CN113956575A - 聚丙烯复合材料及其制备方法及灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚丙烯复合材料及其制备方法及灯具，所述聚丙烯复合材料的原料中包括下列组分：聚丙烯55～80wt％、矿物填充物10～40wt％、玻璃纤维2～15wt％及纳米二氧化钛5～20wt％。相较于现有技术，在聚丙烯材料中加入按一定配比混合的滑石粉与玻璃纤维，能够达到目前市售聚丙烯复合材料的水平，提高了聚丙烯复合材料的力学性能，可以很好地满足灯具底盘的性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法及灯具。
背景技术
随着人们生活水平的提高，灯具已经成为人们日常生活中不可或缺的一种电器设备。为了装饰、配光、保护等需要，市场上的灯具尤其是吸顶灯、厨卫灯等普遍具有底盘结构。
相关技术中，聚丙烯是一种综合性能十分优异的热塑性通用塑料，其具有易加工、密度小、生产成本低等特点，因此，聚丙烯在家用电器、日常用品包装材料、汽车工业等行业有着广泛的应用。然而，聚丙烯也有一些缺点，比如：热变形温度低、低温脆性等，这些缺点严重制约了其作为工程受力材料的应用，因此，具有更优异性能的聚丙烯复合材料已经成为研究热点。
有鉴于此，确有必要提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法及灯具，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法及灯具，以解决材料力学性能差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料的原料中包括下列组分：聚丙烯55～80wt％、矿物填充物10～40wt％、玻璃纤维2～15wt％及纳米二氧化钛5～20wt％。
作为本发明的进一步改进，还包括相容剂2～8wt％、复合抗氧化剂0.5～1.0wt％、润滑剂0.5～2.0wt％及偶联剂0.1～0.5wt％。
作为本发明的进一步改进，所述聚丙烯为共聚型聚丙烯。
作为本发明的进一步改进，所述矿物填充物为滑石粉，粒径为4～5μm，硅含量为60～62％。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
作为本发明的进一步改进，所述无碱玻璃纤维中碱金属的含量小于1％，且单丝直径小于15μm。
作为本发明的进一步改进，所述纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛，粒径范围为0.1～0.2μm。
作为本发明的进一步改进，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述润滑剂为脂类润滑剂，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述复合抗氧化剂为受阻酚类抗氧化剂、亚磷酸酯类抗氧化剂及受阻胺类抗氧化剂中的任意一种。
为进一步实现上述目的，本发明还提供了一种聚丙烯复合材料的制备方法，应用前述聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
S1：称取聚丙烯55～80wt％、矿物填充物10～40wt％、玻璃纤维2～15wt％、纳米二氧化钛5～20wt％、相容剂2～8wt％、复合抗氧化剂0.5～1.0wt％、润滑剂0.5～2.0wt％及偶联剂0.1～0.5wt％。
S2：分别将各组分加入混合机中，混合均匀，得到预混料。
S3：将预混料加入双螺杆挤出机，使所有组分物料在双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出。
其中，挤出螺杆转速为400～450rpm，双螺杆挤出机的各区温度依次为：200℃、220℃、225℃、230℃、235℃、235℃、235℃、230℃、225℃，模头温度为230℃。
S4：将经双螺杆挤出机出来的料条冷却、切粒、均混、包装，得到聚丙烯复合材料。
为进一步实现上述目的，本发明还提供了一种灯具，所述灯具包括底盘，所述底盘应用前述聚丙烯复合材料制成。
