本發明涉及聚丙烯復合材料制造領域，具體涉及一種能廣泛應用于化工、環保、冶金等行業耐高溫、耐壓、耐腐蝕性聚丙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
現在常用的壓濾機板材材料由聚丙烯及其碳酸鈣、滑石粉或玻璃纖維等組成，在化工等行業特別對高溫、耐化學腐蝕強的固液分離中明顯表現適應性不強，具有維護成本高、使用壽命短等缺點。針對這種情況，國內開始研究新型聚丙烯復合材料用作壓濾機板材材料，由于石墨烯材料與其他礦物基材料相比具有優異的耐熱、耐腐蝕和增強性能，因而已成為新型聚丙烯復合材料的重要原料。目前已有一些對于石墨改性聚丙烯材料的研究、開發和專利文獻報道，作為一種新材料研究探索和新產品開發，已成功利用石墨改性聚丙烯列管式反應釜替代搪玻璃反應釜，以及研發石墨改性聚丙烯作為化工反應塔板、熱交換器、散熱器等，但這些材料中僅采用石墨作改性劑，使聚丙烯的傳熱、導電等性能得到改善，但作為壓濾機板材材料其強度等性能明顯偏低，而針對壓濾機板材所需的石墨烯改性增強聚丙烯新材料研究應用方面尚屬空白，導致了現行的聚丙烯材料在耐熱性、耐腐蝕性和耐高壓都有較高要求下進行廢液或原料固液壓濾分離中其性能明顯不足，影響了其應用范圍，同時其使用壽命較短，成本也大大增加。
技術實現要素：
為了實現克服現有聚丙烯材料的不足，本發明提供了一種強度高、性能優良的新型聚丙烯復合材料及其制備方法。
本發明采用的技術方案是：
一種改性聚丙烯復合材料，其成分按質量計包括以下組分：聚丙烯50～80份、石墨烯粉5~20份、玻璃纖維8~20份、有機鉻絡合物1～2.2份、不飽和羧酸與聚丙烯的接枝物相溶劑0.4～7.4份、馬來酸酐相溶劑0.6～1.6份、鋯酸酯1～1.8份、亞磷酸酯1～4份。
本發明所述的一種改性聚丙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按質量份數稱取各原料；
（2）將石墨烯粉進行高速熱攪拌，將有機鉻絡合物投入石墨烯粉中進行表面處理后出料；
（3）將干燥的玻璃纖維通過馬來酸酐相溶劑和鋯酸酯進行表面浸濕并在90～140℃熱風循環下烘干；
（4）將聚丙烯、不飽和羧酸與聚丙烯的接枝物相溶劑、亞磷酸酯以及步驟（2）經表面處理后的石墨烯粉依次向高速混合機中投加并進行高速攪拌形成石墨烯/聚丙烯混合料；
（5）將步驟（4）中石墨烯/聚丙烯混合料和步驟（3）中烘干后的玻璃纖維在擠出機中進行熔融、剪切、混煉、均化，并拉條及冷卻、切粒后得到石墨烯改性聚丙烯顆粒；
（6)）將步驟（5）中所得的石墨烯改性聚丙烯顆粒進行預熱干燥，將干燥后的石墨烯改性聚丙烯顆粒進行熔料擠出，擠出的熔料放置于保溫箱內保溫；
（7）將板材模壓機、成型模具進行預熱，將步驟（6）中經過保溫的擠出熔料投入板材模壓機壓制成板材毛坯后脫模，然后將板材毛坯放入定型機中冷卻，再將板材毛坯取出放置到溫水中進行整平應力時效處理后，并在常溫下平放得到石墨烯改性聚丙烯復合材料。
所述步驟（2）中石墨烯粉在高速混合機中進行熱攪拌，石墨烯粉熱攪拌的溫度為60～90℃，石墨烯粉熱攪拌的時間為10～20min；所述石墨烯粉中投放有機鉻絡合物時石墨烯粉溫度為85～120℃；所述表面處理溫度為85～135℃，時間為10～20min；
所述步驟（4）中高速攪拌時間為8～15分鐘。
所述步驟（5）中擠出機的擠出溫度為170～250℃，擠出速度為250～350rpm。
所述步驟 (6)中預熱干燥溫度為60～100℃，時間為24～48小時；熔料擠出溫度為170～260℃，擠出速度為800～1200rpm；保溫箱溫度為80～150℃。
所述步驟（7）中板材模壓機的成型模具預熱采用蒸汽加熱，溫度為30～80℃，板材模壓機的成型壓力為10～20MPa，壓制保壓時間為0.5~2小時；所述定型機中冷卻時間為72~96小時；所述整平應力時效處理是在40～80℃的溫水中進行，處理時間為72～96小時；所述平放時間至少為120小時以上。
本發明的有益效果是：
