本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)高彈性剛性復(fù)合材料的方法、高彈性剛性復(fù)合材料以及該高彈性剛性復(fù)合材料的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

石化和塑料生產(chǎn)領(lǐng)域中已知的混配法(compounding)是用于生產(chǎn)復(fù)合材料的工藝，該工藝?yán)酶吣Σ亮χ?高機(jī)械剪切)，使具有各種聚烯烴性質(zhì)的熱塑性聚合物以熔融狀態(tài)混合在一起。

在背景技術(shù)中，聚合方法的限制之一是這些聚合方法提供多相熱塑性聚合物材料，其可具有寬泛且平衡的性能參數(shù)，能夠符合特定物件所需的功能需求。

由于合適的配制方案的使用與以下各個(gè)需要具有沖突，這些方法難以同時(shí)確保石化工藝聚合物的剛性和韌性：

需要避免使催化劑體系中毒；

需要具有高化學(xué)計(jì)量的轉(zhuǎn)化率；以及

需要提供高水平的生產(chǎn)力。

在液相或氣相中，利用催化劑體系使聚丙烯(pp)聚合來得到高收率的全同立構(gòu)聚合物的方法就是這種情況，在低于-30℃的溫度下不能生產(chǎn)同時(shí)具有高剛性和高彈性特征的pp材料，其中，所使用的原材料只能是丙烯單體和乙烯共聚單體。

根據(jù)本發(fā)明的方法旨在通過使具有不同特性的聚合物、改性劑、添加劑和填料以熔融狀態(tài)混合來獲得熱塑性材料，所述熱塑性材料是聚丙烯復(fù)合材料并且同時(shí)具有剛性和彈性方面的良好性質(zhì)。

創(chuàng)新性在于使用已知用于使聚合物與添加劑和填料以熔融狀態(tài)混合的混配技術(shù)，但是在以下方面以獨(dú)創(chuàng)的方式來使用該混配技術(shù)：

設(shè)備部件的技術(shù)配置；以及

選擇所使用材料的化學(xué)物理知識(shí)。

令人驚奇的是，通過本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)了一種用于生產(chǎn)高彈性剛性復(fù)合材料的方法，所述方法提供了以下非顯而易見的組合：

以熔融狀態(tài)進(jìn)行混合，通過改變技術(shù)參數(shù)，使用高剪切的混合技術(shù)；以及

使用聚合物化合物和非聚合物化合物；

其中，所述高彈性剛性復(fù)合材料具有彈性和剛性的性能結(jié)構(gòu)。

通過本發(fā)明的主題實(shí)現(xiàn)了該目的和其它目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)高彈性剛性材料的方法，其特征在于，所述方法包括在混合器中以熔融狀態(tài)混合和分散以下化合物的步驟：

全同立構(gòu)丙烯(pp)聚合物，所述全同立構(gòu)丙烯聚合物選自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所組成的組；

改性聚合物，所述改性聚合物選自由聚α烯烴(poe)聚合物、乙丙橡膠(epr)、乙烯丙烯二聚橡膠(epdm)所組成的組；

相容性促進(jìn)劑，所述相容性促進(jìn)劑選自由經(jīng)馬來酸酐官能化的烯烴聚合物、經(jīng)硅烷官能化的烯烴聚合物、乙烯-丙烯酸(eaa)共聚物、聚己內(nèi)酯所組成的組；

添加劑，所述添加劑選自由酚、亞磷酸鹽/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空間位阻胺、鹵化添加劑、三聚氰胺、三聚氰胺鹽、磷衍生物的鹽、單硬脂酸甘油酯、鈣的硬脂酸鹽、鋅的硬脂酸鹽、有機(jī)化合物、無機(jī)鹽、無機(jī)氧化物、炭黑所組成的組；

填料，所述填料選自由具有各向同性結(jié)構(gòu)的無機(jī)填料和具有各向異性結(jié)構(gòu)的填料所組成的組；

其中，所述填料具有在10^-3mm至10^-6mm范圍內(nèi)的單位組分尺寸(unitcomponentdimension)；

并且其中，所述方法設(shè)定有以下條件：

溫度在120℃至230℃范圍內(nèi)；

構(gòu)成所述混合器的螺桿的轉(zhuǎn)速在125rpm至1250rpm范圍內(nèi)。

本發(fā)明還涉及一種高彈性剛性復(fù)合材料，其特征在于，所述高彈性剛性復(fù)合材料包括：

全同立構(gòu)丙烯聚合物(pp)，所述全同立構(gòu)丙烯聚合物選自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所組成的組；

改性聚合物，所述改性聚合物選自由聚α烯烴(poe)聚合物、乙丙橡膠(epr)、乙烯丙烯二聚橡膠(epdm)所組成的組；

相容性促進(jìn)劑，所述相容性促進(jìn)劑選自由經(jīng)馬來酸酐官能化的烯烴聚合物、經(jīng)硅烷官能化的烯烴聚合物、乙烯-丙烯酸(eaa)共聚物、聚己內(nèi)酯所組成的組；

