CN113444336A - 一种滤板用增强增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滤板用增强增韧改性聚丙烯复合材料，复合材料由下述质量百分比的原料制成：聚丙烯树脂：50‑70％；长玻纤：10‑30％；表面改性碳酸钙：10‑20％；马来酸酐接枝聚丙烯：0.1‑10％；增韧剂：2‑10％；稳定剂：0.1‑5％。还提供了复合材料的制备方法。本发明通过采用填充长玻璃纤维提高PP的耐温性能和机械强度，表面改性碳酸钙提高PP的机械强度并降低复合材料的成本，采用PP‑g‑MAH作为增容剂提高GF、CaCO3与PP的相容性，引入POE提高复合材料韧性。本发明提供的改性聚丙烯复合材料实现了耐热性、机械性能以及韧性的同步提高，特别适用于压滤机滤板使用。
Description
技术领域：
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种增强增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种热塑性塑料，密度小，表面硬度大，耐热性、化学稳定性、绝缘性良好，被广泛应用于生产、生活各个领域。目前压滤机上的常用的滤板材料都是采用聚丙烯材料，应具有良好的机械强度和耐热性和良好的韧性，以保证压滤板在高温高压条件下发生形变时不受破坏。但是纯聚丙烯树脂材料抗冲击性能差、耐热性能也需要进行提高。
一般通过改变PP的分子结构或采用玻纤等无机填料改性等方式提高PP的耐热性能。但是传统的PP改性只能满足单一指标，改性复合材料提高PP机械强度、耐热性能的同时往往导致材料冲击性能下降；提高PP的冲击韧性，又会降低PP的机械强度和耐热性能。例如专利CN103772825公开了长玻纤改性的聚丙烯的复合材料，其弯曲模量都在5GPa以上，拉伸强度在100MPa以上，但是其韧性较差，断裂伸长率都小于3.5％，导致在加工和使用的时候发生断裂。因此如何同步提高PP改性料的耐热性、机械性能以及韧性是一个迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种滤板用增强增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料通过采用高耐冲嵌段共聚PP作为基体，填充长玻璃纤维(GF)提高PP的耐温性能和机械强度，填充碳酸钙(CaCO3)提高PP的机械强度并降低复合材料的成本，并采用聚马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)作为增容剂提高GF、CaCO3与PP的相容性，并引入烯烃弹性体(POE)提高复合材料韧性，避免复合材料因引入大量填料而发脆失效，满足复合材料在压滤机领域的应用。
本发明采用的技术方案是：
一种增强增韧改性聚丙烯复合材料，由下述质量百分比的原料制成：
聚丙烯树脂：50-70％
长玻纤：10-30％
表面改性碳酸钙：10-20％
马来酸酐接枝聚丙烯：0.1-10％
增韧剂：2-10％
稳定剂：0.1-5％。
所述聚丙烯树脂为高耐冲嵌段共聚聚丙烯，优选为聚丙烯的熔指在20-30g/10min。
所述的长玻纤是连续的玻璃纤维，直径10～50μm。
所述的碳酸钙为微米级碳酸钙，平均粒径在1-100微米之间，进一步优选为10-50微米。
优选所述碳酸钙为表面改性碳酸钙，所述表面改性碳酸钙可按照CN108546342A公开的方法进行处理，具体来说，所述表面改性碳酸钙可按以下方法制得：
将乙二醇与二乙醇胺在室温下均匀混合，然后加入油酸、亚油酸和聚丙烯酸钠混合均匀，得到碳酸钙分散处理剂，然后将碳酸钙粉体与碳酸钙分散处理剂按照质量比20：1～100：1(优选30：1～50：1)进行混合，然后研磨分散均匀，得到表面改性碳酸钙粉体。
所述碳酸钙分散处理剂中各组分的质量百分比为：乙二醇35～60.0％(优选40～60.0％)、二乙醇胺35～60.0％(优选40～60.0％)、油酸0.5～1.5％、亚油酸0.3～1.5％、聚丙烯酸钠0.1～2.0％。
所述的马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)的接枝度为0.5-1.5％，优选为0.7-1％。
所述的增韧剂为聚烯烃弹性体POE，所述POE为拉伸强度在4-30MPa之间的热塑性弹性体，断裂伸长率大于800％。优选为拉伸强度在5-15MPa之间的热塑性弹性体，断裂伸长率大于1000％。
所述的稳定剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、受阻胺类光稳剂中的一种或多种。进一步，优选所述抗氧剂为抗氧剂1790、1010、1076、168中的一种或两种以上。