（1）本發明采用石墨烯粉末對玻璃纖維/聚丙烯的復合增強改性，利用石墨烯優異的力學性能，添加到聚合物基體中，很好地改善材料的力學性能，進一步強化了板材的耐熱、機械性能和耐腐蝕性的功能作用，不同程度賦予了板材在適應高溫、高壓、強腐蝕條件下優異的綜合特性；
（2）本發明采用雙螺桿擠出機擠出造粒、單螺桿擠出機多段混煉熔融擠出、高壓成型工藝及板材成型后的應力釋放等多階段時效處理工藝，有效地消除由于聚丙烯復合材料板材成型加工中產生內應力，確保板材的結構穩固、性能優異，在溫度、壓力、化學腐蝕多重用條件下具有更強的適應能力。
（3）本發明產品耐高溫、高壓性能增強，耐溫性能比常規板材由較大提高，使用范圍更廣，具有比現行的壓濾機板材耐化學腐蝕性更強，在較高溫度、較高壓力條件下，板材使用壽命長，降低了維護成本。
（4）本發明的板材的性價比高，可以完全循環再生利用，在各個環節做到無污染。
綜上所述，本發明的石墨烯改性增強聚丙烯復合材料與現行普通板材相比，具有耐高溫、耐化學腐蝕性能及優異物理機械性能。在經過優化的配方組成及制備工藝條件下，材料耐熱性可達到120～180℃，拉伸強度達35～45MPa，彎曲強度40～52MPa，沖擊強度為10～14.8KJ/m2，其壽命能比現行材料延長1～3年，并使壓濾機擴大了應用范圍，因此研究開發石墨烯改性聚丙烯復合材料及制備其壓濾機板材，具有較大應用價值和意義，是值得推廣應用的發明。
具體實施方式
下面通過具體實施例，進一步說明本發明的特點
實施例1：
（1）配料：按以下質量稱取各組分原料：13g石墨烯粉、68g聚丙烯、15g玻璃纖維、2.8g PP-g-MAH相溶劑、1.2g馬來酸酐相溶劑、2.4g有機鉻絡合物、0.6g鋯酸酯、3g亞磷酸酯；
（2）先對石墨烯粉和玻璃纖維分別進行表面處理，將石墨烯粉在高速混合機達到80℃時投入其中進行熱攪拌，熱攪拌時間為15min，到達時間并且石墨烯粉溫度達到95℃時投入有機鉻絡合物一起熱攪拌，同時將投入有機鉻絡合物的石墨烯粉溫度升至110℃，使石墨烯粉在至110℃下熱攪拌12min進行表面處理后出料；再將干燥后的玻璃纖維使用馬來酸酐相溶劑和鋯酸酯進行表面浸濕處理，并在120℃熱風循環下烘干；然后將PP、不飽和羧酸與PP接枝物相容劑、亞磷酸酯、經表面處理的石墨烯粉依次向高速混合機中投加并在常溫下混合10分鐘，形成石墨/PP混合料；
將上述的石墨烯/PP混合料和經表面偶聯接枝并烘干后的玻璃纖維經雙螺桿擠出機擠出造粒形成石墨改性增強PP顆粒料，雙螺桿擠出機的擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端180℃，其余各段為230℃，擠出速度為320rpm；
將雙螺桿擠出機擠出的石墨烯改性增強PP顆粒料在80℃的溫度下放置36小時進行預熱干燥；然后用單螺桿擠出機將石墨烯改性增強PP顆粒料熔融擠出，單螺桿擠出機擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端230℃，其余端260℃，擠出速度900rpm，擠出的熔料放置于保溫箱內，保溫箱溫度控制在125℃；通過板材模壓機將單螺桿擠出機擠出的熔料壓制成型，先將模具采用蒸汽加熱至55℃，然后將擠出的熔料投入板材模壓機模具中壓制成型，壓制工藝參數為：板材成型壓力18MPa，保壓時間為1.2小時，將壓制后的材料取出放入定型機中96小時，再取出放置到45℃的溫水中進行整平應力時效處理96小時，再平放在正常環境溫度下120小時作為材料半成品。
經測試，板材主要性能為：板材變形溫度178℃，拉伸強度達45MPa,，彎曲強度52MPa，沖擊強度為13.5.8KJ/m2，在壓力2MPa、保壓10分鐘耐壓試驗下無破裂現象。
實施例2：
（1）配料：按以下質量稱取各組份原料： 5g石墨烯粉、84g聚丙烯、20g玻璃纖維、7.4 g PP-g-MAH相溶劑、0.6g馬來酸酐相溶劑、1.0g有機鉻絡合物、1.0g鋯酸酯、3g亞磷酸酯。
