CN114262481A - 一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，所述具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料由以下原料按照重量份组成：聚丙烯55‑75份；玻璃纤维5‑15份；改性填料10‑25份；收缩率调节剂5‑10份；相容剂3‑8份；加工助剂0.3‑1.1份；润滑剂0.3‑0.8份。本发明采用含环氧树脂的硅烷偶联剂对填料进行浸渍处理，同时加入相容剂PP接枝马来酸亚胺，使玻纤和填料在PP基体树脂具有较好的相容性，具有良好的力学性能。本发明将玻璃纤维复配改性填料填充PP材料，微观上玻璃纤维的取向排列较大的降低了材料的收缩率使产品尺寸更稳定，改性填料的片状结构则使材料具有低的翘曲性能；可直接替代ABS不用更改模具。
Description
技术领域
本专利申请涉及聚丙烯材料技术领域，特别是涉及一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种结晶热塑型材料，具有良好的耐热性、耐化学品性，优异的电绝缘性能，极低吸水率，本身无毒且易成型加工，因此被广泛用于家电、汽车、食品、医疗等制造业中，如网罩、仪表盘、滤网、格栅等。由于PP材料刚性较差、收缩率较大、易翘曲变形的缺点，限制了PP材料在较大制件上的应用。ABS材料具有较大的刚性和弯曲强度，且收缩率低，经常用在板材等制件中。为了进一步拓展PP材料的应用范围，有必要对PP材料进行相应的改性来替换ABS类材料。
近年来，随着制造业的迅速发展，其产品出口量也在逐年增加，对现有的产品要求也越来越高，高性能低成本材料的开发具有重要的意义。高性能PP材料不仅在性能上能匹配ABS材料，且具有较低价格，但现阶段对于PP材料替代ABS类材料研究较少，开发相关产品材料具有很大的市场前景。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利申请的目的在于提供一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料及其制备方法，解决上述现有技术的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，所述具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料由以下原料按照重量份组成：
进一步的，所述改性填料的制备方法为：将填料放置在浸渍液内进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性填料；
填料是由云母粉、蒙脱土、玻璃鳞片中的一种或两种混合组成。
进一步的，所述浸渍液为含环氧树脂的硅烷偶联剂，环氧树脂添加量占浸渍液总体积的10-15％。
进一步的，所述填料的浸渍时间为30-60min。
进一步的，所述聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的一种或两种混合，聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为2-40g/10min；玻璃纤维长度为0.5-5mm。
进一步的，所述收缩率调节剂选自SBS、SEBS、EVA的一种或两者混合。
进一步的，所述相容剂为PP接枝马来酸酐接枝物。
进一步的，所述加工助剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168的一种或两种以上混合；
润滑剂选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、EBS的一种或两种以上混合。
一种如前述所述的具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性填料制备：将填料置于含环氧树脂的硅烷偶联剂中浸渍，过滤、烘干得到改性填料；
S2、混料：将聚丙烯、改性填料、收缩率调节剂、相容剂、加工助剂和润滑剂置于高速混合机中高速混匀得到预混料，放到主喂料；
S3、挤出造粒：将主喂料喂入双螺杆挤出机中，预热5分钟，然后将玻纤从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
进一步的，所述步骤S2中高速混匀是在300-800r/min下高速混合4-10分钟；
步骤S3中双螺杆挤出机的螺杆各区的温度为：100-120℃、120-140℃、120-140℃、160-180℃、160-180℃、180-200℃、180-200℃、190-200℃；模头的温度设定为：190-200℃；螺杆转速为300-500r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用含环氧树脂的硅烷偶联剂对填料进行浸渍处理，同时加入相容剂PP接枝马来酸亚胺，使玻纤和填料在PP基体树脂具有较好的相容性，具有良好的力学性能。
2.本发明将玻璃纤维复配改性填料填充PP材料，微观上玻璃纤维的取向排列较大的降低了材料的收缩率使产品尺寸更稳定，改性填料的片状结构则使材料具有低的翘曲性能；同时加入收缩率调节剂使PP材料在横向(δ1)和纵向(δ2)收缩率都能达到5-7‰，可直接替代ABS不用更改模具。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本专利申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利申请的其他优点与功效。本专利申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供如下技术方案：
实施例1
将55份聚丙烯、改性蒙脱土10份、SBS5份、PP接枝马来酸酐接枝物3份、抗氧剂10100.3份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀，放入主喂料经双螺杆挤出，然后将5份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂对蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性蒙脱土，与基体树脂PP具有良好的相容性，环氧树脂添加量为10％，所述的浸渍时间为30min。
螺杆各区的温度为：100℃、120℃、120℃、160℃、160℃、180℃、180℃、190℃；模头的温度设定为：190℃；螺杆转速为300r/min；高速混匀是在300r/min下高速混合4分钟。
