本發明屬于高分子材料技術領域，特別是指一種聚乙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚乙烯(PE)是重要的熱塑性聚合物，尺寸穩定性好，絕緣性佳，耐水、耐油，廣泛應用于家用電器、機械配件、辦公用品和通訊器材等領域。高嶺土作為填料在塑料中已經得到了較好的應用，它不僅降低了高分子制品的成本，還能提升材料的部分物理性能。
但是現技術的高嶺土與聚乙烯之間的相容性問題是困撓本領域的關鍵技術。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種聚乙烯復合材料及其制備方法的技術方案，以提高聚乙烯與高嶺土之間的相容性，并提高聚乙烯復合材料的物理性能。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種聚乙烯復合材料，由以下重量份的組份制成：
所述改性高嶺土的制備方法，包括以下步驟：
(1)將高嶺土置于坩堝中，然后在馬弗爐升溫至480-600℃，煅燒2-3h后取出；
(2)將煅燒后的高嶺土置于三口燒瓶中，加入一定量的硬脂酸，于90-120℃的恒溫水浴中加熱攪拌反應6-8h，抽濾、洗滌、干燥，得到改性高嶺土。
優選地，步驟(2)中煅燒后的高嶺土與硬脂酸的質量比為100-160：2-6。
所述PE-g-GMA的制備方法，包括以下步驟：
(1)將聚乙烯、甲基丙烯酸環氧丙酯和過氧化二異丙苯在密煉機反應5-10分鐘，將接枝物PE-g-GMA取出，切碎成顆粒狀；
(2)將步驟(1)的PE-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流6-12h，向溶液中添加丙酮進行提純；
(3)將步驟(2)溶液過濾，第二溫度下真空干燥2-4h，得到提純后的PE-g-GMA材料。
所述聚乙烯、所述甲基丙烯酸環氧丙酯和所述過氧化二異丙苯的質量比為50-70：10-30：2-6；所述密煉機包括順次排布的六個溫度區，一區溫度120～160℃，二區溫度170～200℃，三區溫度170～200℃，四區溫度170～200℃，五區溫度170～200℃，六區溫度170～200℃，機頭溫度170～200℃；螺桿轉速180～260r/min。
所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯中的一種或多種。
所述潤滑劑為硬脂酸鈣或硬質酸鈉中的一種或兩種組合。
一種上述任一項聚乙烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)稱取重量份為60份-80份的聚乙烯、20份-40份的改性高嶺土、0.2份-0.6份的PE-g-GMA、0.1份-0.5份的抗氧劑和0.4份-0.8份的潤滑劑混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料擠出造粒，即得到聚乙烯復合材料。
步聚(1)中各原料在混合前先在100℃下干燥3h。
優選地，所述步驟(2)具體為：將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，其中，所述雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區，第一溫度區的溫度為120℃～150℃，第二溫度區的溫度為170℃～200℃，第三溫度區的溫度為170℃～200℃，第四溫度區的溫度為170℃～200℃，第五溫度區的溫度為170℃～200℃，第六溫度區的溫度為170℃～200℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為170℃～200℃，螺桿轉速為120r/min～300r/min。
本發明的有益效果是：
本技術方案煅燒經過硬脂酸表面處理之后的高嶺土在PE中的分散性得到改善，減少團聚，從而增強高嶺土與PE的粘結強度,有利于PE復合材料物理性能的提高。
PE-g-GMA的加入既能夠減少高嶺土在PE中的團聚，又在無機填料和有機高聚物之間起到橋梁作用，形成模量梯度的界面過渡層，與高嶺土產生很好的協同改性作用，提升復合材料的物理性能。
具體實施方式
以下通過實施例來詳細說明本發明的技術方案，以下的實施例僅是示例性的，僅能用來解釋和說明本發明的技術方案，而不能解釋為是對本發明技術方案的限制。
本申請提供一種聚乙烯復合材料及其制備方法，由以下重量份的組分制成：
所述改性高嶺土的制備方法，包括以下步驟：
(1)將高嶺土置于坩堝中，然后在馬弗爐升溫至480-600℃，煅燒2-3h后取出。
(2)將煅燒后的高嶺土置于三口燒瓶中，加入一定量的硬脂酸，于90-120℃的恒溫水浴中加熱攪拌反應6-8h，抽濾、洗滌、干燥。
優選地，步驟(2)中的高嶺土、硬脂酸的質量比為(100-160)：(2-6)。
所述PE-g-GMA的制備方法，包括以下步驟：
(1)將聚乙烯(PE)、甲基丙烯酸環氧丙酯(GMA)和過氧化二異丙苯(DCP)在密煉機反應5-10分鐘，將接枝物PE-g-GMA取出，切碎成顆粒狀。
(2)將步驟(1)的PE-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流6-12h，向溶液中添加丙酮進行提純。
(3)將步驟(2)溶液過濾，80-120℃下真空干燥2-4h，得到提純后的PE-g-GMA材料。
優選地，步驟(1)中的PE、GMA、DCP的質量比為(50-70)：(10-30)：(2-6)，所述的密煉機包括順次排布的六個溫度區，一區溫度120～160℃，二區溫度170～200℃，三區溫度170～200℃，四區溫度170～200℃，五區溫度170～200℃，六區溫度170～200℃，機頭溫度170～200℃；螺桿轉速180～260r/min。
所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯(Irganox168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯(Irganox1330)中的一種或多種。
所述的潤滑劑為硬脂酸鈣或硬質酸鈉中的一種或兩種組合
一種上述任一項的聚乙烯復合材料及其制備方法，包括如下步驟：
(1)稱取重量份為60份-80份的聚乙烯、20份-40份的改性高嶺土、0.2份-0.6份的PE-g-GMA、0.1份-0.5份的抗氧劑和0.4份-0.8份的潤滑劑混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料擠出造粒，即得到聚乙烯復合材料。
步驟(1)中各原料在混合前可先在100℃下干燥3h。