（2）先對石墨烯粉和玻璃纖維分別進行表面處理，將石墨烯粉在高速混合機達到85℃時投入其中進行熱攪拌，熱攪拌時間為20min，到達時間并且石墨烯粉溫度達到90℃時投入有機鉻絡合物一起熱攪拌，同時將投入有機鉻絡合物的石墨烯粉溫度升至120℃，使石墨烯粉在至120℃下熱攪拌10min進行表面處理后出料；再將干燥后的玻璃纖維使用馬來酸酐相溶劑和鋯酸酯進行表面浸濕處理，并在120℃熱風循環下烘干；然后將 PP、不飽和羧酸與PP接枝物相容劑、亞磷酸酯、經過表面處理的石墨烯粉依次向高速混合機中投加并在常溫下混合15分鐘，形成石墨/PP混合料；
將上述的石墨烯/PP混合料和經表面偶聯接枝并烘干后的玻璃纖維經雙螺桿擠出機擠出造粒形成石墨烯改性增強PP顆粒料，雙螺桿擠出機的擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端170℃，其余各段為220℃，擠出速度為350rpm；
將雙螺桿擠出機擠出的石墨烯改性增強PP顆粒料在120℃的溫度下放置24小時進行預熱干燥；然后用單螺桿擠出機將石墨烯改性增強PP顆粒料熔融擠出，單螺桿擠出機擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端180℃，其余端210℃，擠出速度800rpm，擠出的熔料放置于保溫箱內，保溫箱溫度控制在150℃；通過板材模壓機將單螺桿擠出機擠出的熔料壓制成型，先將模具采用蒸汽加熱至30℃，然后將擠出的熔料投入板材模壓機模具中壓制成型，壓制工藝參數為：板材成型壓力15MPa，保壓時間為2小時，將壓制后的板材坯取出放入定型機中72小時，再取出放置到50℃的溫水中進行整平應力時效處理72小時，再平放在正常環境溫度下150小時作為材料半成品。
經測試，板材主要性能為：板材變形溫度168℃，拉伸強度達42MPa，彎曲強度45MPa，沖擊強度為12. 5KJ/m2，在壓力1.6MPa、保壓15分鐘的耐壓試驗下無裂紋。
實施例3：
（1）配料：按以下質量稱取各組份原料：20g石墨烯粉、52g聚丙烯、10g玻璃纖維、1.4g相溶劑、0.6g馬來酸酐相溶劑、3.6g有機鉻絡合物、0.4g鋯酸酯、1g亞磷酸酯。
（2）先對石墨烯粉和玻璃纖維分別進行表面處理，將石墨烯粉在高速混合機達到90℃時投入其中進行熱攪拌，熱攪拌時間為20min，到達時間并且石墨烯粉溫度達到100℃時投入有機鉻絡合物一起熱攪拌，同時將投入有機鉻絡合物的石墨烯粉溫度升至120℃，使石墨烯粉在至120℃下熱攪拌15min進行表面處理后出料；再將干燥后的玻璃纖維使用馬來酸酐相溶劑和鋯酸酯進行表面浸濕處理，并在120℃熱風循環下烘干；然后將PP、不飽和羧酸與PP接枝物相容劑、亞磷酸酯、經過表面處理的石墨烯粉依次向高速混合機中投加并在常溫下混合8分鐘，形成石墨/PP混合料；
將上述的石墨烯/PP混合料和經表面偶聯接枝并干燥處理后的玻璃纖維經雙螺桿擠出機擠出造粒形成石墨烯改性增強PP顆粒料，雙螺桿擠出機的擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端230℃，其余各段為250℃，擠出速度為280rpm；
將雙螺桿擠出機擠出的石墨烯改性增強PP顆粒料在60℃的溫度下放置24小時進行預熱干燥；然后用單螺桿擠出機將石墨烯改性增強PP顆粒料熔融擠出，單螺桿擠出機擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端250℃，其余端260℃，擠出速度1000rpm，擠出的熔料放置于保溫箱內，保溫箱溫度控制在80℃；通過板材模壓機將單螺桿擠出機擠出的熔料壓制成型，先將模具采用蒸汽加熱至80℃，然后將擠出的熔料投入板材模壓機模具中壓制成型，壓制工藝參數為：板材成型壓力20MPa，保壓時間為0.5小時，將壓制后的板材坯取出放入定型機中84小時，再取出放置到45℃的溫水中進行整平應力時效處理72小時，再平放在正常環境溫度下180小時作為材料半成品。
經測試，板材主要性能為：板材變形溫度148℃，拉伸強度達38MPa，彎曲強度43MPa，沖擊強度為10. 5KJ/m2，在壓力1.3MPa、保壓10分鐘的耐壓試驗下無裂紋。
實施例4：
