一種改性聚丙烯復合增韌材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及聚丙烯技術領域，具體涉及一種改性聚丙烯復合增韌材料及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯是通用熱塑性塑料中消費量增長最快的塑料，具有以下優點：力學性能優 異、電絕緣性和加工性能好、化學穩定性高、熱變形溫度高；強度、剛性和透明性都比聚乙烯 好，而且生產成本較低，因而廣泛應用于家電、包裝、化工及汽車等領域，產量居于通用塑料 的第三位，僅次于聚乙烯和聚氯乙烯。聚丙烯的缺點是韌性、模量一般，其低溫沖擊性能差、 易老化，而且抗靜電性、耐候性和染色性差，耐磨性有限。因此材料界和產業界都很關注聚 丙烯的改性。
[0003] 剛性、沖擊、耐磨性是目前在考查聚丙烯性能拓展其應用時的兩個重要指標，同 時，這三個性能也是一個矛盾的集合體，如何能夠使聚丙烯同時具有良好的剛性和耐沖擊 性、耐磨性，滿足聚丙烯在汽車、電動車等高強度應用領域的性能需求，是人們一直以來追 求的目標之一。常見的解決方案是加入納米粒子、微米粒子、纖維等進行改性，然而納米粒 子的添加使得聚丙烯的韌性變差，不耐沖擊。基于此，如何在降低成本、滿足剛性、強度的情 況下，提升其耐沖擊性及耐磨性，是聚丙烯應用領域亟待解決的問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種改性聚丙烯復合增韌材料及其制備方法，使聚丙烯同時 具有良好的剛性、耐沖擊性和耐磨性，滿足聚丙烯在汽車、電動車等高強度應用領域的性能 需求。
[0005] 本發明為實現上述目的所采用的技術方案為：一種改性聚丙烯復合增韌材料，由 聚丙烯基體、晶須增強材料、芥酸酰胺、玻璃微珠填料、高嶺土微膠囊粉、滑石粉、相容劑、抗 氧化劑和潤滑劑組成，各組分的重量百分含量依次為：聚丙烯基體60~73%、晶須增強材料 4~13%、芥酸酰胺4~5%、玻璃微珠填料6~10%、高嶺土微膠囊粉2~5%、滑石粉4~4. 5%、相容劑 4~4. 5%、抗氧化劑0. 5~1%和潤滑劑1. 5~2%，所述的晶須增強材料由重量比為2 :100的硅烷 偶聯劑和六鈦酸鉀晶須混合而成。
[0006] 本發明中，六鈦酸鉀晶須的堆比重為0. 4~0. 6,純度多95%，莫氏硬度為4 ;所述的 相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯；抗氧化劑為亞磷酸酯類抗氧劑；潤滑劑為二甲基硅油。
[0007] -種改性聚丙烯復合增韌材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一、按照1 :1的重 量比稱取水玻璃和質量分數為10%的五硼酸銨水溶液，混合后攪拌均勻得混合液，備用； 步驟二、按照1 :2的重量比稱取硫化橡膠粉和步驟一制得的混合液，將硫化橡膠粉和 步驟一制得的混合液分別噴至噴霧干燥塔中，制得微珠，將該微珠置于300°C的干燥機中干 燥，制得玻璃微珠填料，備用；其中，硫化橡膠粉和混合液的噴射方向相對設置；干燥塔的 入口溫度為390~420°C，出口溫度為140~160°C ; 步驟三、按照I :3 :3的重量比稱取微膠囊粉、高嶺土粉和無水乙醇，混合后在40~50KHz 的超聲頻率超聲分散20~25min，然后在真空度為0. 