添加劑，所述添加劑選自由酚、亞磷酸鹽/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空間位阻胺、鹵化添加劑、三聚氰胺、三聚氰胺鹽、磷衍生物、單硬脂酸甘油酯、鈣的硬脂酸鹽、鋅的硬脂酸鹽、有機(jī)化合物、無機(jī)鹽、無機(jī)氧化物、炭黑所組成的組；

填料，所述填料選自由具有各向同性結(jié)構(gòu)的無機(jī)填料和具有各向異性結(jié)構(gòu)的填料所組成的組；

其中，所述填料具有在10^-3mm至10^-6mm范圍內(nèi)的單位組分尺寸。

本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料在生產(chǎn)片材中的應(yīng)用，所述片材用于通過擠出熱成型、技術(shù)箱的注塑成型、電氣/電子儀器的容器的模制、機(jī)械儀器的注塑成型、保護(hù)電子系統(tǒng)和電氣用具的容器的注塑成型、工作場(chǎng)所安全用部件的注塑成型、汽車領(lǐng)域的部件的注塑成型。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語“混配法”是指用于生產(chǎn)復(fù)合材料的工藝，并且該工藝?yán)酶吣Σ亮χ?高機(jī)械剪切)，使具有各種聚烯烴性質(zhì)的熱塑性聚合物以熔融狀態(tài)混合在一起。

根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語“混配物(compound)”是指由混配工藝所得到的復(fù)合材料。

根據(jù)本發(fā)明，通過重量百分比表示的值是指總重量的重量百分比。

根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語“高剪切”是指利用摩擦力(friction)所進(jìn)行的機(jī)械功的高度轉(zhuǎn)移，所述摩擦力通過以下來引起：

a)在交互貫穿并且一起高速轉(zhuǎn)動(dòng)的擠出機(jī)的螺桿之間，各種組分與即將熔融或已經(jīng)完全熔融的聚合物材料相混合；以及

b)螺桿對(duì)與包括該螺桿對(duì)的圓筒之間的動(dòng)態(tài)接觸。

根據(jù)本發(fā)明，本文中所述的涉及填料的尺寸值是指單位填料的粒度，也即，是指測(cè)量的所述填料的直徑的平均大小。

根據(jù)填料的平均粒度通過篩分來區(qū)分填料。填料的尺寸憑借能夠提供基本顆粒的尺寸的高斯分布的各種技術(shù)來測(cè)得。

用于相對(duì)于填料的單位大小來區(qū)分該填料的一個(gè)值是值d50，其代表通過篩分來測(cè)量的填料的50wt％穿過的篩網(wǎng)的目數(shù)的大小。例如，值d50＝2表示所述填料的至少50％穿過直徑(或最大尺寸)為2微米的篩網(wǎng)。

用于測(cè)量與粉末的性質(zhì)(靜電性、潤(rùn)濕性、形態(tài)等)相關(guān)的粒度的方法尤其為：

沉積濕粉末的沉降(sedigraphic)法；

激光法；

篩分法。

對(duì)于本文中所述類型的無機(jī)填料，通常參照astmd422標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行篩分。

根據(jù)本發(fā)明的方法，以下材料以熔融狀態(tài)混合且均勻地分散且分布在聚丙烯基質(zhì)中：

a)熱塑性聚合物；

b)添加劑；

c)在有機(jī)性質(zhì)和無機(jī)性質(zhì)方面不同的填料和/或增強(qiáng)劑。

熔融混合工藝(被稱為混配法)的結(jié)果的特征在于：獲得由熱塑性聚合物基質(zhì)、添加劑、填料和/或增強(qiáng)劑構(gòu)成的復(fù)合材料或混配物，其中，在熱塑性聚合物基質(zhì)中，分散且分布有具有改性功能的其它聚合物。

必要時(shí)，通過加入鍵合劑使所述復(fù)合材料或混配物與聚合物基質(zhì)相容。

a)熱塑性聚合物：在混合物中所包括的熱塑性聚合物在所使用的單體和共聚單體方面是不同的，具有在形狀和晶體含量方面是變化的晶體形態(tài)，特征在于，提供剛性的聚合物基質(zhì)是全同立構(gòu)聚丙烯。

沖擊改性劑體系是具有彈性性質(zhì)的其它烯烴性聚合物，其特征為半晶體形態(tài)組分以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)低于0℃的無定形組分。