（1）配料：按以下質量稱取各組份原料：20g石墨烯粉、84g聚丙烯、20g玻璃纖維、4.4g相溶劑，1.6g馬來酸酐相溶劑、3g有機鉻絡合物、1g鋯酸酯、4g亞磷酸酯。
（2）先對石墨烯粉和玻璃纖維分別進行表面處理，將石墨烯粉在高速混合機達到80℃時投入其中進行熱攪拌，熱攪拌時間為18min，到達時間并且石墨烯粉溫度達到90℃時投入有機鉻絡合物一起熱攪拌，同時將投入有機鉻絡合物的石墨烯粉溫度升至90℃，使石墨烯粉在至90℃下熱攪拌15min進行表面處理后出料；再將干燥后的玻璃纖維使用馬來酸酐相溶劑和鋯酸酯進行表面浸濕處理，并在130℃熱風循環下烘干；然后將 PP、不飽和羧酸與PP接枝物相容劑、亞磷酸酯、經過表面處理的石墨烯粉依次向高速混合機中投加并在常溫下混合8分鐘，形成石墨/PP混合料；
將上述的石墨烯/PP混合料和經表面偶聯接枝并干燥處理后的玻璃纖維經雙螺桿擠出機擠出造粒形成石墨烯改性增強PP顆粒料，雙螺桿擠出機的擠出工藝條件為：擠出溫度各段均為230℃，擠出速度為350rpm；
將雙螺桿擠出機擠出的石墨烯改性增強PP顆粒料在110℃的溫度下放置45小時進行預熱干燥；然后用單螺桿擠出機將石墨烯改性增強PP顆粒料熔融擠出，單螺桿擠出機擠出工藝條件為：擠出溫度各端均220℃，擠出速度950rpm，擠出的熔料放置于保溫箱內，保溫箱溫度控制在110℃；通過板材模壓機將單螺桿擠出機擠出的熔料壓制成型，先將模具采用蒸汽加熱至58℃，然后將擠出的熔料投入板材模壓機模具中壓制成型，壓制工藝參數為：板材成型壓力10MPa，保壓時間為1.4小時，將壓制后的板材坯取出放入定型機中95小時，再取出放置到50℃的溫水中進行整平應力時效處理95小時，再平放在正常環境溫度下170小時作為材料半成品。
經測試，板材主要性能板材變形溫度168℃，拉伸強度達39MPa,，彎曲強度44MPa,沖擊強度為10. 5KJ/m2，在壓力1.5MPa、保壓10分鐘的耐壓試驗下無裂紋。
實施例5：
（1）配料：按以下質量稱取各組份原料：13g石墨烯粉、68g聚丙烯、15g玻璃纖維、2.8g相溶劑，1.2g馬來酸酐相溶劑、2.4g有機鉻絡合物、0.6g鋯酸酯、4g亞磷酸酯。
（2）先對石墨烯粉和玻璃纖維分別進行表面處理，將石墨烯粉在高速混合機達到80℃時投入其中進行熱攪拌，熱攪拌時間為15min，到達時間并且石墨烯粉溫度達到90℃時投入有機鉻絡合物一起熱攪拌，同時將投加有機鉻絡合物的石墨烯粉溫度升至90℃，使石墨烯粉在至90℃下熱攪拌10min進行表面處理后出料；再將干燥后的玻璃纖維使用馬來酸酐相溶劑和鋯酸酯進行表面浸濕處理，并在90℃熱風循環下烘干；然后將 PP、不飽和羧酸與PP接枝物相容劑、亞磷酸酯、經過表面處理的石墨烯粉依次向高速混合機中投加并在常溫下混合9分鐘，形成石墨烯/PP混合料；
將上述的石墨烯/PP混合料和經表面偶聯接枝并干燥處理后的玻璃纖維經雙螺桿擠出機擠出造粒形成石墨烯改性增強PP顆粒料，雙螺桿擠出機的擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端200℃，其余各段為250℃，擠出速度為350rpm；
將雙螺桿擠出機擠出的石墨烯改性增強PP顆粒料在75℃的溫度下放置45小時進行預熱干燥；然后用單螺桿擠出機將石墨烯改性增強PP顆粒料熔融擠出，單螺桿擠出機擠出工藝條件為：擠出溫度為進料端230℃，其余端260℃，擠出速度950rpm，擠出的熔料放置于保溫箱內，保溫箱溫度控制在130℃；通過板材模壓機將單螺桿擠出機擠出的熔料壓制成型，先將模具采用蒸汽加熱至56℃，然后將擠出的熔料投入板材模壓機模具中壓制成型，壓制工藝參數為：板材成型壓力10MPa，保壓時間為1.4小時，將壓制后的板材坯取出放入定型機中95小時，再取出放置到50℃的溫水中進行整平應力時效處理95小時，再平放在正常環境溫度下170小時作為材料半成品。
經測試，板材主要性能板材變形溫度155℃，拉伸強度達42.5MPa，彎曲強度44MPa，沖擊強度為10 .1KJ/m2，單面耐壓壓力達1.41MPa。