098MPa的真空條件下進行抽濾，當不再 有乙醇液滴滴落時停止抽濾，取出濾出物，備用； 步驟四、將步驟三制得的濾出物置于烘箱中，依次進行30°C X6h的烘干和 50°C X20min的預熱，取出預熱后的物料并將其置于壓力機中在2MPa壓力下預壓5min，然 后再在5MPa、 150°C條件下熱壓30min，自然冷卻至室溫后，制得高嶺土微膠囊粉，備用； 步驟五、將硅烷偶聯劑和六鈦酸鉀晶須按2 :100的重量比進行混合，制得晶須增強材 料，備用； 步驟六、按照所述重量百分含量，分別稱取聚丙烯基體、相容劑、抗氧化劑和潤滑劑在 高速混合機中混合均勻，制得混合物，然后將該混合物加入雙螺桿擠出機擠出造粒，螺桿轉 速設定為40~50r/min，機筒溫度為：一區175°C、二區180°C、三區180°C和四區175°C，造粒 時間為20~25min，制得混合物粒料，備用； 步驟七、將步驟六制得的混合物粒料加入到雙輥開煉機中，雙輥開煉機前輥溫度設置 為180°C，后輥溫度設定為175°C，待混合物粒料全部熔融后，按照所述重量百分含量，分別 稱取滑石粉、芥酸酰胺、步驟二制得的玻璃微珠填料、步驟四制得的高嶺土微膠囊粉和步驟 五制得的晶須增強材料，依次加入到熔融的混合物粒料中，保持雙輥開煉機溫度不變，熔融 共混4~8min，制得改性聚丙稀復合增韌材料。
[0008] 本發明制得的高嶺土微膠囊粉，高嶺土被包覆在微膠囊中，與現有將高嶺土直接 加入聚丙烯基體中相比，由于高嶺土與基體相容性差，需要對高嶺土進行改性才能使二者 相容，而微膠囊與聚丙烯基體的相容性良好，高嶺土微膠囊粉可起到結晶成核劑的作用，均 勻分散的高嶺土微膠囊粉使聚丙烯球晶尺寸變小，結晶度提高。
[0009] 本發明中，六鈦酸鉀晶須是一種比較好的摩擦材料，其導熱系數較低，而且伴隨著 聚丙烯復合材料溫度的升高，導熱系數降低，減緩了摩擦過程中能量的傳遞速率，降低了復 合材料的升溫速率，同時，也確保了材料使用過程的安全性能，提升了耐磨性能。六鈦酸鉀 晶須的化學性能穩定，而且無毒無害，不會傷及人類安全和造成環境污染。另外，與現有技 術利用將玻璃纖維加入到聚丙烯基體不同的是，玻璃纖維在應用過程中因摩擦產生的粉塵 可能會飄浮在空氣中并吸入體內，而六鈦酸鉀晶須是迅速沉降到地面，避免造成對人體的 傷害和大氣的污染。
[0010] 本發明的有益效果： (1)、六鈦酸鉀晶須的相容性極好，與有機和無機類材料能夠保持極好的相容性，本發 明在聚丙烯基體中添加改性六鈦酸鉀晶須及玻璃微珠填料，二者之間具有良好的親和性及 物理相互作用；經歷偶聯劑改性后，兩者在聚丙烯基體中相交織，形成一定交叉編織結構， 其性能得到互補，同時，兩者的協同效應增加，可均勻地分散在聚丙烯基體當中，提高聚丙 烯基體的模量和強度，對斷裂伸長率和沖擊強度的提高效果也比較明顯。對于聚丙烯而言， 使用玻璃微珠填料與六鈦酸鉀晶須做增強材料，在350°c時亦沒出現衰減現象，仍能夠維持 穩定的摩擦性能；同時，滑石粉和芥酸酰胺進一步提高了材料的抗刮性能。基于以上，本發 明的復合增韌材料形成了聚合物（聚丙烯）/剛性界面層（玻璃微珠填料）/增強體（晶須 增強材料）三相復合體系，其剛性和耐磨性得以改善，擴展了聚丙烯的使用范圍。
[0011] (2 )、本發明的步驟二中，硫化橡膠粉和混合液的噴射方向相對設置，使制得的玻 璃微珠填料中，部分硫化橡膠粉被包裹在玻璃微珠內部，另一部分硫化橡膠粉包覆在玻璃 微珠外部。一方面，包覆在外的硫化橡膠粉與玻璃微珠形成核殼結構，改善了硫化橡膠粉的 分散穩定性，能夠提高聚丙烯的抗沖擊性能，且由于玻璃微珠的滾珠效應，可以提高步驟七 中熔體的流動性，改善由于硫化橡膠粉給復合材料熔體粘度帶來的影響，有利于生產過程 中產品的加工；另一方面，在復合材料被破壞時，玻璃微珠發生破裂，包裹在玻璃微珠內部 的硫化橡膠粉分散于聚丙烯基體中，且分散的硫化橡膠粉之間具有一定的臨界厚度，在材 料收到外力作用時，橡膠粒子成為應力集中點，在拉伸、壓縮或沖擊下發生變形，能夠終止 銀紋或剪切帶進一步轉化為破壞性裂紋，起到增韌作用。
[0012] (3)、本發明利用步驟三