实施例2
将65份聚丙烯、改性蒙脱土17份、SBS8份、PP接枝马来酸酐接枝物6份、抗氧剂10100.7份、硬脂酸锌0.5份置于高速混合机中混匀，放入主喂料经双螺杆挤出，然后将10份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂对蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性蒙脱土，与基体树脂PP具有良好的相容性，环氧树脂添加量为12％，所述的浸渍时间为45min。
螺杆各区的温度为：110℃、110℃、110℃、170℃、170℃、190℃、190℃、195℃；模头的温度设定为：195℃；螺杆转速为400r/min；高速混匀是在550r/min下高速混合7分钟。
实施例3
将75份聚丙烯、改性蒙脱土25份、SBS10份、PP接枝马来酸酐接枝物8份、抗氧剂10101.1份、硬脂酸锌0.8份置于高速混合机中混匀，放入主喂料经双螺杆挤出，然后将15份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂对蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性蒙脱土，与基体树脂PP具有良好的相容性，环氧树脂添加量为15％，所述的浸渍时间为60min。
螺杆各区的温度为：120℃、140℃、140℃、180℃、180℃、200℃、200℃、200℃；模头的温度设定为：200℃；螺杆转速为500r/min；高速混匀是在800r/min下高速混合10分钟。
实施例4
将65份聚丙烯、改性蒙脱土15份、SBS5份、PP接枝马来酸酐接枝物5份、抗氧剂10100.5份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀，放入主喂料经双螺杆挤出，然后将10份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂对蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性蒙脱土，与基体树脂PP具有良好的相容性，环氧树脂添加量为12％，所述的浸渍时间为40min。
螺杆各区的温度为：110℃、130℃、130℃、170℃、170℃、190℃、190℃、190℃；模头的温度设定为：200℃；螺杆转速为420r/min；高速混匀是在700r/min下高速混合4分钟。
实施例5
将65份聚丙烯、改性云母粉5份、改性蒙脱土10份、SBS5份、PP接枝马来酸酐接枝物5份、抗氧剂10100.5份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀，放入主喂料经双螺杆挤出，然后将10份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂分别对云母粉和蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性云母粉和改性蒙脱土，与基体树脂PP具有良好的相容性，环氧树脂添加量为12％，所述的浸渍时间为40min。
螺杆各区的温度为：110℃、130℃、130℃、170℃、170℃、190℃、190℃、190℃；模头的温度设定为：200℃；螺杆转速为420r/min；高速混匀是在700r/min下高速混合4分钟。
实施例6
将65份聚丙烯、改性云母粉10份、改性蒙脱土10份、SBS5份、PP接枝马来酸酐接枝物5份、抗氧剂10100.5份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀，放入主喂料经双螺杆挤出，然后将5份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂分别对云母粉和蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性云母粉和改性蒙脱土，与基体树脂PP具有良好的相容性，环氧树脂添加量为12％，所述的浸渍时间为40min。
螺杆各区的温度为：110℃、130℃、130℃、170℃、170℃、190℃、190℃、190℃；模头的温度设定为：200℃；螺杆转速为420r/min；高速混匀是在700r/min下高速混合4分钟。
实施例7
将65份聚丙烯、改性云母粉5份、改性蒙脱土10份、SBS4份、EVA1份、PP接枝马来酸酐接枝物5份、抗氧剂10100.5份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀，放入主喂料经双螺杆挤出，然后将10份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂分别对云母粉和蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性云母粉和改性蒙脱土，与基体树脂PP具有良好的相容性，环氧树脂添加量为12％，所述的浸渍时间为40min。
螺杆各区的温度为：110℃、130℃、130℃、170℃、170℃、190℃、190℃、190℃；模头的温度设定为：200℃；螺杆转速为420r/min；高速混匀是在700r/min下高速混合4分钟。
对比例1
将70份聚丙烯、PP接枝马来酸酐接枝物5份、抗氧剂10100.5份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀得到预混料，放到主喂料预热5分钟，然后将25份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到聚丙烯材料。
螺杆各区的温度为：110℃、130℃、130℃、170℃、170℃、190℃、190℃、190℃；模头的温度设定为：200℃；螺杆转速为420r/min；高速混匀是在700r/min下高速混合4分钟。
对比例2
将70份聚丙烯、改性蒙脱土15份、PP接枝马来酸酐接枝物5份、抗氧剂10100.5份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀得到预混料，放到主喂料预热5分钟，然后将10份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到聚丙烯材料。