可具有彈性性質(zhì)的沖擊改性劑體系也為熱塑性的，并且因此也屬于該范疇。

b)添加劑：通過加入酚/亞磷酸鹽/亞磷酸酯/硫醚穩(wěn)定體系、三唑、各種取代的苯甲酮、空間位阻胺以及在任何情況下在含量和分子狀態(tài)方面能夠相容的添加劑，來得到熱塑性基質(zhì)和聚合物改性劑的熱穩(wěn)定性和uv穩(wěn)定性，以期在使用由這些復(fù)合材料得到的塑料制品期間，更好地保護(hù)大分子體系免受預(yù)期環(huán)境的侵害。

c)填料和/或增強(qiáng)劑：通過提供具有細(xì)小粒度(微米和亞微米尺寸)的填料或粒度為幾十埃的填料(納米填料)或尺寸和組成不同的填料的合適混合物來賦予高剛性，能夠避免形成聚集體。

為了確保相應(yīng)的產(chǎn)物在性能的一致性和恒定性方面具有最佳結(jié)果，使用能夠確保復(fù)合材料具有以下性能的離子型相容性促進(jìn)劑、丙烯酸型相容性促進(jìn)劑或馬來酸型相容性促進(jìn)劑：

在制備步驟期間，在熔融狀態(tài)下具有最佳的流變行為；

在利用根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料進(jìn)行轉(zhuǎn)變以及使用由本發(fā)明的復(fù)合材料所得到的產(chǎn)品期間，均具有均勻的多相體系。

通過監(jiān)測(cè)以下參數(shù)來評(píng)價(jià)所述混配法在改性成分的分布和分散方面的有效性：

1)技術(shù)參數(shù)(諸如溫度曲線、螺桿或多個(gè)螺桿的轉(zhuǎn)速、在混配期間由所使用的電能的消耗所檢測(cè)的混合功、壓頭和生產(chǎn)力)，上述技術(shù)參數(shù)對(duì)確保最佳性能平衡是至關(guān)重要的；通過改變所述技術(shù)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)用于獲得緊密有機(jī)相和無機(jī)相的最合適的設(shè)備配置，并且確保其在熱塑性聚合物混配物的各種轉(zhuǎn)變技術(shù)中處于各種流動(dòng)梯度。

2)每產(chǎn)品單位的能耗(kwh/kg)，由于利用所述混配工藝所得到的復(fù)合材料的最佳均勻性(品質(zhì))與該參數(shù)的恒定性、該參數(shù)的最小值(較小的能耗、較低的工業(yè)成本、施加至聚合相的較小的熱應(yīng)力、針對(duì)混配過程以及后續(xù)制備過程中對(duì)化合物進(jìn)行熱保護(hù)的較低的配制成本)緊密相關(guān)，該每產(chǎn)品單位的能耗的值表示該方法的有效性。

3)混配物的品質(zhì)：通過對(duì)注塑成型或壓縮成型得到的標(biāo)準(zhǔn)樣品所進(jìn)行的測(cè)量來監(jiān)控混配物的品質(zhì)，并且根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)示于下文的表中)對(duì)該品質(zhì)進(jìn)行常規(guī)表征。

本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)高彈性剛性復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述方法包括在混合器中以熔融狀態(tài)混合和分散以下化合物的步驟：

全同立構(gòu)聚丙烯聚合物，

改性劑聚合物，

相容性促進(jìn)劑，

添加劑，以及

填料。

根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)定有以下條件：

溫度在120℃至230℃范圍內(nèi)；

構(gòu)成所述混合器的螺桿的轉(zhuǎn)速在125rpm至1250rpm范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，通過重量分析法或體積分析法來進(jìn)行以熔融狀態(tài)混合和分散的步驟或進(jìn)行對(duì)構(gòu)成混配物的原材料的定量。甚至更優(yōu)選地，通過重量分析法來進(jìn)行以熔融狀態(tài)混合和分散的步驟。

重量分析方法是優(yōu)選的，這是由于可構(gòu)成混合物的不同成分的比重之間可能存在較大的差異。

組分的重量分析定量是優(yōu)選的，以確保用于聚合物組分第一進(jìn)料的料斗以即時(shí)填充的方式運(yùn)行，優(yōu)選不會(huì)產(chǎn)生積累且具有低固體材料殘留。

在熔融聚合物混合物上進(jìn)行填料的定量，該填料的定量?jī)?yōu)選通過重量分析法且利用強(qiáng)制進(jìn)料。

優(yōu)選地，所述混合器為高剪切型。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法中，以熔融狀態(tài)進(jìn)行的混合(混配法)步驟還提供了：監(jiān)控的系統(tǒng)，用于監(jiān)控同向雙螺桿擠出機(jī)的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率的消耗，能夠連續(xù)檢測(cè)混合功。