優選地，所述步驟(2)具體為：
將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，即得到聚乙烯復合材料，其中，所述雙螺桿擠出機包括順次排布的六個溫度區，第一溫度區的溫度為120℃～150℃，第二溫度區的溫度為170℃～200℃，第三溫度區的溫度為170℃～200℃，第四溫度區的溫度為170℃～200℃，第五溫度區的溫度為170℃～200℃，第六溫度區的溫度為170℃～200℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為170℃～200℃，螺桿轉速為120r/min～300r/min。
本發明的各實施例中所用的原料如下：
PE(型號5502S)，武漢石化；GMA，寧波泰值化工；高嶺土，山西金洋高嶺土有限公司；抗氧劑(型號Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸鈣，湖北中料化工；硬質酸鈉，湖北興銀河化工。
本發明所用的測試儀器如下：
ZSK30型雙螺桿擠出機，德國W&P公司；密煉機，大連華韓橡塑；JL-1000型拉力試驗機，廣州市廣才實驗儀器公司生產；HTL900-T-5B型注射成型機，海太塑料機械有限公司生產；XCJ-500型沖擊測試機，承德試驗機廠生產；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司；QD-GJS-B12K型高速攪拌機，北京恒奧德儀器儀表有限公司。
實施例1
(1)稱取重量份為60份PE、20份改性高嶺土、0.2份PE-g-GMA、0.1份Irganox1330和0.4份硬質酸鈉混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，即得到PE復合材料P1，其中，雙螺桿擠出機的第一溫度區的溫度為120℃，第二溫度區的溫度為170℃，第三溫度區的溫度為170℃，第四溫度區的溫度為170℃，第五溫度區的溫度為170℃，第六溫度區的溫度為170℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為170℃，螺桿轉速為120r/min。
實施例2
(1)稱取重量份為80份PE、40份改性高嶺土、0.6份PE-g-GMA、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.8份硬質酸鈣混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，即得到PE復合材料P2，其中，雙螺桿擠出機的第一溫度區的溫度為150℃，第二溫度區的溫度為200℃，第三溫度區的溫度為200℃，第四溫度區的溫度為200℃，第五溫度區的溫度為200℃，第六溫度區的溫度為200℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為200℃，螺桿轉速為300r/min。
實施例3
(1)稱取重量份為70份PE、30份改性高嶺土、0.4份PE-g-GMA、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬質酸鈣和0.3份硬質酸鈉混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，即得到PE復合材料P3，其中，雙螺桿擠出機的第一溫度區的溫度為135℃，第二溫度區的溫度為185℃，第三溫度區的溫度為185℃，第四溫度區的溫度為185℃，第五溫度區的溫度為185℃，第六溫度區的溫度為185℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為185℃，螺桿轉速為210r/min。
實施例4
(1)稱取重量份為75份PE、35份改性高嶺土、0.2份PE-g-GMA、0.1份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.3份硬質酸鈣和0.5份硬質酸鈉混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，即得到PE復合材料P4,其中，雙螺桿擠出機的第一溫度區的溫度為150℃，第二溫度區的溫度為190℃，第三溫度區的溫度為190℃，第四溫度區的溫度為190℃，第五溫度區的溫度為190℃，第六溫度區的溫度為190℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為190℃，螺桿轉速為240r/min。
實施例5
(1)稱取重量份為65份PE、25份改性高嶺土、0.3份PE-g-GMA、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬質酸鈣和0.1份硬質酸鈉混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，即得到PE復合材料P5,其中，雙螺桿擠出機的第一溫度區的溫度為140℃，第二溫度區的溫度為195℃，第三溫度區的溫度為195℃，第四溫度區的溫度為195℃，第五溫度區的溫度為195℃，第六溫度區的溫度為195℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為195℃，螺桿轉速為250r/min。
對比例1
(1)稱取重量份為65份PE、25份高嶺土、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬質酸鈣和0.1份硬質酸鈉混合并攪拌均勻，得到混合料；
(2)將步驟(1)中得到的混合料投入到雙螺桿擠出機的料斗中擠出造粒，即得到PE復合材料D1,其中，雙螺桿擠出機的第一溫度區的溫度為140℃，第二溫度區的溫度為195℃，第三溫度區的溫度為195℃，第四溫度區的溫度為195℃，第五溫度區的溫度為195℃，第六溫度區的溫度為195℃，所述雙螺桿擠出機的機頭溫度為195℃，螺桿轉速為250r/min。
將上述實施例1-5及對比例1制備的聚乙烯復合材料用注塑機制成樣條測試，測試數據如下表：
通過上表對比可看出，本發明制得的聚乙烯復合材料較對比例中聚乙烯相比，物理性能(拉伸強度、彎曲模量、懸臂梁缺口沖擊強度)均得到了很大的提高，這大大擴展聚乙烯復合材料的應用領域，具有非常現實的意義。
以上僅是本發明的優選實施方式的描述，應當指出，由于文字表達的有限性，而在客觀上存在無限的具體結構，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。