專利名稱：：具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料及其這種復合材料的制備方法，更具體的是通過側(cè)向喂料的方式添加一種無機填料硅灰石來彌補材料通過彈性體增韌時所犧牲的剛性，從而使材料得到優(yōu)異的剛韌平衡性，屬于聚合物改性和加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：聚丙烯是目前用量最大的通用塑料之一，因為具有密度小((O.89-0.91g/cm3)、價格低、無毒性、耐腐蝕、電絕緣性能優(yōu)良、透明性和加工性好等優(yōu)點，被廣泛應用于化工、機械、電力、運輸?shù)刃袠I(yè)。其中聚丙烯材料在汽車上的應用，已成為我國汽車工業(yè)零部件國產(chǎn)化的主要研究方向之一。但聚丙烯材料的缺點是韌性差、耐磨性差，低溫時脆性更大，作為結(jié)構(gòu)件材料，存在許多不足，限制了其應用領(lǐng)域的進一步拓展。目前，成功的塑料增韌大多以彈性體作為增韌劑，并以適當?shù)姆绞椒稚⒂谒芰匣w中以達到增韌改性之目的，但常使材料的一些性能如彈性模量、剛性、軟化溫度、熔體流動性等顯著下降，同時價格也有所增高。而以滑石粉、碳酸鈣、蒙脫土等無機物質(zhì)填充聚丙烯，可以提高其尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、剛性，而且可以降低材料成本，但卻無法解決塑料同時增強與增韌的矛盾?，F(xiàn)代社會和科學技術(shù)對聚合物材料提出了日益廣泛而苛刻的要求，既要求性能良好又要價格低廉，既耐高溫又易加工成型，既有卓越的韌性又有較高的彈性模量等。因此對于多種多樣的使用要求，聚丙烯通過與納米材料共混來改善其強度和韌性是近年來發(fā)展起來的一種新方法。但是納米材料的晶粒小，表而曲率大等特點，所以存在于晶粒表而無序排列的原子數(shù)遠大于晶態(tài)材料中表面原子所占的百分數(shù)，并且在同一納米態(tài)晶粒內(nèi)還存在各種缺陷，使其在常溫下極易團聚。就填充聚丙烯而言，由于聚丙烯是非極性高聚物，而納米粒子同之相比極性差異很大，相容性差，未經(jīng)過特殊處理的納米粒子填充聚丙烯也難得到高性能的結(jié)構(gòu)材料。針對這一問題，劉喜軍，王慧敏，李青山等在專利公開號為CN1361198A專利中提到以一種小本體聚丙烯為基料，通過與共聚丙烯、聚烯烴彈性體、硅灰石以及其他助劑共混改性，制得的特別適合汽車保險杠和門板的專用料。但是在加工過程中采取共混加料的方式來填充硅灰石，螺桿的剪切容易導致硅灰石針狀形態(tài)的破壞，在一定程度上造成了性能的損失。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，以及在實際生產(chǎn)中能夠簡單有效地改善聚丙烯復合材料剛韌平衡性的制備方法。本發(fā)明通過在聚丙烯復合材料中通過側(cè)向喂料的方式添加一種無機填料硅灰石來彌補材料通過彈性體增韌時所犧牲的剛性，從而使材料得到優(yōu)異的剛韌平衡性。為了提高聚丙烯復合材料的剛韌平衡性，本發(fā)明的技術(shù)方案是在聚丙烯材料的基3礎(chǔ)配方中加入一種無機填料硅灰石，這種硅灰石可以極好的彌補材料通過彈性體增韌時所犧牲的剛性。一種具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，按以下重量百分比的原料配制成其他助劑05.0%本發(fā)明所適用的聚丙烯復合材料體系中，所述的聚丙烯為熔體流動速率為260g/10min(測試條件23(TCX2.16kg)的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚單體常見為乙烯，其含量在410mol^的范圍內(nèi)，均聚丙烯的結(jié)晶度在70%以上，等規(guī)度大于99%;所述的其他無機填料為滑石粉、碳酸鈣、云母、硫酸鋇或它們的組合物，其粒徑范圍均為110微米；所述的增韌劑POE(聚烯烴彈性體)為線形乙烯-辛烯共聚物，密度為O.860.90g/cm3，熔融指數(shù)為0.520g/10min(測試條件190。CX2.16kg);所述的抗氧劑包括主抗氧劑和輔抗氧齊U，主抗氧劑可以選用受阻酚或硫酯類抗氧劑如3114、1010、DSTP(Negonox)的其中一種或幾種；輔抗氧劑可以選用亞磷酸鹽或酯類抗氧劑如618U68等。所述的其他添加劑包括各種顏色添加劑、光穩(wěn)定劑、各種酯類或脂肪酸類潤滑劑等的一種或幾種。本發(fā)明所述的硅灰石是一種白色的針狀或者針狀晶形的礦物，其長徑比范圍為20:l到3:i。這種特性使它極好的彌補了材料通過彈性體增韌時所犧牲的剛性。本發(fā)明所述的其他添加劑包括各種顏色添加劑、各種酯類或脂肪酸類潤滑劑等。