CN115401972A - 一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜及其制备方法，本发明采用力学增强材料、力学增韧材料及功能材料通过微纳层叠共挤吹膜技术制备提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，并通过内层和表层进行保护，提升低温力学性能的聚丙烯薄膜的制备方法为物料真空干燥→物料塑化挤出→层数倍增→包络成环→吹胀成型→风环冷却→牵引辊牵引→薄膜收卷，此种微纳层叠薄膜是一种将十几至上千层的材料交替层叠复合在一起的膜材料，其层结构产生力学协同增强效应，产生“1+1＞2”的效果，综合表现出更加优异的撕裂强度、抗穿刺性能及断裂韧性等，克服传统低温增强增韧方法效率低下，材料强度与韧性难以平衡的不足。

Description

一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜及其制备 方法
技术领域
本发明涉及薄膜及其制备技术领域，具体涉及一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有良好的安全性能、阻隔性能和合适的加工性能，已广泛应用于医药、食品等包装薄膜领域。然而，由于聚丙烯的玻璃化转变温度为-10℃，导致在低温环境中韧性较差，极大地限制了其在寒冷地区、食品冷冻包装等领域的应用。因此，改善聚丙烯薄膜低温韧性具有重大意义。
目前改善聚丙烯薄膜低温力学性能的方法主要有：
(1)将弹性体加入至薄膜配方中是改善聚丙烯低温力学性能方法之一，如公开号为CN106317588A的中国专利，公开了一种耐低温、耐黄变的热塑性弹性体薄膜及其制备方法，主要材料采用了氢化聚苯系-丁二烯嵌段共聚物、无规共聚聚丙烯、动态硫化剂，制备了聚丙烯薄膜。氢化聚苯系-丁二烯嵌段共聚物能够打大提升该热塑性弹性薄膜耐老化性能，其次，加入动态硫化剂后，该薄膜具有良好的耐温性能。
(2)通过加入成核剂也可改善聚丙烯的低温韧性。如公开号为CN105906942A的中国专利，公开了一种新型耐低温医用聚丙烯薄膜配方，该发明以聚丙烯为主料，并添加了β晶成核剂，有β晶成核剂的存在，使得薄膜中β晶含量增高，有利于改善聚丙烯薄膜低温韧性。
(3)通过复合配方设计，即同时加入弹性体、成核剂，也可改善聚丙烯的低温韧性。如公开号为CN106380687A的中国专利，公开了一种耐低温聚丙烯薄膜材料，该发明以聚丙烯为主料，并添加了POE弹性体增韧剂、β晶成核剂、纳米硫酸钡，以改善聚丙烯薄膜的低温韧性，且具有较好的光泽；纳米硫酸钡的加入可以提升聚丙烯薄膜的拉伸性能、断裂伸长率等。
简而言之，通过加入弹性体、成核剂及复合配方设计等方法虽可改善聚丙烯的低温韧性，但低温韧性提高幅度仍然有限，且无法同时兼顾力学强度。因此，如何实现聚丙烯薄膜综合的低温性能，并实现其加工成本的控制，仍是挑战。
多层薄膜是一种将不同的材料层叠复合在一起，从而制备几层乃至成百上千层的膜材料。因而，多层薄膜可按层数分为简单的多层薄膜(层数＜13层)与微纳层叠薄膜(层数＞13层)。与单层薄膜不同，多层薄膜通过将不同力学性能的材料层状复合，进而赋予薄膜优异的低温韧性、低温撕裂强度等力学性能的需求。
如公开号为CN104175671A的中国专利，公开了一种三层复合结构的耐低温耐撕裂薄膜的制备方法，通过三层共挤吹塑成型工艺制成具有“表层-中间夹层-表层”三层复合结构的耐低温耐撕裂薄膜；表层由丙烯-乙烯嵌段共聚物、中密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物共混塑化组成，中间夹层由中密度聚乙烯和乙烯-辛烯共聚物共混塑化组成。其中表层既保持较好的刚性和透光率，又显著提高耐低温性能和耐撕裂性能，中间夹层可改善薄膜的柔韧性和耐低温性能。
又如公开号为CN104669745A的中国专利，公开了一种低温冷冻型多层共挤塑料薄膜材料，采用七层共挤吹膜工艺，生产出结构为聚丙烯/乙烯-醋酸乙烯共聚酯/粘合树脂/乙烯-乙烯醇共聚物/粘合树脂/乙烯-辛烯共聚物/聚丙烯，其中乙烯-醋酸乙烯共聚酯可改善薄膜的耐低温性能，乙烯-乙烯醇共聚物可改善薄膜的阻隔性能，乙烯-辛烯共聚物可改善薄膜的低温韧性，使用该种薄膜材料制备的包装袋，可以在低温冷冻环境下保持塑料薄膜的韧性，不会变脆。
