本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯因其具有優(yōu)異的機(jī)械性能，耐熱性、無毒、耐腐蝕、電絕緣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在保險(xiǎn)杠、側(cè)護(hù)板、導(dǎo)流板、儀表板、雜物盒等汽車內(nèi)外飾部件，是車用塑料中使用量最大，產(chǎn)品應(yīng)用最多的材料之一。眾所周知，全球安全、環(huán)保、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提高，給聚丙烯車用塑料提出了新的要求，設(shè)計(jì)者也希望聚丙烯塑料越來越輕，來提升汽車的性能及降低能耗。與常規(guī)聚丙烯材料相比，聚丙烯微發(fā)泡材料具有密度小，缺口敏感性較低、低溫性能更優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，此外內(nèi)部多孔還賦予產(chǎn)品具有隔音、隔熱、降噪等特點(diǎn)，逐漸成為汽車輕量化設(shè)計(jì)的熱衷輕量化材料之一。但聚丙烯屬于結(jié)晶型聚合物，當(dāng)高于熔融溫度以上，基體熔體強(qiáng)度瞬間降低，分解產(chǎn)生的氣體無法被熔體所束縛，容易在基體中塌陷、串泡、并泡，導(dǎo)致聚丙烯泡孔難以控制，造成發(fā)泡效果不良，限制了聚丙烯微發(fā)泡材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，通過選擇合適的樹脂基體，共混改性，化學(xué)引發(fā)pp交聯(lián)反應(yīng)有效提高聚丙烯熔體強(qiáng)度，從而解決聚丙烯泡孔難以控制的問題，在實(shí)際生產(chǎn)中獲得閉孔細(xì)膩均勻的聚丙烯微發(fā)泡材料，擴(kuò)寬聚丙烯微發(fā)泡在新產(chǎn)品及新領(lǐng)域的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種聚丙烯微發(fā)泡材料及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)聚丙烯在發(fā)泡過程中熔體強(qiáng)度低，泡孔不易控制，氣泡并泡塌陷嚴(yán)重等問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料由下列原料按重量百分比制備而成：
聚丙烯復(fù)合材料96-99％
復(fù)合發(fā)泡劑1-4％
其中所述的聚丙烯復(fù)合材料由下列原料按重量份制備而成：
聚丙烯65-85份
活性硅酸鈣10-20份
增韌劑10-15份
改性劑0.4-0.8份
抗氧劑0.2-0.4份
潤(rùn)滑劑0.5-1份
交聯(lián)劑0.5-1份
交聯(lián)助劑0.2-0.5份
其他助劑0-3份
進(jìn)一步方案，所述聚丙烯為共聚聚丙烯，在230℃，2.16kg的測(cè)試條件下，熔體流動(dòng)速率為10-120g/10min。
進(jìn)一步方案，所述活性硅酸鈣，其粒徑目數(shù)在1000目以上。
進(jìn)一步方案，所述增韌劑為poe，在230℃，2.16kg的測(cè)試條件下，熔體流動(dòng)速率為0.5-30g/10min。。
進(jìn)一步方案，所述改性劑為十八胺，工業(yè)級(jí)，其純度在99％以上。
進(jìn)一步方案，所述抗氧劑選自受阻酚類抗氧劑、硫代硫酸酯類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑中的至少一種；
所述受阻酚類抗氧劑為抗氧劑1010，所述硫代硫酸酯類抗氧劑為抗氧劑dltp，所述亞磷酸酯類抗氧劑為抗氧劑168。
進(jìn)一步方案，所述交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯；所述交聯(lián)助劑為丙烯酸丁酯、順丁烯二酸二乙酯中的至少一種。
進(jìn)一步方案，所述潤(rùn)滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸鈣，硬脂酸鋅、硬脂酸、褐煤蠟、戊四醇硬脂酸酯中的至少一種。
進(jìn)一步方案，所述其他助劑為紫外光吸收劑、表面光亮劑、光穩(wěn)定劑、抗靜電劑和/或著色劑。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備改性活性硅酸鈣：將0.4-0.8份的改性劑、0.2-0.5份交聯(lián)助劑分散于500ml-1l乙醇中，加入10-20份活性硅酸鈣于三口燒瓶中，加熱至60-80℃，攪拌30-60min，倒入大燒杯中，離心分離，用去離子水洗滌3-5次，將離心產(chǎn)物50-80℃真空干燥24h-48h，干燥后的產(chǎn)物在球磨機(jī)中球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在100-250r/min，得到改性活性硅酸鈣；
(2)制備聚丙烯復(fù)合材料：將聚丙烯65-85份、步驟(1)制備出的改性活性硅酸鈣、增韌劑10-15份、抗氧劑0.2-0.4份、潤(rùn)滑劑0.5-1份、交聯(lián)劑0.5-1份、其他助劑0-0.3份投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(3)制備聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡復(fù)合材料：將96-99wt％的聚丙烯復(fù)合材料與1-4wt％的復(fù)合發(fā)泡劑混合均勻后，注塑過程采用二次開模工藝，進(jìn)行微發(fā)泡成型，其中注塑機(jī)溫度為180-200℃。
本發(fā)明的有益效果