上述具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其制備方法如下所述(1)按重量配比稱取原料；(2)將聚丙烯、其他無機填料(不包括硅灰石)、增韌劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑或其他添加劑在高速混合器中干混35分鐘；(3)將混合的原料置于雙螺桿機中，通過側(cè)向喂料的方式加入無機填料硅灰石，經(jīng)熔融擠出，造粒，其工藝為一區(qū)200210。C，二區(qū)210220。C，三區(qū)210220°C，四區(qū)205215°C;整個擠出過程的停留時間為12分鐘，壓力為1218Mpa。本發(fā)明在增韌聚丙烯復合材料的基礎(chǔ)配方中添加一種能夠有效彌補增韌所犧牲的剛性的無機填料，從而制備出具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料。本發(fā)明的優(yōu)點是1、本發(fā)明通過添加一種針狀晶形的無機填料硅灰石來彌補材料通過彈性體增韌時所犧牲的剛性從而極大的提高的復合材料的使用性能。2、本發(fā)明采用側(cè)向喂料的方式來添加硅灰石，而不是采取傳統(tǒng)的共混加料方式，避免了螺桿的強力剪切導致硅灰石針狀形態(tài)破壞，而造成材料性能的損失。使得所制得的聚丙烯復合材料在提高材料剛性的同時，材料的韌性基本不受影響。3、本發(fā)明提出的改善聚丙烯復合材料剛韌平衡性能的方法制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低。聚丙烯55-硅灰石3其他無機填料0增韌劑POE0抗氧劑0.具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明在實施例及對比例復合材料配方中，聚丙烯為熔體流動速率為260g/10min(測試條件23(TCX2.16kg)的均聚丙烯和嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚單體常見為乙烯，其含量在4lOmol%的范圍內(nèi)；均聚丙烯的結(jié)晶度在70%以上，等規(guī)度大于99%?；鄣牧椒秶鸀?0微米。增韌劑POE為杜邦公司產(chǎn)的線形乙烯-辛烯共聚物，密度為0.860.90g/cm3，熔融指數(shù)為0.520g/10min(測試條件190。CX2.16kg)。硅灰石是一種白色不含金屬的針狀或者針狀晶形的礦物，其長徑比范圍為20:l到3:1。所述的主抗氧劑為英國ICE公司產(chǎn)的DSTP，商品牌號為NegonoxDSTP，化學名稱為硫代二丙酸十八酯，以及Ciba公司產(chǎn)的3114，商品牌號為Irganox3114，化學名稱為3，5-二叔丁基-4-羥基芐基磷酸二乙酯。輔抗氧劑為Ciba公司產(chǎn)的168，商品牌號為Irgafos168，化學名稱為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯。所述的光穩(wěn)定劑為Ciba公司產(chǎn)的944，化學名稱為聚{[6_[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]]-l，3，5-三嗪-2，4-雙[(2，2，6，6，-四甲基-哌啶基)亞氨基]-1，6-己二撐[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亞氨基]h以及Ciba公司產(chǎn)的770，化學名稱為雙(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。此外還包括各種顏色添加劑、各種酯類或脂肪酸類潤滑劑等。將聚丙烯、其他無機填料(不包括硅灰石)、增韌劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑或其他添加劑在高速混合器中干混35分鐘；將混合的原料置于雙螺桿機中，通過側(cè)向喂料的方式加入無機填料硅灰石，經(jīng)熔融擠出，造粒，其工藝為一區(qū)200210。C，二區(qū)210220。C，三區(qū)210220。C，四區(qū)205215。C;整個擠出過程的停留時間為12分鐘，壓力為1218Mpa。性能評價方式及實行標準將按上述方法完成造粒的粒子材料事先在90IO(TC的鼓風烘箱中干燥23小時，然后再將干燥好的粒子材料在注射成型機上進行注射成型制樣。拉伸性能測試按ISO527-2進行，試樣尺寸為170*10*4mm，拉伸速度為50mm/min;彎曲性能測試按ISO178進行，試樣尺寸為80*10*4mm，彎曲速度為2mm/min，跨距為64mm;簡支梁沖擊強度按ISO179進行，試樣尺寸為80W(^4mm，缺口深度為試樣厚度的三分之一；熱變形溫度按ISO75進行，試樣尺寸為120*10*3.Omm，載荷為0.455MPa。材料的綜合力學性能通過測試所得的沖擊強度、缺口沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度及彎曲模量的數(shù)值進行評判。