然而，即使通过多层复合，想要获得优异的低温韧性，需要相当的量的价格高昂的弹性体。因此，如何进一步提高增韧效率、用较少弹性体极大提高聚丙烯薄膜低温韧性具有重要意义。
综上所述，多层薄膜虽然能够显著改善聚丙烯薄膜的低温力学性能，但却需要相当量的价格高昂的弹性体，且现有的聚丙烯多层薄膜配方复杂，生产工艺繁琐。因此，克服现有的技术方法出现的缺点，改善聚丙烯薄膜的低温力学性能，亟待有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜及其制备方法，本发明采用力学增强材料、力学增韧材料及功能材料通过微纳层叠共挤吹膜技术制备提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，并通过内层和表层进行保护，提升低温力学性能的聚丙烯薄膜的制备方法为物料真空干燥→物料塑化挤出→层数倍增→包络成环→吹胀成型→风环冷却→牵引辊牵引→薄膜收卷，此种微纳层叠薄膜是一种将成百上千层的材料交替层叠复合在一起的膜材料，其层结构产生力学协同增强效应，产生“1+1＞2”的效果，综合表现出更加优异的撕裂强度、抗穿刺性能及断裂韧性等，克服传统低温增强增韧方法效率低下，材料强度与韧性难以平衡的不足。
为达到上述目的，采用的技术方案如下：
一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，制备原料包括：
力学增强层材料A、力学增韧层材料B、功能层材料C；
所述力学增强层材料A选自均聚聚丙烯PPH、无规共聚聚丙烯CPP、嵌段共聚聚丙烯PPB中的一种或者多种；
所述力学增韧层材料B选自聚烯烃弹性体POE、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、三元乙丙橡胶EPDM中的一种或者多种；
所述功能层材料C选自乙烯-乙烯醇共聚物EVOH、聚酰胺PA、聚碳酸酯PC中的一种或者多种；
当选择力学增强层材料A与力学增韧层材料B制备聚丙烯薄膜1时：
利用微纳层叠共挤吹膜技术，将力学支撑材料A与力学增韧层材料B塑化后形成A/B后，经过n次重复层叠形成以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯薄膜1，其中，n为大于等于1的整数；
当选择力学增强层材料A、力学增韧层材料B及功能层材料C制备聚丙烯薄膜2时：
利用微纳层叠共挤吹膜技术，将力学支撑材料A、力学增韧层材料B及功能层材料C塑化后形成A/B/C后，经过n次重复层叠形成以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯薄膜2，其中，n为大于等于1的整数。
进一步的，所述聚丙烯薄膜1和2还包含有保护层；所述保护层为内层和表层，由表层材料D或者内层材料E组成；
所述表层材料D为氯化聚丙烯PPC、马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯PP-g-GMA中的一种或者多种；
所述内层材料E为乙烯丙烯酸共聚物EAA、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE，线性低密度聚乙烯LLDPE，茂金属聚乙烯m-PE中的一种或者多种；
所述表层和内层塑化后通过共挤吹膜技术复合在聚丙烯薄膜1和2的内外层，形成具备保护层的聚丙烯薄膜。
进一步的，所述聚丙烯薄膜制备方法包括如下步骤：
S1：组装设备：按照聚丙烯薄膜的物料数量，并联组装物料A、B挤出机或A、B、C挤出机，挤出机后连接汇流器，汇流器连接n个层倍增器，层倍增器后依次连接吹膜模头，冷却风环，牵引装置，收卷装置，设定各装置温度及转速条件，打开冷却风环、牵引装置及收卷装置，其中n大于等于1；
S2：分层准备：分别将相应原料粒料进行真空干燥,干燥后分别加入挤出机，挤出机塑化后进入汇流器，在汇流器中形成A/B或者A/B/C层叠物料，经过n个层倍增器后，形成以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯薄膜材料或者形成以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯薄膜材料，在经过吹膜模头及冷却风环，最终由牵引装置及收卷装置得到相应的聚丙烯薄膜。
进一步的，所述包含保护层的聚丙烯薄膜制备方法包括如下步骤：