本发明提供的增强增韧改性聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按要求称取以下各组分原料：聚丙烯树脂、碳酸钙、马来酸酐接枝聚丙烯、增韧剂、稳定剂，然后将混合料放入高速混料机中进行混合处理；
(2)将混合均匀的混合料经过双螺杆挤出机(温度在190-250℃)剪切塑化注入到浸渍模具(温度220-250℃)，转速为200-300rpm；
(3)将连续玻纤通过玻纤烘道加热后，加入浸渍模具中，使得PP混合料浸渍包裹玻璃纤维，再经过切粒机切粒，获得增强增韧改性聚丙烯复合材料，复合材料的切粒的长度在10-30mm。
所制得的增强增韧改性聚丙烯复合材料的弯曲强度>80MPa，弯曲模量>5.0GPa，热变形温度>140℃，断裂伸长率>6％，悬臂梁无缺口冲击>70KJ/m2。
本发明的技术效果在于：
1.通过采用填充长玻璃纤维提高PP的耐温性能和机械强度，表面改性碳酸钙提高PP的机械强度并降低复合材料的成本，采用聚马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)作为增容剂提高GF、CaCO3与PP的相容性，引入烯烃弹性体(POE)提高复合材料韧性，避免复合材料因引入大量填料而发脆失效。本发明提供的改性聚丙烯复合材料实现了耐热性、机械性能以及韧性的同步提高，特别适用于压滤机滤板使用。
2.碳酸钙经过特殊表面处理，与PP的相容性明显提高，在浸渍玻璃纤维时更容易分散均匀，不影响PP树脂对玻纤的浸润。
3.本发明增强增韧改性聚丙烯复合材料的制备方法简单方便。
具体实施方式
下面以具体的实施例来对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
原料来源：聚丙烯树脂为高耐冲嵌段共聚聚丙烯，牌号K8003；长玻纤是连续的玻璃纤维；表面改性碳酸钙所用的碳酸钙原料是江西恒盛泰的800目活性重钙，按照CN201911277698.0进行处理；马来酸酐接枝聚丙烯的接枝度为0.8％；增韧剂为聚烯烃弹性体POE，牌号是陶氏的ENGAGE 8200，拉伸强度在5.7MPa，断裂伸长LV为1100％的热塑性弹性体；稳定剂为酚类抗氧剂1790和亚磷酸酯类抗氧剂168(重量比7:3)的混合物。
表面改性碳酸钙的处理工艺如下：
1)首先制备液体状碳酸钙分散处理剂，将40.0份乙二醇与57.0份二乙醇胺，在室温下搅拌混合均匀，然后加入1份油酸、1份亚油酸和1份聚丙烯酸钠，得到液体状碳酸钙分散处理剂；
2)将碳酸钙粉体与碳酸钙分散处理剂混合，碳酸钙粉体与碳酸钙分散处理剂的质量比为50：1，研磨分散均匀后得到表面改性碳酸钙粉体。
实施例1
一种增强增韧改性聚丙烯复合材料，由下述成分制成：
聚丙烯树脂：70％
长玻纤：10％
表面改性碳酸钙：15％
马来酸酐接枝聚丙烯：0.5％
增韧剂：4％
稳定剂：0.5％。
制备方法如下：
(1)按要求称取以下各组分原料：聚丙烯树脂、表面改性碳酸钙、马来酸酐接枝聚丙烯、增韧剂、稳定剂，然后将混合料放入高速混料机中进行混合处理；
(2)将混合均匀的混合料经过双螺杆挤出机(温度在190-250℃)剪切塑化注入到浸渍模具(温度230℃)，转速为250rpm；
(3)将连续玻纤通过玻纤烘道加热后，加入浸渍模具中，使得PP混合料浸渍包裹玻璃纤维，再经过切粒机切粒，切粒长度13mm，获得增强增韧改性聚丙烯复合材料。
实施例2
一种增强增韧改性聚丙烯复合材料，由下述成分制成：
聚丙烯树脂：65％
长玻纤：20％
表面改性碳酸钙：10％
马来酸酐接枝聚丙烯：0.5％
增韧剂：4％
稳定剂：0.5％。
制备方法如下：
(1)按要求称取以下各组分原料：聚丙烯树脂、表面改性碳酸钙、马来酸酐接枝聚丙烯、增韧剂、稳定剂，然后将混合料放入高速混料机中进行混合处理；
(2)将混合均匀的混合料经过双螺杆挤出机(温度在190-250℃)剪切塑化注入到浸渍模具(温度230℃)，转速为200rpm；
(3)将连续玻纤通过玻纤烘道加热后，加入浸渍模具中，使得PP混合料浸渍包裹玻璃纤维，再经过切粒机切粒，切粒长度13mm，获得增强增韧改性聚丙烯复合材料。
实施例3
一种增强增韧改性聚丙烯复合材料，由下述成分制成：
聚丙烯树脂：63％
长玻纤：15％
表面改性碳酸钙：15％
马来酸酐接枝聚丙烯：1.5％
增韧剂：5％
稳定剂：0.5％。
制备方法如下：
(1)按要求称取以下各组分原料：聚丙烯树脂、表面改性碳酸钙、马来酸酐接枝聚丙烯、增韧剂、稳定剂，然后将混合料放入高速混料机中进行混合处理；
(2)将混合均匀的混合料经过双螺杆挤出机(温度在190-250℃)剪切塑化注入到浸渍模具(温度230℃)，转速为250rpm；
