速为320r/min。
实施例3
按照重量份将87份均聚聚丙烯PP SZ30S、6份As2S3、5份增韧剂POE 8200、0.8份抗氧剂Irganox168、0.7份润滑剂硬脂酸锌、0.5份偶联剂KH550各组分加入高混机中干混7min，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得所述耐磨聚丙烯复合材料。其中，双螺杆挤出机的各段加工参数为进料段温度175℃，压缩段温度185℃，塑化段温度185℃，均化段温度190℃，模口温度190℃,螺杆转速为360r/min。
实施例4
按照重量份将41.2份共聚聚丙烯PP K7726H、50份均聚聚丙烯PP Z30S、5份As2S3、1份增韧剂POE 8200、2份增韧剂EPDM 1703P、0.1份抗氧剂Irganox1010、0.1份抗氧剂Irganox168、0.2份润滑剂季戊四醇硬脂酸酯、0.2份润滑剂硬脂酸钙、0.2份偶联剂KH550各组分加入高混机中干混5min，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得所述耐磨聚丙烯复合材料。其中，双螺杆挤出机的各段加工参数为进料段温度160℃，压缩段温度170℃，塑化段温度180℃，均化段温度190℃，模口温度190℃,螺杆转速为250r/min。
实施例5
按照重量份将77.5份共聚聚丙烯PP K7726H、10份As2S3、10份增韧剂POE 8200、0.5份抗氧剂Irganox1010、0.5份抗氧剂Irganox1075、0.9份润滑剂乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130、0.6份偶联剂KH570各组分加入高混机中干混10min，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得所述耐磨聚丙烯复合材料。其中，双螺杆挤出机的各段加工参数为进料段温度180℃，压缩段温度190℃，塑化段温度190℃，均化段温度200℃，模口温度200℃,螺杆转速为400r/min。
对比例1
按照重量份将84.5份共聚聚丙烯PP K7726H、8份二硫化钼、6份增韧剂POE 8200、0.3份抗氧剂Irganox1010、0.3份抗氧剂Irganox168、0.5份润滑剂乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130、0.4份偶联剂KH-550各组分加入高混机中干混8min，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得所述耐磨聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机的各段加工参数为进料段温度170℃，压缩段温度180℃，塑化段温度185℃，均化段温度195℃，模口温度195℃,螺杆转速为320r/min。
对比例2
按照重量份将92.5份共聚聚丙烯PP K7726H、6份增韧剂POE8200、0.3份抗氧剂Irganox1010、0.3份抗氧剂Irganox168、0.5份润滑剂乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130、0.4份偶联剂KH-550各组分加入高混机中干混8min，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得所述耐磨聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机的各段加工参数为进料段温度170℃，压缩段温度180℃，塑化段温度185℃，均化段温度195℃，模口温度195℃,螺杆转速为320r/min。
测试例
将实施例1-5和对比例1-2中制得的复合材料，分别进行拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度、色差值和摩擦系数的测试。
其中，拉伸强度测试标准依据ISO 527-2，测试条件：温度23℃，拉伸速率50mm/min；弯曲强度测试标准依据ISO 178，测试条件：温度23℃，弯曲速率2mm/min，跨距64mm；缺口冲击强度测试标准依据ISO 179-1eA，测试条件：温度23℃；耐磨损刮伤测试标准依据D421775，用色差值来评价，色差值测试标准依据PV 3952，测试条件：10N；表面摩擦系数测试标准依据ISO8295，测试条件：温度23℃，样件厚度为0.5mm。上述测定结果见表1。
表1实施例1-5和对比例1-2中的测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 拉伸强度(MPa) | 23.4 | 22.8 | 25.76 | 21.6 | 22.5 | 22.8 | 21.2 |
| 弯曲强度(MPa) | 32.6 | 33.4 | 38.92 | 33.8 | 34.6 | 31.0 | 29.7 |
| 弯曲模量(MPa) | 1820 | 1876 | 2238 | 1754 | 1842 | 1812 | 1675 |
| 缺口冲击强度(kJ/m2) | 18.2 | 16.7 | 3.5 | 17.3 | 16.9 | 16.1 | 15.3 |
| 色差值 | 0.36 | 0.32 | 0.38 | 0.42 | 0.31 | 2.14 | 2.92 |
| 摩擦系数 | 0.13 | 0.12 | 0.15 | 0.17 | 0.1 | 1.79 | 1.53 |
从表1中的测试结果可以看出，材料中加入As2S3可一定程度上提高材料的力学性能，同时提高材料的耐磨性能，降低材料表面摩擦系数。改性材料可用于耐磨要求较高的部件，扩大聚丙烯材料的应用领域。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，其由聚丙烯 91.2-77.5份、As2S3 5-10份、增韧剂 3-10份、抗氧剂 0.2-1份、润滑剂 0.4-0.9份和偶联剂 0.2-0.6份按照重量份数制备而成；其中，所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯基弹性体、苯乙烯-丁二烯弹性体、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体中的一种或两种以上的混合，所述抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复配物。
2.如权利要求1所述的耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种混合物。
3.如权利要求1所述的耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、芥酸类润滑剂、乙撑双硬脂酰胺中的任一种或两种以上的混合。
4.如权利要求1所述的耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的偶联剂聚丙烯接枝马来酸酐、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任一种或几种的混合。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比称取聚丙烯、As2S3、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和偶联剂混合均匀后，加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、造粒，制得所述耐磨聚丙烯复合材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的各段工作温度为：进料段温度160℃-180℃，压缩段温度170℃-190℃，塑化段温度180℃-190℃，均化段温度190℃-200℃，模口温度190℃-200℃；螺杆转速为250-400r/min。
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