S1：组装设备：按照聚丙烯薄膜的物料数量，并联组装物料A、B挤出机或A、B、C挤出机，挤出机后连接汇流器，汇流器连接n个层倍增器，层倍增器出口处上下位置并联连接2个保护层物料挤出机，2个保护层物料挤出机后依次连接吹膜模头，冷却风环，牵引装置，收卷装置，设定各装置温度及转速条件，打开冷却风环、牵引装置及收卷装置，其中n大于等于1；
S2：分层准备：分别将相应原料粒料进行真空干燥,干燥后分别加入挤出机，挤出机塑化后进入汇流器，在汇流器中形成A/B或者A/B/C层叠物料，经过n个层倍增器后，形成以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯薄膜材料或者形成以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯薄膜材料，然后2个保护层物料挤出机分别挤出保护层物料，在聚丙烯薄膜材料上下层形成保护层，在经过吹膜模头及冷却风环，最终由牵引装置及收卷装置得到相应的具备保护层聚丙烯薄膜。
进一步的，所述挤出机温度为180℃-210℃，转速为100-1200r/min。
进一步的，所述汇流器层、层倍增器、吹膜模头区温度为155℃-210℃。
进一步的，所述单个层倍增器工作原理为：
单个层倍增器可将汇流器中汇流的层状聚合物熔体垂直切割成两部分，其中一部分流入向上的鱼尾形流道实现横向展宽纵向减薄，另一部分流入向下的鱼尾形流道实现横向展宽纵向减薄，展宽减薄后的两部分熔体在重新叠合，流动并蔓延到底部通道，通过切割-展宽/减薄-叠合原理，实现层数倍增。
有益效果：
本发明的有益效果体现在：
本发明通过采用微纳层叠吹膜系统，成功的制备了具有脆/韧交替结构的聚丙烯微纳层叠薄膜。其独特的微纳米层结构、层状受限空间与丰富的二维层界面等使得微纳层叠薄膜在力学等方面表现出普通多层薄膜(层数＜13)难以比拟的优势。具体的来说，将力学性能不同的聚合物复合为多层薄膜，可实现力学性能叠加。而在微纳层叠薄膜中，其层结构产生力学协同增强效应，产生“1+1＞2”的效果，综合表现出更加优异的撕裂强度、抗穿刺性能及断裂韧性等。这是因为，层界面与韧性层可以有效地传递应力，减缓应力集中效应，并能有效阻止脆性层中银纹的横向扩展，使材料出现韧性断裂行为，更重要的是，通过调控层厚比可大幅降低韧性层的占比，在增韧的同时最大化保留材料原本的强度。因此，具有微纳层叠结构的聚丙烯薄膜有望克服传统低温增强增韧方法效率低下，材料强度与韧性难以平衡的不足。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例制备以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯微纳层叠薄膜过程示意图；
图2为本申请实施例制备以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯微纳层叠薄膜过程示意图；
图3为本申请实施例制备以A/B交替多层、以D为外保护层，E为内保护层，并且层数为2*2n+2层的聚丙烯微纳层叠薄膜过程示意图；
图4为本申请实施例制备以A/B/C交替多层、以D为外保护层，E为内保护层，并且层数为3*2n+2层的聚丙烯微纳层叠薄膜过程示意图；
图5为本申请实施例中微纳层叠共挤吹膜技术及其层倍增器工作原理图(以A/B交替层2层为例)；
图6为本申请实施例制备以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯微纳层叠薄膜流程图；
图7为本申请实施例制备以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯微纳层叠薄膜流程图；
图8为本申请实施例制备以A/B交替多层、以D为外保护层，E为内保护层，并且层数为2*2n+2层的聚丙烯微纳层叠薄膜流程图；
图9为本申请实施例制备以A/B/C交替多层、以D为外保护层，E为内保护层，并且层数为3*2n+2层的聚丙烯微纳层叠薄膜流程图；
图10为本申请实施例1中制备的8、32、128与512层聚丙烯基微纳层叠地膜脆断结构图；
图11为本申请实施例5所制备的不同层数的聚丙烯微纳层叠薄膜的结构电镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
按照图5所示微纳层叠共挤吹膜技术及其层倍增器工作原理图，完成实施例中材料制备。
实施例1