所述混合功通過以下條件來保證：

加熱圓筒(也被稱為桶)的貢獻(xiàn)；

調(diào)節(jié)螺桿的溫度；以及

聚合物對(duì)螺桿和容器圓筒的金屬表面的摩擦力，該摩擦力在相同設(shè)定的溫度下隨著螺桿的轉(zhuǎn)速而變化。

優(yōu)選地，賦予熔融聚合物的所述功以kwh/kg來表示。

例如，根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)高彈性剛性材料的方法可包括：在混合器中以熔融狀態(tài)混合和分散以重量百分比表示的以下量的以下化合物的步驟：

pp共聚物：73.2wt％；

poe聚合物：19.5wt％；

改性的馬來酸pe：1.5wt％；

穩(wěn)定添加劑：0.3wt％；

納米填料caco3：5.5wt％。

對(duì)于所述組合物，用于分散和分布的最佳性能設(shè)定是在0.1和0.2之間的kwh/kg值。

本發(fā)明還涉及一種高彈性剛性復(fù)合材料，其特征在于，所述高彈性剛性復(fù)合材料包括：

全同立構(gòu)丙烯聚合物，

改性劑聚合物，

相容性促進(jìn)劑，

添加劑，以及

填料。

根據(jù)本發(fā)明的方法和材料，所述全同立構(gòu)丙烯聚合物選自由丙烯均聚物和丙烯共聚物所組成的組。

優(yōu)選地，所述丙烯均聚物和丙烯共聚物可具有粒狀、粉末或片狀的形式。

優(yōu)選地，所述丙烯均聚物具有在0.5g/10'和30g/10'(或0.5ml/10'和30ml/10')之間的流動(dòng)性。

優(yōu)選地，所述丙烯均聚物以介于45wt％至85wt％范圍內(nèi)的量存在。

優(yōu)選地，所述丙烯共聚物具有在5g/10'和30g/10'(或5ml/10'和30ml/10')之間的流動(dòng)性。

優(yōu)選地，所述丙烯共聚物以介于45wt％至90wt％范圍內(nèi)的量存在。

根據(jù)本發(fā)明的方法和材料，所述改性聚合物選自由聚α烯烴(poe)聚合物、乙丙橡膠(epr)、乙烯丙烯二聚橡膠(epdm)所組成的組。

優(yōu)選地，所述聚α烯烴(poe)聚合物、乙丙橡膠(epr)、乙烯丙烯二聚橡膠(epdm)以片狀或粒狀的形式存在。

優(yōu)選地，所述聚α烯烴(poe)聚合物和乙烯丙烯二聚橡膠(epdm)可具有晶體相或缺少晶體相。

優(yōu)選地，所述聚α烯烴(poe)聚合物的濃度在10wt％至30wt％區(qū)間內(nèi)。

優(yōu)選地，所述乙丙橡膠(epr)的濃度在5wt％至20wt％范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述乙烯丙烯二聚橡膠(epdm)的濃度在5wt％至20wt％范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的方法和材料，所述相容性促進(jìn)劑選自由經(jīng)馬來酸酐官能化的烯烴聚合物、經(jīng)硅烷官能化的烯烴聚合物、乙烯-丙烯酸(eaa)共聚物、聚己內(nèi)酯所組成的組。

優(yōu)選地，所述經(jīng)馬來酸酐官能化的烯烴聚合物等同于含量為0.5wt％至0.8wt％的馬來酸酐。

優(yōu)選地，所述經(jīng)馬來酸酐官能化的烯烴聚合物的含量在2wt％和5wt％范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述經(jīng)硅烷官能化的烯烴聚合物的濃度在0.5wt％至5wt％范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述乙烯-丙烯酸(eaa)共聚物的濃度在6wt％至12wt％范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述聚己內(nèi)酯為粉末或粒狀的形式。

優(yōu)選地，所述聚己內(nèi)酯的濃度在0.5wt％至2wt％范圍內(nèi)。

使用相容性促進(jìn)性的目的是：

改變組分的表面張力，促進(jìn)相之間的物理粘附；

促進(jìn)熔融體系的可加工性(易于處理)；

在組分之間產(chǎn)生分子內(nèi)鍵。

對(duì)于相同組成的聚丙烯基質(zhì)、耐沖擊聚合物、穩(wěn)定添加劑和填料和/或增強(qiáng)劑，相容性促進(jìn)劑的使用確保了混配物的更好的性能平衡。

聚合物基質(zhì)和添加劑之間的所述相容性促進(jìn)劑還具有改善所用填料之間親和力的功能，以提高剛性。

所述聚合物改變耐沖擊性，并且促進(jìn)與聚合物基質(zhì)的結(jié)合。

具體地，選自由丙烯酸聚合物、離聚物、聚己內(nèi)酯、具有硅烷和馬來酸官能團(tuán)的聚合物所組成的組具有改進(jìn)填料和聚合物基質(zhì)之間親和力，且限制所使用的無機(jī)產(chǎn)品之間聚集的作用，從而提高剛性。

