CN113150442A - 高模量低密度聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高模量低密度聚丙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，由以下原材料制成：聚丙烯、线性低密度聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、芳纶、抗氧化剂。加入低密度聚乙烯可以很好的降低聚合物的密度，同时通过添加PP‑G‑MA进行表面改性处理，增强其复合材料的界面粘附性，使得芳纶、聚丙烯、低密度聚乙烯很好的进行混合,从而获得高模量低密度聚丙烯复合材料。从万能试验机的测量的结构可以看出，复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、弯曲强度等参数等到了显著的增强，以扩大聚丙烯材料的应用范围。

Description

高模量低密度聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高模量低密度聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene,PP)材料，具有易加工，成本低廉、较高的耐冲击性、较高的软化温度、良好的化学惰性以及机械性质强韧等优点，而在汽车上和汽车相关领域被广泛使用。但是在实际应用过程中发现，聚丙烯的模量偏低，且与其他极性聚合物和无机物相容性较差，这限制了聚丙烯的进一步工程化应用。
因此，探寻一种具有高模量同时能很好与其他材料相容的聚丙烯材料的制备方法，可以极大的扩大聚丙烯材料在汽车以及其周边产品的应用范围。特别地，在近几年的研究报道中，发表了非常多样且有效的提高复合材料模量以及改良性质策略方面的成果，这些改性策略主要取决于填充物的种类。如填充气相二氧化硅(SiO2)纳米颗粒提高复合材料的模量，添加阻燃剂增强复合材料阻燃性，一些弹性体，碳酸钙等。
发明内容
本为了解决上述技术问题，本发明提供了另一种高模量低密度聚丙烯复合材料，本发明还提供了其制备方法。
为了实现本发明的上述第一目的，本发明提供了一种高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下原材料制成：聚丙烯、线性低密度聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、芳纶、抗氧化剂和偶联剂。
上述方案中：还添加有滑石粉。
上述方案中：所述芳纶为芳纶1414。
上述方案中：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
上述方案中，按照重量份数原材料的添加量为：聚丙烯45-55份、线性低密度聚乙烯25-41份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯3-5份、芳纶5-12份、抗氧化剂0.2-0.4份和偶联剂0.1-0.3份。
上述方案中：所述滑石粉的添加量为8-12份。
上述方案中：所述抗氧化剂为抗氧化剂101。
本发明的第二目的是这样实现的：一种所述高模量低密度聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：
1)使用高速混合器将聚乙烯和线性低密度聚乙烯混合均匀，然后加入芳纶和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯继续混合均匀，最后加入其它剩余组分后充分混合；
2)将混合样品放入双螺杆挤出机中进行混配、挤出、冷却、切粒得到产品。
上述方案中：双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500rpm，挤出温度为180℃-220℃。
芳纶纤维是工业中重要的高性能纤维，具有高结晶结构，强度可达钢丝的5～6倍，起到强化复合材料的模量的作用。芳纶具有生命周期长、重量轻、抗老化等优良性能，作为复合材料组成成分，不仅可以极大的提高复合材料的模量，还可以同时加强复合材料其他力学性能。然而，芳纶的界面粘附性差，混入后会降低复合材料的界面粘附性能。本发明加入线性低密度聚乙烯降低聚合物的密度。由于线性低密度聚乙烯和PP相容性不高，通过加入甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯接枝聚丙烯(PP-G-MA)搭建极性材料与非极性材料粘接性和相容性的桥梁，极大地改善芳纶、线性低密度聚乙烯和聚丙烯亲和性和相容性，于此同时提高滑石粉在聚丙烯中的分散性。通过添加PP-G-MA来进行表面改性处理，增强其复合材料的界面粘附性，使芳纶、聚丙烯、低密度聚乙烯很好的进行混合，从得到低密度高模量的聚丙烯复合材料，以扩大聚丙烯材料在汽车以及其周边产品的应用范围。同时，本发明优化剂量以使配方赋予复合材料更高的模量，良好的机械性能和低的材料密度。