一种通过层叠复合提升聚丙烯薄膜低温力学性能的方法，该薄膜有力学增强层A和力学增韧层B交替构成，所述的力学增强层A的原料按重量份包括：75份均聚聚丙烯H-PP、25份氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS；
所述的力学增韧层B的原料按重量份包括：25份均聚聚丙烯H-PP、35份共聚聚丙烯C-PP、40份氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS；
上述一种通过层叠复合提升聚丙烯薄膜低温力学性能的方法，包括以下步骤：
按照图1及图6所示流程图进行制备，在挤出机#1和#2的汇流器处并联接入2个层倍增器，再其后依次接好吹膜口模，冷却风环，牵引装置。接入2、4、6、8个层倍增器可以实现吹制的薄膜具备8、32、128、512层的多层结构。
挤出机#1料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为300r/min；挤出机#2料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为300r/min；汇流器区、层倍增器区、模头一区、模头二区温度设置分别为：210℃、200℃、180℃、175℃。
向挤出机#1和#2中分别加入事先准备的力学增强层A和力学增韧层B所对应的物料，进行吹膜。吹制出的薄膜即为具备8、32、128、512层结构的聚丙烯微纳层叠薄膜。
实施例2
一种通过层叠复合提升聚丙烯薄膜低温力学性能的方法，该薄膜有力学增强层A、力学增韧层B、功能层C交替构成，所述的力学增强层A的原料为均聚聚丙烯H-PP、；
所述的力学增韧层B为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS；
所述的功能层C的原料为乙烯-乙烯醇共聚物EVA。
上述具有优异低温力学性能的聚丙烯微纳层叠薄膜制备方法，包括以下步骤：
按照图2和图7所示流程图进行制备，在挤出机#1、#2和#3的汇流器处并联接入8个层倍增器，再其后依次接好吹膜口模，冷却风环，牵引装置。原理上来说接入的8个层倍增器可以实现吹制的薄膜具备768层的多层结构。
挤出机#1料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为1200r/min；挤出机#2料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为1200r/min；挤出机#3料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为1200r/min；汇流器区、层倍增器区、模头一区、模头二区温度设置分别为：210℃、200℃、180℃、175℃。
向挤出机#1、#2、#3中分别加入事先准备的力学支撑层A、力学支撑层B和功能层C所对应的物料，进行吹膜。吹制出的薄膜即为具备768层结构的聚丙烯微纳层叠薄膜。
实施例3
一种通过层叠复合提升聚丙烯薄膜低温力学性能的方法，该薄膜有力学增强层A、力学增韧层B、表层C、内层D交替构成，所述的力学增强层A为均聚聚丙烯H-PP；
所述的力学增韧层B为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS；
所述的表层C的原料为马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH；
所述的内层D的原料为低密度聚乙烯LDPE。
上述具有优异低温力学性能、热封性能、印刷性能的聚丙烯微纳层叠薄膜制备方法，包括以下步骤：
按照图3和图8所示流程图进行制备，在挤出机#1、#2、#3和#4的汇流器处并联接入6个层倍增器，再其后依次接好吹膜口模，冷却风环，牵引装置。原理上来说接入的6个层倍增器可以实现吹制的薄膜具备128层的多层结构。
挤出机#1料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为100r/min；挤出机#2料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为100r/min；挤出机#3料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为100r/min；挤出机#4料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：120℃、18℃、190℃、200℃、210℃，转速为100r/min；汇流器区、层倍增器区、模头一区、模头二区温度设置分别为：210℃、190℃、180℃、155℃。