本发明的有益效果是：本发明在聚丙烯材料中加入按一定配比混合的滑石粉与玻璃纤维，能够达到目前市售聚丙烯复合材料的水平，提高了聚丙烯复合材料的力学性能，可以很好地满足灯具底盘的性能需求。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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做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。
以下详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
本发明实施例公开了一种聚丙烯复合材料，该材料的原料中包括下列组分：聚丙烯55～80wt％、矿物填充物10～40wt％、玻璃纤维2～15wt％、纳米二氧化钛5～20wt％、相容剂2～8wt％、复合抗氧化剂0.5～1.0wt％、润滑剂0.5～2.0wt％及偶联剂0.1～0.5wt％。
聚丙烯是制备聚丙烯复合材料的主要原料。优选地，本实施例中的聚丙烯为共聚型聚丙烯，相较于常规的采用均聚型聚丙烯与共聚型聚丙烯熔融后作为制备聚丙烯复合材料的主要原料，本发明采用共聚型聚丙烯作为主要原料，具备很好的冲击韧性，可以避免制品存在开裂等风险，且简化原料成分及制备过程，大大降低了生产成本，提高了生产效率。
本实施例中，矿物填充物的添加，可以增加光在材料内的反射与折射，提高光能消耗，进而提高遮光性能。可以采用硫酸钡、滑石粉或高岭土中的至少一种作为矿物填充物。经过实验发现，相较于硫酸钡、高岭土，滑石粉能够有效提升材料的刚性。引入硫酸钡，还会提高聚丙烯材料的密度，不利于实现材料的低密度特性。此外，滑石粉的原料成本更低。另外，矿物填充物的粒径可以影响材料的韧性，而且，滑石粉的粒径越小，还可以减小材料的收缩率。
优选地，采用滑石粉作为矿物填充物，且滑石粉的粒径为4～5μm，可以知道的是，滑石粉中的硅含量可以直接影响到材料的力学性能，并且，经过实验发现，相同的使用量下，硅含量越高，复合材料的刚性越好。因此，本申请所采用的滑石粉中的硅含量为60～62％，以提高聚丙烯复合材料的力学性能。
本实施例中，玻璃纤维的加入，在保证不影响聚丙烯的遮光性的前提下，可以大大提高聚丙烯材料的力学性能、耐热性及稳定性，且性价比高，降低了材料成本。
优选地，玻璃纤维为无碱玻璃纤维。经过实验发现，选用单丝直径为10～25μm的无碱连续长玻璃纤维可得到玻璃纤维排列整齐有序、玻璃纤维长度适宜的料粒，若玻璃纤维的单丝直径过大，则其与聚丙烯树脂的相容性较差。反之，则玻璃纤维很容易在加工的过程中断裂，会大大影响材料的耐高温性能。此外，无碱玻璃纤维中的碱金属越低，则材料的强度会越高，稳定性也越好。且较高的碱含量对环境也会产生不利的影响。因此，本申请所采用的无碱玻璃纤维中碱金属的含量小于1％，且单丝直径小于15μm。优选地，单丝直径为13.5μm。
本实施例中，纳米二氧化钛的加入，主要是为了提高材料的反射率。对于灯具的底盘而言，高反射率意味着可以将照射到底盘的光线更多的反射出去而非消耗掉，能够显著提升光能的利用效率。为了提高反射率，本实施例采用金红石型纳米二氧化钛。并且，经实验发现，如果将金红石型纳米二氧化钛的粒径范围控制在0.4μm内，使得材料具备很强的反射能力以及很高的遮盖力，此时，材料的透过性很差，而反射效果很好。
优选地，金红石型纳米二氧化钛的粒径范围为0.1～0.2μm，能够使得材料具备更强的反射能力以及更高的遮盖力，此时，材料的透过性更差，而反射效果更好。
本实施例中，相容剂的加入，主要是为了提高玻璃纤维和聚丙烯的亲和性以及矿物填充物的分散性。优选地，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其能够有效增强玻璃纤维与聚丙烯材料的相容性，而且挤出过程也简单方便。另外，高的酸杆含量可以加强玻璃纤维的增强效果。优选地，酸酐的含量为1.2％。可以知道的是，在生产聚丙烯时，添加马来酸酐接枝聚丙烯，可以极大地改善玻璃纤维和聚丙烯的亲和性，从而提高聚丙烯材料的机械强度。
本实施例中，复合抗氧剂的作用主要是防止材料在加工过程中被氧化。在相关技术中，复合抗氧剂的种类有很多种。而经过实验发现，受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂以及受阻胺类抗氧化剂能够使该材料加工过程中的抗氧化性能达到较佳状态。
本实施例中，润滑剂的加入，能够提高矿物填充物的分散性，还可以使得制品具有很好的色泽。优选地，润滑剂为脂类润滑剂，在保持产品原有的色彩的同时，还能够提升制品的色泽。