根據(jù)本發(fā)明的方法和材料，所述添加劑選自由酚、亞磷酸鹽/酯、醚、硫醚、苯甲酮、苯并三唑衍生物、空間位阻胺、鹵化添加劑、三聚氰胺、三聚氰胺鹽、磷衍生物的鹽、單硬脂酸甘油酯、鈣的硬脂酸鹽、鋅的硬脂酸鹽、有機(jī)化合物、無機(jī)鹽、無機(jī)氧化物、炭黑所組成的組。

優(yōu)選地，所述添加劑的濃度在0.1wt％至0.5wt％的范圍內(nèi)。

所述酚、亞磷酸鹽/酯、醚和硫醚執(zhí)行熱穩(wěn)定劑的功能。

所述苯甲酮、苯并三唑衍生物、空間位阻胺執(zhí)行uv穩(wěn)定劑的功能。

所述鹵化添加劑、三聚氰胺、三聚氰胺鹽、磷衍生物執(zhí)行阻燃添加劑的功能。

所述單硬脂酸甘油酯、鈣的硬脂酸鹽和鋅的硬脂酸鹽執(zhí)行抗酸劑和加工助劑的功能。

所述有機(jī)化合物、無機(jī)鹽和無機(jī)氧化物、炭黑執(zhí)行染料和顏料的功能。

由聚丙烯基質(zhì)、耐沖擊改性劑聚合物和相容性促進(jìn)劑所構(gòu)成的各個(gè)復(fù)合體系(混配物)通過添加劑的存在而完成，其中，添加劑具有以下功能：

通過單獨(dú)地或協(xié)同地加入0.1wt％至0.5wt％諸如酚、亞磷酸鹽/酯、醚和硫醚的化合物，保護(hù)分子量免受由轉(zhuǎn)變過程以及操作條件所引起的熱降解；

通過加入0.1wt％至0.5wt％的苯甲酮或苯并三唑或空間位阻胺類的化合物，提高相應(yīng)產(chǎn)物的耐紫外線輻射性。

每種混配物包括穩(wěn)定添加劑，該穩(wěn)定添加劑的數(shù)量和特性與混配方法和由這些混配物得到的產(chǎn)品所采用的操作條件相容。

所述添加劑執(zhí)行以下功能：

對(duì)于熔融混合方法和用于轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法穩(wěn)定聚合物基質(zhì)；

對(duì)于使用期間存在的環(huán)境條件起熱穩(wěn)定作用；

對(duì)于大氣劑和uv輻射起穩(wěn)定作用；

增加阻燃性；

潤(rùn)滑并有助于在模具中流動(dòng)；

有機(jī)化合物和無機(jī)化合物的著色和染色。

所述填充劑選自由具有各向同性結(jié)構(gòu)的無機(jī)填料和具有各向異性結(jié)構(gòu)的填料所組成的組；

其中，所述填料具有在10^-3mm至10^-6mm范圍內(nèi)的單位組分尺寸。

優(yōu)選地，所述具有各向同性結(jié)構(gòu)的無機(jī)填料選自由鈣和鎂硅酸鹽形式的高純度微粉化滑石粉以及碳酸鈣所組成的組。

優(yōu)選地，所述鈣和鎂硅酸鹽形式的高純度微粉化滑石粉具有大于15的形狀延伸率，在0.2微米至2微米范圍內(nèi)的值d50，以及在0.5wt％至12wt％范圍內(nèi)的濃度。

優(yōu)選地，所述碳酸鈣為納米填料的形式，并且具有在0.5微米至0.005微米范圍內(nèi)的尺寸，以及在0.1wt％至7.5wt％范圍內(nèi)的濃度。

優(yōu)選地，所述具有向異性結(jié)構(gòu)的填料選自由碳納米管和玻璃纖維所組成的組。

優(yōu)選地，所述碳納米管具有超過500的形狀延伸率，所述納米管的濃度在0.5wt％至7.5wt％范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述玻璃纖維被切割為在0.2mm至4.5mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度，并且具有直徑在5微米至15微米之間的基本毛刺。

所述填料具有支撐由于耐沖擊改性劑聚合物的存在所導(dǎo)致的剛性損失，而不損害性能平衡的作用。

具體地，使用如上所述的小且非常小尺寸(即，單位組分的值在幾微米(10^-3mm)和幾埃(10^-6mm)之間)的填料，有利且令人驚奇地提供了如本發(fā)明所述的剛性和高彈性的特性。

為了補(bǔ)償由于使用彈性聚合物改性劑而導(dǎo)致的基質(zhì)中剛性的損失，使用無機(jī)填料。這些填料依據(jù)以下方面提供不同的效果：

填料的性質(zhì)，

填料的形態(tài)和粒度，

基質(zhì)聚合物中填料的分布和分散有效性，

使用相容性促進(jìn)劑，該相容性促進(jìn)性的效果依賴于以下：

填料的表面張力的變化，

在填料和聚合物體系之間提供鍵，甚至低能鍵(諸如氫鍵)的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的方法和材料，在以非限制性描述本發(fā)明的應(yīng)用中所引用的第一優(yōu)選配方中：