向挤出机#1、#2、#3、#4中分别加入事先准备的力学支撑层A、力学支撑层B、内层D、表层C所对应的物料，进行吹膜。吹制出的薄膜即为具备130层结构的聚丙烯微纳层叠薄膜。
实施例4
一种通过层叠复合提升聚丙烯薄膜低温力学性能的方法，该薄膜有力学增强层A、力学增韧层B、功能层C、表层D、内层E交替构成，所述的力学增强层A的原料按重量份包括：75份共聚聚丙烯C-PP、25份氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS；
所述的力学增韧层B的原料按重量份包括：25份共聚聚丙烯C-PP、35份均聚聚丙烯H-PP、40份氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS；
所述的功能层C的原料为聚酰胺PA；
所述的表层D的原料为氯化聚丙烯PPC；
所述的内层E的原料为高密度聚乙烯HDPE。
上述具有优异低温力学性能、热封性能、印刷性能、阻隔性能的聚丙烯微纳层叠薄膜制备方法，包括以下步骤：
按照图4和图9所示流程图进行制备，在挤出机#1、#2、#3、#4和#5的汇流器处并联接入8个层倍增器，再其后依次接好吹膜口模，冷却风环，牵引装置。原理上来说接入的8个层倍增器可以实现吹制的薄膜具备770层的多层结构。
挤出机#1料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为800r/min；挤出机#2料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为800r/min；挤出机#3料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为800r/min；挤出机#4料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：120℃、18℃、190℃、200℃、210℃转速为800r/min；挤出机#5料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为800r/min；汇流器区、层倍增器区、模头一区、模头二区温度设置分别为：210℃、190℃、180℃、155℃。
向挤出机#1、#2、#3、#4、#5中分别加入事先准备的力学支撑层A、力学支撑层B、功能层C、内层E和表层D所对应的物料，进行吹膜。吹制出的薄膜即为具备770层结构的聚丙烯微纳层叠薄膜。
所述力学增强层材料A选自均聚聚丙烯PPH、无规共聚聚丙烯CPP、嵌段共聚聚丙烯PPB中的一种或者多种；
所述力学增韧层材料B选自乙烯和丁烯的高聚物POE、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、三元乙丙橡胶EPDM中的一种或者多种；
实施例5
一种通过层叠复合提升聚丙烯薄膜低温力学性能的方法，该薄膜有力学增强层A和力学增韧层B交替构成，所述的力学增强层A的原料为共聚聚丙烯C-PP；
所述的力学增韧层B的原料依次为：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS、乙烯和辛烯共聚聚物POE、三元乙丙橡胶EPDM；
上述一种通过层叠复合提升聚丙烯薄膜低温力学性能的方法，包括以下步骤：
按照图1及图6所示流程图进行制备，在挤出机#1和#2的汇流器处并联接入2个层倍增器，再其后依次接好吹膜口模，冷却风环，牵引装置。分别接入6、6、8、8个层倍增器可以实现吹制的薄膜具备128、128、512、512层的多层结构。
挤出机#1料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：180℃、210℃、210℃、210℃、210℃，转速为500r/min；挤出机#2料筒一区、二区、三区、四区以及汇流器前端区温度设置分别为：150℃、180℃、190℃、200℃、210℃，转速为500r/min；汇流器区、层倍增器区、模头一区、模头二区温度设置分别为：210℃、200℃、180℃、165℃。