(3)将连续玻纤通过玻纤烘道加热后，加入浸渍模具中，使得PP混合料浸渍包裹玻璃纤维，再经过切粒机切粒，切粒长度13mm，获得增强增韧改性聚丙烯复合材料。
实施例4
一种增强增韧改性聚丙烯复合材料，由下述成分制成：
聚丙烯树脂：51％
长玻纤：30％
表面改性碳酸钙：10％
马来酸酐接枝聚丙烯：3％
增韧剂：5％
稳定剂：1％。
制备方法如下：
(1)按要求称取以下各组分原料：聚丙烯树脂、表面改性碳酸钙、马来酸酐接枝聚丙烯、增韧剂、稳定剂，然后将混合料放入高速混料机中进行混合处理；
(2)将混合均匀的混合料经过双螺杆挤出机(温度在190-250℃)剪切塑化注入到浸渍模具(温度220℃)，转速为200rpm；
(3)将连续玻纤通过玻纤烘道加热后，加入浸渍模具中，使得PP混合料浸渍包裹玻璃纤维，再经过切粒机切粒，切粒长度13mm，获得增强增韧改性聚丙烯复合材料。
实施例5
一种增强增韧改性聚丙烯复合材料，由下述成分制成：
聚丙烯树脂：75％
长玻纤：12％
表面改性碳酸钙：10％
马来酸酐接枝聚丙烯：1.5％
增韧剂：1％
稳定剂：0.5％。
制备方法如下：
(1)按要求称取以下各组分原料：聚丙烯树脂、表面改性碳酸钙、马来酸酐接枝聚丙烯、增韧剂、稳定剂，然后将混合料放入高速混料机中进行混合处理；
(2)将混合均匀的混合料经过双螺杆挤出机(温度在190-250℃)剪切塑化注入到浸渍模具(温度220℃)，转速为300rpm；
(3)将连续玻纤通过玻纤烘道加热后，加入浸渍模具中，使得PP混合料浸渍包裹玻璃纤维，再经过切粒机切粒，切粒长度13mm，获得增强增韧改性聚丙烯复合材料。
实施例1～5制得的增强增韧改性聚丙烯复合材料的性能检测结果如下表1。
表1实施例实验结果
Claims (10)
1.一种滤板用增强增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料由下述质量百分比的原料制成：
聚丙烯树脂：50-70％
长玻纤：10-30％
表面改性碳酸钙：10-20％
马来酸酐接枝聚丙烯：0.1-10％
增韧剂：2-10％
稳定剂：0.1-5％。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯树脂为高耐冲嵌段共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的长玻纤是连续的玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的碳酸钙为微米级碳酸钙，平均粒径在1-100微米之间。
5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述的碳酸钙为表面改性碳酸钙。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝度为0.5-1.5％。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的增韧剂为聚烯烃弹性体POE，所述POE为拉伸强度在4-30MPa之间的热塑性弹性体，断裂伸长率大于800％。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的稳定剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、受阻胺类光稳剂中的一种或多种。
9.根据权利要求1～8之一所述的滤板用增强增韧改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：
(1)按要求称取以下各组分原料：聚丙烯树脂、碳酸钙、马来酸酐接枝聚丙烯、增韧剂、稳定剂，然后将混合料放入高速混料机中进行混合处理；
(2)将混合均匀的混合料经过双螺杆挤出机剪切塑化后注入到浸渍模具，转速为200-300rpm；所述双螺杆挤出机的温度在190-250℃，所述浸渍模具的温度为220-250℃；
(3)将连续玻纤通过玻纤烘道加热后，加入浸渍模具中，使得PP混合料浸渍包裹玻璃纤维，再经过切粒机切粒，获得所述滤板用增强增韧改性聚丙烯复合材料，复合材料的切粒的长度在10-30mm。
10.根据权利要求9所述的方法制得的滤板用增强增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于所制得的增强增韧改性聚丙烯复合材料的弯曲强度>80MPa，弯曲模量>5.0GPa，热变形温度>140℃，断裂伸长率>6％，悬臂梁无缺口冲击强度>70KJ/m2。
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