全同立構(gòu)丙烯聚合物是丙烯嵌段共聚物，具有平均的乙烯含量，并且含量以百分比計(jì)等于總重量的71.1％，

改性劑聚合物為聚α烯烴(poe)聚合物，具有晶體相，并且含量以百分比計(jì)等于總重量的20.5％，

所述相容性促進(jìn)劑為經(jīng)馬來酸酐官能化的烯烴聚合物，含量以百分比計(jì)等于總重量的2.5％，

所述添加劑選自由酚、亞磷酸鹽/酯以及硫醚所組成的組，并且含量以百分比計(jì)等于總重量的0.3％，

并且最后，所述填料由納米碳酸鈣構(gòu)成，并且含量以百分比計(jì)等于總重量的5％。

有用的是注意到，該配方毫無疑問地令人關(guān)注，因?yàn)闉椴牧咸峁┝烁邚椥裕粨p害材料的剛性。

根據(jù)本發(fā)明的方法和材料，在同樣以非限制性描述本發(fā)明的應(yīng)用中所引用且因此未排除在本文所要求保護(hù)范圍內(nèi)配方之外的第二優(yōu)選配方中：

所述全同立構(gòu)丙烯聚合物為丙烯嵌段共聚物，具有平均的乙烯含量，并且含量以百分比計(jì)等于總重量的71.7％，

所述改性劑聚合物為聚α烯烴(poe)聚合物，具有晶體相，且含量以百分比計(jì)等于總重量的20.5％，

所述相容性促進(jìn)劑為經(jīng)馬來酸酐官能化的烯烴聚合物，含量以百分比計(jì)等于總重量的2.5％，

所述添加劑選自由酚、亞磷酸鹽/酯以及硫醚所組成的組，并且含量以百分比計(jì)等于總重量的0.3％，

而所述填料由碳納米管構(gòu)成，并且含量以百分比計(jì)等于總重量的5％。

注意到的是，該具體配方能夠獲得除了優(yōu)異的抗靜電性能之外，還具有高彈性和高剛性的材料。

本發(fā)明還涉及本發(fā)明的復(fù)合材料在擠出片材中的應(yīng)用，所述片材用于通過擠出熱成型，優(yōu)選為耐沖擊和射頻隔離形式；技術(shù)箱的注塑成型，優(yōu)選為耐沖擊和射頻隔離形式；電氣/電子儀器的容器的模制；機(jī)械儀器的注塑成型；保護(hù)電子系統(tǒng)和裝備的容器的注塑成型；工作場(chǎng)所安全用部件(優(yōu)選頭盔、射彈屏蔽件)的注塑成型；汽車領(lǐng)域的部件的注塑成型。

關(guān)于生產(chǎn)設(shè)備，使用能夠提供高摩擦力，以使得所加入的有機(jī)和/或無機(jī)材料均勻地嵌入聚丙烯基質(zhì)中的設(shè)備。

上述設(shè)備是具有高轉(zhuǎn)速的單螺桿型擠出機(jī)或軸向雙螺桿型擠出機(jī)，設(shè)置有熔融聚合物材料的強(qiáng)制進(jìn)料、兩階段型絕熱連續(xù)混合器，具有隨偏心元件高速轉(zhuǎn)動(dòng)的下部擠出機(jī)/層壓機(jī)和單螺桿擠出機(jī)(共捏合機(jī))。

螺桿的幾何形狀具有可變的外形并且可以由輸送元件和塑煉元件構(gòu)成，塑煉元件可為多尖端元件(兩個(gè)起點(diǎn)和三個(gè)起點(diǎn))，能夠與即時(shí)軟化的聚合物流的推進(jìn)一起促進(jìn)所述流的部分回歸(partialregression)。

通過重量或體積定量系統(tǒng)使成分以熔融狀態(tài)連續(xù)進(jìn)料至混合擠出機(jī)中；通過用于填料和/或增強(qiáng)劑的強(qiáng)制螺桿，能夠用熔融的聚合物材料進(jìn)行部分成分的進(jìn)料。

通過歧管，將熔融聚合物推入到擠壓頭和模具中，其中，該熔融聚合物包括通過具有高塑煉能力外形的螺桿均勻分散和分布在其中的改性成分。

由模具形成的熔融可：

以意大利面條的形式擠出，隨后冷卻并切割成具有均勻尺寸的圓柱形狀，

或在擠出頭處切割為珠狀物的形式，該珠狀物用水進(jìn)行冷卻。

所述的方法證明具有創(chuàng)造性和獨(dú)創(chuàng)性，因?yàn)椋?/p>

按照工藝混合參數(shù)(如溫度曲線、螺桿或多個(gè)螺桿的轉(zhuǎn)速、壓頭和生產(chǎn)力)運(yùn)行；

促進(jìn)每單位產(chǎn)品的能耗(kwh/kg)，其值表示方法的有效性，與該參數(shù)的恒定性以及其最小值緊密相關(guān)的復(fù)合材料的更好的均勻性(品質(zhì))；