向挤出机#1和#2中分别加入事先准备的力学增强层A和力学增韧层B所对应的物料，进行吹膜。吹制出的薄膜即为具备128、128、512、512层结构的聚丙烯微纳层叠薄膜。
实验分析：
实验组1：本发明实施例1所制备的聚丙烯微纳层叠薄膜，形成实验组1，分别制备以PP/SEBS交替排布的8、32、128、512层薄膜；
对照组1：其他步骤与实施例1步骤一致，区别在于挤出机只使用PP与SEBS共混料(PP与SEBS的比列与实施例1所制备的微纳层叠薄膜中PP与SEBS比例相同)，形成只具备单层结构PP/SEBS共混薄膜对照组1；
实验组2：本发明实施例2所制备的聚丙烯基纳层叠薄膜，形成实验组2，制备以PP/SEBS交替排布的768层薄膜；
实验组3：本发明实施例3所制备的聚丙烯基纳层叠薄膜，形成实验组3，制备以PP/SEBS交替排布、以PP-g-MAH为表层、以LDPE为内层的130层薄膜；
实验组4：本发明实施例4所制备的聚丙烯基纳层叠薄膜，形成实验组4，制备以PP/SEBS/PA交替排布、以PPC为表层、以HDPE为内层的770层薄膜；
实验组5：本发明实施例5所制备的聚丙烯微纳层叠薄膜，形成实验组5，分别制备以PP/SBS、PP/SEBS、PP/POE、PP/EPDM交替排布的128、128、512层薄膜。
实验结果如表1、表2所示
表1聚丙烯微纳层叠薄膜在低温(0℃)的力学性能
Figure BDA0003757767280000141
表2聚丙烯微纳层叠薄膜在室温(25℃)的力学性能
Figure BDA0003757767280000142
备注：断裂强度、拉伸应变、屈服强度按GB/T 1040-2006的规定进行取样试验，测试条件为0、25℃；
撕裂强度按GB/T 1130-1991的规定进行取样试验，测试条件为0、25℃；
拉伸冲击强度按GB/T 13525-1992的规定进行取样试验，测试条件为0、25℃；
由上表可以看出，本发明的聚丙烯微纳层叠薄膜在低温、室温环境下具有优异的综合力学性能，明显优于(现有)聚丙烯薄膜，在聚丙烯薄膜领域具备着独有的优势和应用潜力。
进一步的，将制备出的实施例1与实施例5中聚丙烯微纳层叠薄膜选取部分进行脆断，通过扫描电镜观察了其层结构，分别如图10、图11所示，从图中可以观察到清晰的层结构，这进一步证实了该发明可以成功制备出具有微纳层叠结构的聚丙烯薄膜。
综上所述，本发明提供了一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜及其制备方法，本发明采用力学增强材料、力学增韧材料及功能材料通过微纳层叠共挤吹膜技术制备提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，并通过内层和表层进行保护，提升低温力学性能的聚丙烯薄膜的制备方法为物料真空干燥→物料塑化挤出→层数倍增→包络成环→吹胀成型→风环冷却→牵引辊牵引→薄膜收卷，此种微纳层叠薄膜是一种将十几至上千层的材料交替层叠复合在一起的膜材料，其层结构产生力学协同增强效应，产生“1+1＞2”的效果，综合表现出更加优异的撕裂强度、抗穿刺性能及断裂韧性等，克服传统低温增强增韧方法效率低下，材料强度与韧性难以平衡的不足。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，其特征在于，所述聚丙烯薄膜的制备原料包括：
力学增强层材料A、力学增韧层材料B、功能层材料C；
所述力学增强层材料A选自均聚聚丙烯PPH、无规共聚聚丙烯CPP、嵌段共聚聚丙烯PPB中的一种或者多种；
所述力学增韧层材料B选自乙烯和丁烯的高聚物POE、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SEBS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS、三元乙丙橡胶EPDM中的一种或者多种；
所述功能层材料C选自乙烯-乙烯醇共聚物EVOH、聚酰胺PA、聚碳酸酯PC中的一种或者多种；
当选择力学增强层材料A与力学增韧层材料B制备聚丙烯薄膜1时：
利用微纳层叠共挤吹膜技术，将力学支撑材料A与力学增韧层材料B塑化后形成A/B后，经过n次重复层叠形成以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯薄膜1，其中，n为大于等于1的整数；
当选择力学增强层材料A、力学增韧层材料B及功能层材料C制备聚丙烯薄膜2时：