本实施例中，偶联剂的加入，能够提高矿物填充物的分散性以及材料的力学性能。优选地，偶联剂为硅烷偶联剂。
下面通过实验对本申请所提供的材料的性能进行进一步说明。
实验例：
各实验例的原料见表1：
表1原料表
| 名称 | 单位 | 实验例1 | 实验例2 | 实验例3 |
| 聚丙烯 | wt％ | 55-57 | 55-57 | 55-57 |
| 矿物填充物 | wt％ | 15-17 | 23-25 | 34-36 |
| 玻璃纤维 | wt％ | 12-14 | 4-5 | — |
| 纳米二氧化钛 | wt％ | 10-12 | 10-12 | 10-12 |
| 相容剂 | wt％ | 6-7 | 6-7 | 6-7 |
| 复合抗氧化剂 | wt％ | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| 润滑剂 | wt％ | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 偶联剂 | wt％ | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
本实施例1-3中，聚丙烯均为共聚型聚丙烯，矿物填充物均采用粒径为4～5μm，硅含量为60～62％的滑石粉，玻璃纤维均采用碱金属的含量小于1％，且单丝直径为13.5μm的无碱玻璃纤维，纳米二氧化钛均采用粒径范围为0.1～0.2μm的金红石型纳米二氧化钛，相容剂均采用马来酸酐接枝聚丙烯，本实施例1-3还均采用同一种复合抗氧化剂，同一种润滑剂以及同一种偶联剂。
本实施例中，聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
S1：称取聚丙烯55～80wt％、矿物填充物10～40wt％、玻璃纤维2～15wt％、纳米二氧化钛5～20wt％、相容剂2～8wt％、复合抗氧化剂0.5～1.0wt％、润滑剂0.5～2.0wt％及偶联剂0.1～0.5wt％。
S2：分别将各组分加入混合机中，混合均匀，得到预混料。
S3：将预混料加入双螺杆挤出机，使所有组分物料在双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出。
其中，挤出螺杆转速为400～450rpm，双螺杆挤出机的各区温度依次为：200℃、220℃、225℃、230℃、235℃、235℃、235℃、230℃、225℃，具体参见表2。此外，模头温度为230℃。
S4：将经双螺杆挤出机出来的料条冷却、切粒、均混、包装，得到聚丙烯复合材料。
表2双螺杆挤出机的各区温度设定值
将上述具体实施例1-3制备所得的产品按照国家标准进行各项性能测试，测试得到的结果参见表3。其中，选用目前市面上现有的聚丙烯复合材料作为对比例，同样进行上述相关性能测试，测试结果参见表3。
表3性能测试结果
由表3可以看出，实验例1-3的材料具有与对比例相近的灼热丝性能。实验例1-3的材料的弯曲模量明显高于对比例1-3，实验例1-2由于添加了玻璃纤维，使得材料获得了很高的弯曲模量。实验例1-3的热变形温度与对比例1-3相近。另外，实验例1-3的材料的收缩率明显低于对比例1-3，这说明实验例1-3加强了材料的收缩率。因此，本发明实施例所提供的聚丙烯复合材料具有更好的力学性能。
由表3还可以看出，实验例1-2的材料的拉伸屈服强度、弯曲强度、弯曲模量、灼热丝、球压耐热以及收缩率等参数均基本达到甚至超过实验例3的材料的性能，实验例1-2的材料的悬臂梁缺口冲击强度也明显低于实验例3的材料的性能。同时，实验例1-2的密度明显低于实验例3的密度，即，在相同体积下，实验例1-2的重量更轻。并且，相对于实验例3，实验例1-2引入了低成本的玻璃纤维，获得了更优的力学性能，性价比高。本申请所制备的聚丙烯复合材料加强了材料本身的强度，可以很好地满足制件的尺寸和承压需求。
此外，结合表1与表3可以看出，虽然实验例1-2采用的主要原料(即，共聚型聚丙烯)及配比均相同，以及纳米二氧化钛、相容剂、复合抗氧化剂、润滑剂以及偶联剂的配比也均相同，不同之处在于，矿物填充物以及玻璃纤维的配比。但是，就是由于矿物填充物以及玻璃纤维的配比的差异，最终造成实验例2在密度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度以及收缩率等性能方面存在较为明显的优势。可以看出，实验例2中采用的滑石粉的量明显多于实施例1，即，硅含量高，聚丙烯复合材料的力学性能也越好。而且，实验例2中采用的玻璃纤维的量明显少于实施例1，通过引入合适的量的玻璃纤维，能够有效提高材料的力学性能。