有益效果：本发明加入低密度聚乙烯可以很好的降低聚合物的密度，同时通过添加PP-G-MA和偶联剂进行表面改性处理，增强其复合材料的界面粘附性，使得芳纶、聚丙烯、低密度聚乙烯很好的进行混合,从而获得高模量低密度聚丙烯复合材料。从万能试验机的测量的结构可以看出，复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、弯曲强度等参数得到了显著的增强，扩大了聚丙烯材料的应用范围。
附图说明：
图1为未添加滑石粉的电镜扫描图。
图2为添加滑石粉后的电镜扫描图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
实施例1-9按照重量份聚丙烯复合材料的各组分的组成如表1所示：
表1实施例1-9复合材料各组分的配比
Figure BDA0003024592050000031
Figure BDA0003024592050000041
制备方法：
使用高速混合器将混合不同质量比的低密度聚乙烯、PP混合，再混入芳纶1414和PP-G-MA充分混合，然后加入抗氧化剂、偶联剂(钛酸酯偶联剂)和滑石粉充分混合，将混合后的样品放入双螺杆挤出机中使用300-500rpm螺杆转速以及在180-220℃的温度下进行配混。将混合后的样品挤出，冷却，切粒得到产品。
产品性能测试：
根据ISO 527-2标准，在万能试验机(型号UTM13335)上测量拉伸屈服强度和弯曲模量。根据ISO 179-1标准，在万能试验机(型号QTM131001)上测量缺口冲击强度。使用ISO1183-1标准测量试样密度。实验数据为5个测量数据的平均值。对实施例1-9进行测试后得到的结果如表2所示。
表2实施例1-9的复合材料的性能参数
Figure BDA0003024592050000042
Figure BDA0003024592050000051
如表2所示芳纶1414的加入使PP-PE混料的密度从0.908g·cm-3增加到0.946g·cm-3。加入滑石粉后，由于滑石粉的密度高(2.7-2.8g·cm-3)，导致产品的密度增加，但模量的得到明显加强。随着芳纶1414的量的增加弯曲模量增加。滑石粉填料可以增强复合材料的力学性能，其中样品7-9相比样品3芳纶1414含量降低2％，但是添加了滑石粉，弯曲模量进一步增强。很好的表明填充物对于复合材料的模量增加起着很大作用。添加滑石粉后，耐冲击强度和弯曲模量增加。从电镜结果也可以看出，芳纶的添加会使聚丙烯材料形成网状结构，大幅的提高聚丙烯的拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度和弯曲模量，随着芳纶添加量的提高，网孔愈加密集，材料力学性能也随之提高。加入滑石粉后，聚丙烯表面出现了凹凸结构，使得样品基体更具有支撑特性，导致了材料的缺口冲击强度和弯曲强度都得到了显著增强。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下原材料制成：聚丙烯、线性低密度聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、芳纶、抗氧化剂和偶联剂。
2.根据权利要求1所述高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于：还添加有滑石粉。
3.根据权利要求1或2所述高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于：所述芳纶为芳纶1414。
4.根据权利要求3所述高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
5.根据权利要求4所述高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，按照重量份数原材料的添加量为：聚丙烯45-55份、线性低密度聚乙烯25-41份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯3-5份、芳纶5-12份、抗氧化剂0.2-0.4份和偶联剂0.1-0.3份。
6.根据权利要求5所述高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于：所述滑石粉的添加量为8-12份。
7.根据权利要求6所述高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧化剂101。
8.一种权利要求1-7任一项所述高模量低密度聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：
1)使用高速混合器将聚乙烯和线性低密度聚乙烯混合均匀，然后加入芳纶和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯继续混合均匀，最后加入其它剩余组分后充分混合；
2)将混合样品放入双螺杆挤出机中进行混配、挤出、冷却、切粒得到产品。
9.根据权利要求8所述高模量低密度聚丙烯复合材料，其特征在于：双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500rpm，挤出温度为180℃-220℃。
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