1、熔體強(qiáng)度高，泡孔均勻細(xì)膩：所用改性劑十八胺一種直鏈型的非極性的表面活性劑，能有效包覆活性硅酸鈣的表面，末端氨基與交聯(lián)助劑丙烯酸丁酯形成氫鍵，使得活性硅酸鈣帶有可反應(yīng)的基團(tuán)，一方面與基體樹脂形成很強(qiáng)的界面作用力，另一方面保證交聯(lián)助劑均勻分散，解決交聯(lián)助劑與pp相容性差的難題，從而在加工過程中保證聚丙烯交聯(lián)反應(yīng)穩(wěn)定，降低聚丙烯的降解，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高聚丙烯的熔體強(qiáng)度，對(duì)分解產(chǎn)生的氣體均勻包覆，阻礙氣體產(chǎn)生的瞬間壓力沖破熔體。針狀活性硅酸鈣具有較大的比表面積，與基體接觸面大大增加，形成大量的低能點(diǎn)，降低氣泡成核的自由能壘，從而有助于氣泡成核。復(fù)合體系具有較高的熔體強(qiáng)度，當(dāng)改性活性硅酸鈣作為氣泡成核劑，使得聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料具有較低的泡孔直徑，優(yōu)異的發(fā)泡效果。
2、環(huán)境友好型發(fā)泡劑：復(fù)合發(fā)泡劑采用碳酸氫鈉分解產(chǎn)生二氧化碳，綠色、環(huán)保，是一種環(huán)境友好型發(fā)泡劑。
3、優(yōu)異的綜合性能：根據(jù)國(guó)標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料懸臂梁缺口強(qiáng)度達(dá)20kj/m2、彎曲模量達(dá)1700mpa，表明本發(fā)明復(fù)合材料具有很好的韌性及強(qiáng)度，能夠滿足汽車行業(yè)的制件使用的標(biāo)準(zhǔn)。該復(fù)合材料具有原料來源廣泛、成本低、密度小、尺寸穩(wěn)定性好，機(jī)械性能優(yōu)異、隔熱，隔音、降噪的特點(diǎn)，在汽車、家電、建筑、包裝等領(lǐng)域可以被廣泛的應(yīng)用。
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
本實(shí)施例中的一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)制備改性活性硅酸鈣：將改性劑0.4份、交聯(lián)助劑0.5份溶于1l的乙醇中配置成溶液，加入20份活性硅酸鈣于三口燒瓶中，加熱至60℃，攪拌60min，倒入大燒杯中，離心分離，用去離子水洗滌3次，將離心產(chǎn)物50℃真空干燥24h，干燥后的產(chǎn)物在球磨機(jī)中球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在100-250r/min，得到改性活性硅酸鈣；
(2)制備聚丙烯復(fù)合材料：將步驟(1)制備的改性活性硅酸鈣與共聚聚丙烯65份、增韌劑15份、抗氧劑10100.2份、抗氧劑1680.2份、交聯(lián)劑1份、以及潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣0.5份投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(3)制備聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡材料：將99％的聚丙烯復(fù)合材料與1％的復(fù)合發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機(jī)進(jìn)行微發(fā)泡成型，其中注塑機(jī)溫度為180-200℃。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中的一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)制備改性活性硅酸鈣：將改性劑0.8份、交聯(lián)助劑0.2份溶于1l的乙醇中配置成溶液，加入20份活性硅酸鈣于三口燒瓶中，加熱至80℃，攪拌30min，倒入大燒杯中，離心分離，用去離子水洗滌3次，將離心產(chǎn)物80℃真空干燥48h，干燥后的產(chǎn)物在球磨機(jī)中球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在100-250r/min，得到改性活性硅酸鈣；
(2)制備聚丙烯復(fù)合材料：將步驟(1)制備的改性活性硅酸鈣與共聚聚丙烯65份、增韌劑10份、抗氧劑10100.1份、抗氧劑1680.1份、交聯(lián)劑0.5份以及潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣0.5份投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(3)制備聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡材料：將97wt％的聚丙烯復(fù)合材料與3wt％的發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機(jī)進(jìn)行微發(fā)泡成型，其中注塑機(jī)溫度為180-200℃。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中的一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)制備改性活性硅酸鈣：將改性劑0.4份、交聯(lián)助劑0.4份溶于1l的乙醇中配置成溶液，加入10份活性硅酸鈣于三口燒瓶中，加熱至70℃，攪拌50min，倒入1000ml大燒杯中，離心分離，用去離子水洗滌4次，將離心產(chǎn)物70℃真空干燥36h，干燥后的產(chǎn)物進(jìn)行研磨，得到改性活性硅酸鈣；