其中，采用添加含环氧树脂的硅烷偶联剂对蒙脱土进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性蒙脱土，环氧树脂添加量为12％，所述的浸渍时间为40min。
其中螺杆各区的温度为：110℃、130℃、130℃、170℃、170℃、190℃、190℃、190℃。模头的温度设定为：200℃。螺杆转速为420r/min；高速混匀是在700r/min下高速混合4分钟。
对比例3
将70份聚丙烯、蒙脱土15份、SBS5份、PP接枝马来酸酐接枝物5份、抗氧剂10100.5份、硬脂酸锌0.3份置于高速混合机中混匀得到预混料，放到主喂料预热5分钟，然后将15份玻璃纤维从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到聚丙烯材料。
其中螺杆各区的温度为：110℃、130℃、130℃、170℃、170℃、190℃、190℃、190℃；模头的温度设定为：200℃；螺杆转速为420r/min；高速混匀是在700r/min下高速混合4分钟。
性能测试
使用相应的国标对以上对比例和实施例进行拉伸强度、冲击强度、弯曲强度以及模量进行测试；收缩率依照GB/T 15585-1995标准进行测试。翘曲按照自定义方法测试：采用试样模具尺寸为150mm*150mm*2mm的平板模具，采用相同工艺条件对以上对比例和实施例进行注塑，在23℃、55％RH的温度环境下放置48小时，将平板的同一边固定在桌面，对边翘曲的最高点与桌面的垂直高度定为翘曲度。并给出ABS树脂8391(上海高桥)相应的性能参数作为对比，测试结果见表1。
表1实施例1-7、对比例1-3以及ABS树脂8391的性能测试结果
由表1中的实施例1-7、对比例1-3以及ABS树脂8391的性能对比可以得到以下结论：
相对于实施例1-7，对比例1中缺少改性填料和收缩率调节剂，对比例2中缺少收缩率调节剂，对比例3中缺少改性填料。
对比例1相当于空白试验，缺少改性填料和收缩率调节剂，其力学性能虽好，但由于其取向结构，导致横向(δ1)和纵向(δ2)的收缩率差值较大，同时使材料翘曲严重；
由对比例2和实施例1-7可以看出，增加收缩率调节剂，明显改善了材料的横向(δ1)和纵向(δ2)的收缩率差值(均小于1‰)；收缩率调节剂在加热挤出过程中与聚丙烯相互缠绕、渗入会导致聚丙烯晶型破坏即抑制聚丙烯结晶作用，收缩率调节剂破坏了聚丙烯晶型结构，使得PP在注塑过程中晶相排列取向减小，从而使横向和纵向整体收缩率接近，同时收缩率调节剂也起到了增韧作用，使得材料的冲击性能明显增强；
由对比例3和实施例1-7可以看出，填料由玻纤调整为玻纤和改性填料，常规力学性能均下降；但由于玻纤的取向结构导致翘曲严重，横向(δ1)和纵向(δ2)的收缩率差别也较大；增加改性蒙脱土，由于改性蒙脱土的片层结构使聚丙烯材料的翘曲现象明显得到改善，且横向(δ1)和纵向(δ2)的收缩率差值也得到一定的改善，使材料性能更加稳定。
由以上对比例、实施例和ABS树脂8391可以看出，复配处理后的云母粉、蒙脱土、玻璃鳞片组成的改性填料填充可以改善材料的翘曲性能；收缩率调节剂的加入使材料的收缩率具有各向同性，常规性能基本与ABS一致，可以直接替代ABS用于注塑，不需要重新开发和修改模具，能有效的降低材料的成本。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料由以下原料按照重量份组成：
2.根据权利要求1所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述改性填料的制备方法为：将填料放置在浸渍液内进行浸渍处理，过滤、烘干得到改性填料；
填料是由云母粉、蒙脱土、玻璃鳞片中的一种或两种混合组成。
3.根据权利要求2所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述浸渍液为含环氧树脂的硅烷偶联剂，环氧树脂添加量占浸渍液总体积的10-15％。
4.根据权利要求2所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述填料的浸渍时间为30-60min。
5.根据权利要求1所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的一种或两种混合，聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为2-40g/10min；玻璃纤维长度为0.5-5mm。
6.根据权利要求1所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述收缩率调节剂选自SBS、SEBS、EVA的一种或两者混合。
7.根据权利要求1所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂为PP接枝马来酸酐接枝物。
8.根据权利要求1所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料，其特征在于，所述加工助剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168的一种或两种以上混合；
润滑剂选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、EBS的一种或两种以上混合。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、改性填料制备：将填料置于含环氧树脂的硅烷偶联剂中浸渍，过滤、烘干得到改性填料；
S2、混料：将聚丙烯、改性填料、收缩率调节剂、相容剂、加工助剂和润滑剂置于高速混合机中高速混匀得到预混料，放到主喂料；
S3、挤出造粒：将主喂料喂入双螺杆挤出机中，预热5分钟，然后将玻纤从侧喂料喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料。
10.根据权利要求9所述的一种具有低翘曲和低收缩性能的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中高速混匀是在300-800r/min下高速混合4-10分钟；
步骤S3中双螺杆挤出机的螺杆各区的温度为：100-120℃、120-140℃、120-140℃、160-180℃、160-180℃、180-200℃、180-200℃、190-200℃；模头的温度设定为：190-200℃；螺杆转速为300-500r/min。
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