實施例配方及各項性能測試結(jié)果見下列各表表1實施例1-3及對比例1-3材料配方表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>各配方的測試結(jié)果參見表2:表2實施例1-3及對比例1-3測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表3實施例4-6及對比例4-6材料配方表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>各配方的測試結(jié)果參見表4:表4實施例4-6及對比例4-6測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從實施例1、2、4、5與對比例1、2、4、5的對比以及實施例3、6與對比例3、6的對比可以看出，無論是聚丙烯與無機填料的二元體系還是有增韌劑與無機填料的聚丙烯三元復合體系，無機填料硅灰石對于提高復合材料的剛性和耐熱性都有幫助。其中聚丙烯與無機填料二元體系中，在同樣填充份數(shù)的情況下，硅灰石填充體系相比滑石粉填充體系在保持材料韌性的同時明顯提高了材料的剛性。同時從實施例3、6及對比例3、6的材料力學性能對比中也可以看出硅灰石可以很好地彌補材料通過彈性體增韌時所犧牲的剛性，使材料具有優(yōu)異的剛韌平衡性，極大地提高了材料的使用價值。權(quán)利要求一種具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，按以下重量百分比的原料配制而成聚丙烯55～95％硅灰石3～30％其他無機填料0～10％增韌劑POE0～20％抗氧劑0.1～2％其他助劑0～5.0％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的聚丙烯為熔體流動速率為260g/10min的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的嵌段共聚丙烯的共聚單體為乙烯，其含量為4lOmol%。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的均聚丙烯的結(jié)晶度在70%以上，等規(guī)度大于99%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的其他無機填料為滑石粉、碳酸鈣、云母、硫酸鋇或它們的混合物，其粒徑范圍均為110微米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的增韌劑POE為線形乙烯-辛烯共聚物，密度為0.860.90g/cm熔融指數(shù)為0.520g/10min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的抗氧劑包括主抗氧劑和輔抗氧劑，主抗氧劑選自受阻酚或硫酯類抗氧劑；輔抗氧劑選自亞磷酸鹽或酯類抗氧劑。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的主抗氧劑為3H4、1010和DSTP中一種或幾種，輔抗氧劑為618和168。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，其特征在于所述的其他添加劑包括各種顏色添加劑、光穩(wěn)定劑、各種酯類或脂肪酸類潤滑劑等的一種或幾種。10.上述權(quán)利要求1-9任何一個所述的具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料的制備方法，其具體步驟為1)按重量配比稱取原料；(2)除硅灰石以外，將聚丙烯、其他無機填料、增韌劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑或其他添加劑在高速混合器中干混35分鐘；(3)將混合的原料置于雙螺桿機中，通過側(cè)向喂料的方式加入無機填料硅灰石，經(jīng)熔融擠出，造粒，其工藝為一區(qū)200210°C，二區(qū)210220°C，三區(qū)210220°C，四區(qū)205215°C;整個擠出過程的停留時間為12分鐘，壓力為1218Mpa。聚丙烯硅灰石其他無機填料增韌劑POE抗氧劑其他助劑全文摘要本發(fā)明公開了一種具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料，屬于聚合物改性和加工領(lǐng)域。按以下重量％的原料配制成聚丙烯55～95％；硅灰石3～30％；其他無機填料0～10％；增韌劑POE0～20％；抗氧劑0.1～2％；其他助劑0～5.0％，本發(fā)明通過在增韌聚丙烯復合材料的基礎(chǔ)配方中添加一種能夠有效彌補增韌所犧牲的剛性的無機填料，從而制備出具有優(yōu)異剛韌平衡性的聚丙烯復合材料。文檔編號C08L23/10GK101759911SQ20081020312公開日2010年6月30日申請日期2008年11月21日優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日發(fā)明者周文,張祥福,張鷹,程文超申請人:上海普利特復合材料股份有限公司