測(cè)量通過注塑成型或壓縮成型獲得的標(biāo)準(zhǔn)樣品并根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行常規(guī)表征來監(jiān)控復(fù)合材料的品質(zhì)；

使用在化學(xué)組成、形態(tài)以及組分間相互作用的能力方面的特定配方；

從而能夠獲得同時(shí)具有剛性和高彈性的熱塑性復(fù)合材料。

關(guān)于技術(shù)方法，為了獲得根據(jù)本發(fā)明的混配物類型，在混合器中以熔融狀態(tài)，按照重量分析法且連續(xù)地對(duì)構(gòu)成復(fù)合材料(混配物)的組分進(jìn)行定量，這些組分的物理特性、熱特性和機(jī)械特性取決于它們的相互濃度，該混合器包括：

雙螺桿擠出機(jī)，具有包含在圓筒中的交互貫穿且同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿，

其特征在于螺桿的高轉(zhuǎn)速(125rpm至1250rpm)以及由輸送單元、混合單元和塑煉單元所形成的幾何形狀可變的螺桿外形，

沿圓筒的主進(jìn)料斗和一個(gè)或多個(gè)次級(jí)進(jìn)料斗，通過在擠出機(jī)的圓筒側(cè)的螺桿或以直角布置的雙螺桿推動(dòng)熔融聚合物材料、一些組分(諸如填料)，

可以從沿?cái)D出機(jī)圓筒的延伸部的一個(gè)或多個(gè)開口排出任何氣體和水蒸汽(脫氣)，通過真空泵施加部分真空有利于所述排出，

輸送機(jī)和具有模具(該模具具有多個(gè)孔)的擠出頭，用于形成以熔融狀態(tài)混合的材料，

使用相對(duì)于熔融材料的出口軸向偏移90°布置的轉(zhuǎn)子磨進(jìn)行水下切割，形成珠狀物形式的粒狀物，

作為替代方案，將擠出的材料拉伸成為意大利面條的形狀，并用銑刀將其切成圓柱形，

干燥、篩分和包裝。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，利用以下參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)室混配設(shè)備中進(jìn)行混配物的生產(chǎn)，上述混配物的性能在下文中示出：

擠出機(jī)，具有交互貫穿且同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿；

基于重量減輕的重量定量系統(tǒng)，具有三個(gè)定量單元：

主裝料斗的第一進(jìn)料處的兩個(gè)定量單元，一個(gè)用于粒狀形式的原料，且一個(gè)用于粉末或片狀形式的添加劑的混合物，

用于使熔融材料強(qiáng)制進(jìn)料的一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)料定量單元，

螺桿直徑：25mm

螺桿長(zhǎng)度＝直徑的32倍

螺桿轉(zhuǎn)速：100rpm至750rpm，取決于施加至混合物的熱機(jī)械功以及每種類型混合物對(duì)所需均勻性的要求，

溫度曲線：在120℃和230℃之間，

切成意大利面形狀(具有圓柱形形狀的混配物)，

將填料插入在熔融熱塑性材料上，

插入脫氣泵(施加0.150巴至0.550巴的真空)以排出氣體、濕度和揮發(fā)性物質(zhì)，該過程在熔融混合過程中進(jìn)行，

可選地，使用可變?yōu)V光過濾器和插入自動(dòng)過濾器更換器以截留具有離散尺寸的顆粒，

意大利面頭和用旋轉(zhuǎn)刀具切割，

篩分，

根據(jù)所生產(chǎn)的混配物類型、組分的表觀密度和化合物本身的比重，以5kg/小時(shí)至20kg/小時(shí)生產(chǎn)。

工業(yè)混配線通常重復(fù)所示的加工參數(shù)，并且是實(shí)驗(yàn)室中使用的技術(shù)設(shè)定的按比例增加，以根據(jù)后附權(quán)利要求來生產(chǎn)工業(yè)混配物。

以下實(shí)施例旨在更好地解釋本發(fā)明的主題。

實(shí)施例

1剛性和彈性

表1列出了不具有乙烯共聚單體的聚丙烯以及具有多種濃度的乙烯共聚單體的聚丙烯的一些特性：所考慮的聚合物具有可比性的流動(dòng)性值，以及它們的主要技術(shù)目的在于通過注塑成型來進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

表1中示出的所有類型的聚丙烯所具有的耐沖擊特征相對(duì)于經(jīng)填料和/或增強(qiáng)劑改性(其目的在于實(shí)現(xiàn)高剛性值)的聚合物基質(zhì)是不足的。

本發(fā)明的目的是對(duì)聚丙烯基質(zhì)進(jìn)行改性以得到最佳的性能平衡，從而制造同時(shí)需要高剛性和高耐沖擊性值的產(chǎn)品。

表1：聚丙烯均聚物和含乙烯共聚單體的聚丙烯的物理機(jī)械性質(zhì)