本发明实施例中，通过原料的优化选择和配比，采用滑石粉结合玻璃纤维来提高聚丙烯复合材料的力学性能，性价比高。
本发明实施例所提供的用于灯具底盘的材料具有更好的力学性能，可以很好地满足灯具底盘的性能需求。
本发明还提供了一种灯具，该灯具包括底盘，底盘应用前述聚丙烯复合材料制成。通过将聚丙烯复合材料应用到灯具底盘上，可以大幅提升灯具底盘的性能。前述灯具可以是吸顶灯、风扇灯中的任意一种，也可以是筒灯、厨卫灯、装饰灯、台灯等等，具体可以根据实际需求选择灯具的类型，本申请对此不做限定。
本实施例所提供的聚丙烯复合材料主要应用在灯具的底盘上，当然，本申请并不局限于此，本实施例所提供的聚丙烯复合材料还可以作为灯具面罩的材料，但也不排除将其应用于成型其它工况要求与底盘或面罩相近的灯具部件，也可以将其应用于其它电器产品的相似工况的部件上。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料的原料中包括下列组分：聚丙烯55～80wt％、矿物填充物10～40wt％、玻璃纤维2～15wt％及纳米二氧化钛5～20wt％。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：还包括相容剂2～8wt％、复合抗氧化剂0.5～1.0wt％、润滑剂0.5～2.0wt％及偶联剂0.1～0.5wt％。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为共聚型聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述矿物填充物为滑石粉，粒径为4～5μm，硅含量为60～62％。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述无碱玻璃纤维中碱金属的含量小于1％，且单丝直径小于15μm。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛，粒径范围为0.1～0.2μm。
8.根据权利要求2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述润滑剂为脂类润滑剂；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述复合抗氧化剂为受阻酚类抗氧化剂、亚磷酸酯类抗氧化剂及受阻胺类抗氧化剂中的任意一种。
9.一种聚丙烯复合材料的制备方法，应用如权利要求1～8中任意一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下步骤：
S1：称取聚丙烯55～80wt％、矿物填充物10～40wt％、玻璃纤维2～15wt％、纳米二氧化钛5～20wt％、相容剂2～8wt％、复合抗氧化剂0.5～1.0wt％、润滑剂0.5～2.0wt％及偶联剂0.1～0.5wt％；
S2：分别将各组分加入混合机中，混合均匀，得到预混料；
S3：将预混料加入双螺杆挤出机，使所有组分物料在双螺杆挤出机中进行剪切熔融共混挤出；
其中，挤出螺杆转速为400～450rpm，双螺杆挤出机的各区温度依次为：200℃、220℃、225℃、230℃、235℃、235℃、235℃、230℃、225℃，模头温度为230℃；
S4：将经双螺杆挤出机出来的料条冷却、切粒、均混、包装，得到聚丙烯复合材料。
10.一种灯具，其特征在于：所述灯具包括底盘，所述底盘应用如权利要求1～8中任意一项所述的聚丙烯复合材料制成。
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| CN110183781A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-08-30 | 横店集团得邦工程塑料有限公司 | 一种适用于灯具结构件用阻燃pp材料及其制备方法 |
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