(2)制備聚丙烯復(fù)合材料：將步驟(1)制備的改性活性硅酸鈣與共聚聚丙烯85份、增韌劑15份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、交聯(lián)劑0.75份、潤(rùn)滑劑pe蠟0.8份、投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(3)制備聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡材料：將97wt％的聚丙烯復(fù)合材料與3wt％的發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機(jī)進(jìn)行微發(fā)泡成型，其中注塑機(jī)溫度為180-200℃。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中的一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)制備改性活性硅酸鈣：將改性劑0.6份、交聯(lián)助劑0.4份溶于1l的乙醇中配置成溶液，加入15份活性硅酸鈣于三口燒瓶中，加熱至70℃，攪拌50min，倒入大燒杯中，離心分離，用去離子水洗滌4次，將離心產(chǎn)物70℃真空干燥36h，干燥后的產(chǎn)物進(jìn)行研磨，得到改性活性硅酸鈣；
(2)制備聚丙烯復(fù)合材料：步驟(1)制備的改性活性硅酸鈣與聚丙烯70份、增韌劑15份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑dstp0.15份、交聯(lián)劑1份、潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣0.5份、光穩(wěn)定劑0.5份、著色劑1份、抗靜電劑1份、表面光亮劑0.5份投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(4)制備聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡材料：將96wt％的聚丙烯復(fù)合材料與4wt％的發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機(jī)進(jìn)行微發(fā)泡成型，其中注塑機(jī)溫度為180-200℃。
對(duì)比例1：
本對(duì)比例中的一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)制備聚丙烯復(fù)合材料：將聚丙烯70份、滑石粉15份、增韌劑15份、抗氧劑10100.2份、抗氧劑1680.2份、潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣0.5份投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)制備聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡材料：將97wt％的聚丙烯復(fù)合材料與3wt％的發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機(jī)進(jìn)行微發(fā)泡成型，其中注塑機(jī)溫度為180-200℃。
將上述實(shí)施例1-4以及對(duì)比例制得的聚丙烯復(fù)合材料主要物性指標(biāo)根據(jù)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，其密度、泡孔平均直徑，拉伸強(qiáng)度、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)結(jié)果如下表所示：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：
1、聚丙烯復(fù)合材料熔體強(qiáng)度高：采用改性劑十八胺、交聯(lián)助劑丙烯酸丁酯相互反應(yīng)，共同對(duì)硅酸鈣表面處理，有效包覆填料，表面裸露可反應(yīng)的基團(tuán)，保證硅酸鈣有效分散，同時(shí)解決丙烯酸丁酯與聚丙烯的相同性，通過dcp交聯(lián)反應(yīng)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，，增強(qiáng)了復(fù)合體系的熔體強(qiáng)度，對(duì)分解產(chǎn)生的氣體均勻包裹，有效束縛氣泡，賦予復(fù)合體系優(yōu)異的發(fā)泡性能。
2、泡孔小而致密：復(fù)合體系具有較高的熔體強(qiáng)度，當(dāng)改性活性硅酸鈣作為氣泡成核劑，獲得極好的發(fā)泡效果，泡孔直徑小到55μm，分布均勻細(xì)膩，對(duì)材料可實(shí)現(xiàn)33％的減重。
3、復(fù)合發(fā)泡劑環(huán)境友好：復(fù)合發(fā)泡劑分解產(chǎn)生二氧化碳，綠色、環(huán)保是一種環(huán)境友好型發(fā)泡劑，對(duì)復(fù)合體系氣味無影響。
4、優(yōu)異的機(jī)械性能：根據(jù)國(guó)標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一種可用于化學(xué)微發(fā)泡的聚丙烯復(fù)合材料懸臂梁缺口強(qiáng)度達(dá)21kj/m2以上、彎曲模量達(dá)1700mpa以上，表明本發(fā)明復(fù)合材料具有很好的韌性及強(qiáng)度，能夠滿足汽車行業(yè)的制件使用的標(biāo)準(zhǔn)，為汽車輕量化選材提供一種全新的途徑。
如在本發(fā)明的制備組份中添加紫外光吸收劑、光穩(wěn)定劑、抗靜電劑、著色劑等功能助劑，使復(fù)合材料具有相應(yīng)特性亦受本發(fā)明保護(hù)。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。