利用微纳层叠共挤吹膜技术，将力学支撑材料A、力学增韧层材料B及功能层材料C塑化后形成A/B/C后，经过n次重复层叠形成以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯薄膜2，其中，n为大于等于1的整数。
2.如权利要求1中所述的一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，其特征在于，所述聚丙烯薄膜1和2还包含有保护层；所述保护层为内层和表层，由表层材料D或者内层材料E组成；
所述表层材料D为氯化聚丙烯PPC、马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯PP-g-GMA中的一种或者多种；
所述内层材料E为乙烯丙烯酸共聚物EAA、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE，线性低密度聚乙烯LLDPE，茂金属聚乙烯m-PE中的一种或者多种；
所述表层和内层塑化后通过共挤吹膜技术复合在聚丙烯薄膜1和2的内外层，形成具备保护层的聚丙烯薄膜。
3.如权利要求1所述的一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，其特征在于，所述聚丙烯薄膜制备方法包括如下步骤：
S1：组装设备：按照聚丙烯薄膜的物料数量，并联组装物料A、B挤出机或A、B、C挤出机，挤出机后连接汇流器，汇流器连接n个层倍增器，层倍增器后依次连接吹膜模头，冷却风环，牵引装置，收卷装置，设定各装置温度及转速条件，打开冷却风环、牵引装置及收卷装置，其中n大于等于1；
S2：分层准备：分别将相应原料粒料进行真空干燥,干燥后分别加入挤出机，挤出机塑化后进入汇流器，在汇流器中形成A/B或者A/B/C层叠物料，经过n个层倍增器后，形成以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯薄膜材料或者形成以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯薄膜材料，在经过吹膜模头及冷却风环，最终由牵引装置及收卷装置得到相应的聚丙烯薄膜。
4.如权利要求2所述的一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，其特征在于，所述聚丙烯薄膜制备方法包括如下步骤：
S1：组装设备：按照聚丙烯薄膜的物料数量，并联组装物料A、B挤出机或A、B、C挤出机，挤出机后连接汇流器，汇流器连接n个层倍增器，层倍增器出口处上下位置并联连接2个保护层物料挤出机，2个保护层物料挤出机后依次连接吹膜模头，冷却风环，牵引装置，收卷装置，设定各装置温度及转速条件，打开冷却风环、牵引装置及收卷装置，其中n大于等于1；
S2：分层准备：分别将相应原料粒料进行真空干燥,干燥后分别加入挤出机，挤出机塑化后进入汇流器，在汇流器中形成A/B或者A/B/C层叠物料，经过n个层倍增器后，形成以A/B交替多层并且层数为2*2n层的聚丙烯薄膜材料或者形成以A/B/C交替多层并且层数为3*2n层的聚丙烯薄膜材料，然后2个保护层物料挤出机分别挤出保护层物料，在聚丙烯薄膜材料上下层形成保护层，在经过吹膜模头及冷却风环，最终由牵引装置及收卷装置得到相应的具备保护层聚丙烯薄膜。
5.如权利要求3-4所述的一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，其特征在于，所述挤出机温度为120℃-210℃，转速为100-1200r/min。
6.如权利要求3-4所述的一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，其特征在于，所述汇流器层、层倍增器、吹膜模头区温度为155℃-210℃。
7.如权利要求3-4所述的一种通过层叠复合提升低温力学性能的聚丙烯薄膜，其特征在于，所述单个层倍增器工作原理为：
单个层倍增器可将汇流器中汇流的层状聚合物熔体垂直切割成两部分，其中一部分流入向上的鱼尾形流道实现横向展宽纵向减薄，另一部分流入向下的鱼尾形流道实现横向展宽纵向减薄，展宽减薄后的两部分熔体在重新叠合，流动并蔓延到底部通道，通过切割-展宽/减薄-叠合原理，实现层数倍增。
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