2利用高彈性聚合物對(duì)性能的改變

在熔融狀態(tài)下具有合適流變性的乙烯-丙烯共聚物，尤其是具有部分晶體形態(tài)的那些乙烯-丙烯共聚物，諸如poe(聚烯烴彈性體)，如果以與保持適當(dāng)剛性值相容的濃度使用，則提供在增加耐沖擊性方面具有重要優(yōu)勢(shì)的聚丙烯熱塑性基質(zhì)。

創(chuàng)新的要素在于：

聚合物改性劑的選擇，該聚合物改性劑在熔融狀態(tài)下具有足夠高的粘度以使它們能夠分散且分布在熱塑性基質(zhì)中。

相容性促進(jìn)性的使用，通過改進(jìn)基質(zhì)相和改性劑相之間的親和力，該相容性促進(jìn)性能夠避免在高流動(dòng)梯度的存在下，轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)期間的聚集現(xiàn)象。

填料的使用，該填料支撐由于使用具有彈性性質(zhì)的改性聚合物(諸如poe)而導(dǎo)致的剛性降低。

下表2中示出了具有poe改性劑的聚丙烯(pp)基質(zhì)所發(fā)生的改變。

表2：加入彈性改性劑對(duì)pp共聚物基質(zhì)的影響

3填料的加入

如上所述，為了補(bǔ)償由于使用彈性聚合物改性劑所引起的pp基質(zhì)剛性損失，使用無機(jī)填料。這些填料根據(jù)以下賦予不同的效果：

填料的性質(zhì)；

填料的形態(tài)和粒度；

填料在基質(zhì)聚合物中的分布和分散有效性；

使用相容性促進(jìn)性，這些相容性促進(jìn)劑的效力取決于：

填料表面張力的變化；

在填料和聚合物體系之間提供鍵，甚至低能鍵(諸如氫鍵)的可能性。

本發(fā)明的創(chuàng)新要素在于：

使用微米和亞微米(埃)大小的填料；

控制混配工藝參數(shù)(短時(shí)的高剪切)；

使用具有馬來酸酐和/或硅烷性質(zhì)的相容性促進(jìn)劑和/或聚己內(nèi)酯相容性促進(jìn)劑。

下表3示出了同時(shí)使用以下物質(zhì)而在pp基質(zhì)性能上實(shí)現(xiàn)的有益效果：

a)耐沖擊改性劑(poe聚合物)；

b)幾微米(10^-6米)或幾埃(10^-10米)的基礎(chǔ)形式的碳酸鈣；

相容性促進(jìn)劑(經(jīng)馬來酸酐官能團(tuán)化的)用作聚合物、改性劑和填料的表面張力的改性劑。

表3：使用沖擊改性劑、填料和相容性促進(jìn)劑對(duì)pp性能的影響

下表4示出了含聚丙烯基質(zhì)、聚合物改性劑和微粉化形式的不同百分比的滑石填料的復(fù)合材料的性能參數(shù)，提供了限制彈性損失的同時(shí)，增加剛性的證據(jù)。

表4：剛性和彈性的機(jī)械性能隨濃度變化的趨勢(shì)

在以熔融狀態(tài)混合期間，分散且分布在經(jīng)彈性體聚合物改性的pp基質(zhì)中的具有不同粒度的滑石類型對(duì)共混物的剛性和彈性性能具有不同的貢獻(xiàn)，通常較低的剛性與較高的彈性值相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)本發(fā)明的結(jié)果，通過使用相同的混合技術(shù)，相同的pp基質(zhì)和改性劑的組合，使用更微粉化的滑石填料，能夠使剛性和彈性的更好平衡與相等的密度相關(guān)聯(lián)。

表5：填充有不同粒度的滑石對(duì)具有poe的pp混配物的剛性和彈性性能的影響

相對(duì)于常規(guī)知識(shí)，創(chuàng)新要素在于，在poe改性的pp基質(zhì)中使用不同濃度的碳酸鈣納米填料，得到彈性改善而剛性不會(huì)顯著損失的優(yōu)勢(shì)，如表6所示。

表6：不同濃度的caco3作為納米填料對(duì)剛性和彈性的影響

通過添加彈性體聚合物(poe)改善了其彈性的pp基質(zhì)是令人感興趣的多相體系，該多相體系能夠含有納米增強(qiáng)劑(碳納米管)，具有增加剛性和獲得抗靜電性的優(yōu)勢(shì)，這已得到表7中所示性能檢測(cè)的證明。

對(duì)于高含量的碳納米管，獲得了對(duì)射頻和電磁波具有屏蔽效應(yīng)的導(dǎo)電熱塑性復(fù)合材料。

表7：碳納米管對(duì)多相聚合體系的改性。