本發(fā)明涉及高分子改性材料領(lǐng)域，特別涉及改性聚丙烯材料領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)一躍成為全球最大汽車生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，汽車輕量化、安全、環(huán)保與節(jié)能已經(jīng)成為其產(chǎn)業(yè)調(diào)整的必由之路。現(xiàn)有技術(shù)中，汽車的一些對(duì)耐磨性要求較高的零部件通常都采用聚甲醛或者加有聚四氟乙烯的玻纖增強(qiáng)尼龍工程塑料兩種材料制成，但是這兩種材料的價(jià)格昂貴，在現(xiàn)在汽車制造業(yè)成本壓力越來越大的情況下，市場(chǎng)急需尋找一款低成本的耐磨材料替代聚甲醛和尼龍。

聚丙烯(polypropylene，簡(jiǎn)稱pp)是一種半結(jié)晶的熱塑性塑料，是當(dāng)今最具發(fā)展前途的熱塑性高分子材料之一，與其它通用熱塑性塑料相比，聚丙烯具有密度小、較高的耐沖擊性，機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)韌，抗多種有機(jī)溶劑和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且原料來源豐富、價(jià)格低廉、易于加工成型，因此，聚丙烯材料能夠滿足汽車輕量化、低成本、環(huán)保等發(fā)展目標(biāo)的需求。并且，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，聚丙烯及其改性材料不再僅僅應(yīng)用于汽車內(nèi)、外飾件方面，在很多汽車功能件上也會(huì)有越來越多的應(yīng)用，這必然對(duì)聚丙烯材料有著更高的要求。若能在成本可控范圍內(nèi)提高聚丙烯材料的耐磨性，并將這種耐磨聚丙烯應(yīng)用于制造汽車耐磨部件，對(duì)于降低汽車制造成本將大有裨益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有聚丙烯材料所存在的強(qiáng)度和耐磨性差的缺陷，提供一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料及其制備方法。本發(fā)明改性聚丙烯材料是將聚丙烯與二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯共聚后，再添加無(wú)機(jī)填料和耐磨劑進(jìn)行復(fù)合而成的高分子復(fù)合材料，該材料具有強(qiáng)度高，耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)，適合用于制造汽車耐磨損部件。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料，包括以下重量份原材料制備而成的：50-60份的聚丙烯，10-15份的二乙烯基二甲基硅烷，5-20份的無(wú)機(jī)填料，1-3份的偶聯(lián)劑，0.2-0.5份的引發(fā)劑，10-15份的聚四氟乙烯，0.5-1份的耐磨劑。

上述一種改性聚丙烯材料，其中，所述的聚丙烯聚合度為200-400；聚丙烯的聚合度太小，二乙烯基二甲基硅烷鏈段嵌入點(diǎn)位間隔太小，交聯(lián)度太大，聚丙烯的加工性降低嚴(yán)重；聚丙烯聚合度太大，二乙烯基二甲基硅烷鏈段嵌入點(diǎn)位間隔太大，交聯(lián)度太小，對(duì)聚丙烯的強(qiáng)度和耐磨性能增強(qiáng)作用微弱；優(yōu)選的，所述的聚丙烯聚合度為300-350，在該聚合度范圍內(nèi)，共聚得到的改性聚丙烯材料的強(qiáng)度大，耐磨性好，加工性好。

上述一種改性聚丙烯材料，其中，所述的聚四氟乙烯聚合度為300-500；與該聚合度內(nèi)的聚四氟乙烯進(jìn)行共聚后得到的強(qiáng)度高，耐磨性好，加工性好。

上述一種改性聚丙烯材料，其中，所述無(wú)機(jī)填料為滑石粉、陶瓷微粒、二氧化硅中的一種或多種；無(wú)機(jī)填料不僅能增加聚丙烯的沖擊強(qiáng)度，還能提高抗磨性和降低生產(chǎn)成本；優(yōu)選的，所述的無(wú)機(jī)填料粒徑為0.01-50μm，在該粒徑條件下，無(wú)機(jī)填料對(duì)聚丙烯的增強(qiáng)作用最佳。

上述一種改性聚丙烯材料，其中，優(yōu)選的，所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，能提高無(wú)機(jī)填料與聚丙烯之間的相容性，對(duì)提高聚丙烯性能具有積極作用。

上述一種改性聚丙烯材料，其中，優(yōu)選的，所述的引發(fā)劑為過氧化二叔丁基、過氧化二異丙苯、異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫中的一種或多種；引發(fā)劑受熱后能分解成自由基，引發(fā)原材料進(jìn)行共聚合反應(yīng)。

上述一種改性聚丙烯材料，其中，所述的耐磨劑為二硫化鉬。

上述一種改性聚丙烯材料，其中，所述的一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料，其原材料還包括分散劑、增塑劑、抗靜電劑、染色劑、増亮劑中的一種或多種；上述的助劑能提高改性聚丙烯材料的加工性，增加其功能性等作用，從而提高其適用性。

本發(fā)明一種改性聚丙烯材料，材料中的聚丙烯分子鏈上嵌入的聚四氟乙烯鏈段和硅烷基團(tuán)能改變材料對(duì)應(yīng)力的作用方式，且分子鏈之間具有一定的交聯(lián)度，使分子鏈?zhǔn)芰梢詡鲗?dǎo)，從而使聚丙烯具有更高的強(qiáng)度和耐磨性；同時(shí)，材料中添加的無(wú)機(jī)填料和耐磨劑，相互之間共同作用，協(xié)同增效，使聚丙烯材料的強(qiáng)度和抗老化性能進(jìn)一步增加；該改性聚丙烯材料具有非常優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和耐磨性，可用于制造的汽車耐磨損的零部件。

進(jìn)一步的，為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還供了一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將無(wú)機(jī)填料用偶聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理無(wú)機(jī)填料；將聚丙烯與二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯、引發(fā)劑混合均勻后進(jìn)行共聚合反應(yīng)得到三元共聚物；

(2)將預(yù)處理無(wú)機(jī)填料、三元共聚物和耐磨劑混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到編織袋用高強(qiáng)度耐老化改性聚丙烯材料。

本發(fā)明一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料的制備方法，先利用偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)填料的預(yù)處理，提高了無(wú)機(jī)填料與高分子材料之間的相容性；再利用三元共聚，將聚丙烯、二乙烯基二甲基硅烷、聚四氟乙烯進(jìn)行適度的交聯(lián)聚合，將聚四氟乙烯鏈段和硅烷基團(tuán)嵌入到了聚丙烯分子鏈上，并形成一定的交聯(lián)度，增加了聚丙烯的強(qiáng)度和耐磨性；最后通過復(fù)合處理，將預(yù)處理無(wú)機(jī)填料、三元共聚物和耐磨劑進(jìn)行復(fù)合得到高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料的工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。

上述一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料的制備方法，其中，步驟1中共聚合反應(yīng)的溫度為280-320℃，壓力為10-15mpa，反應(yīng)時(shí)間為2-6h；溫度和壓力過大，反應(yīng)時(shí)副反應(yīng)多，得到的共聚物交聯(lián)度越大，加工性越差；溫度和壓力過小，反應(yīng)速度太慢，不利于生產(chǎn)；反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，得到的分子鏈聚合度太大，加工性差，反應(yīng)時(shí)間太短，反應(yīng)不徹底，得到的共聚物性能降低。

上述一種高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料的制備方法，其中，步驟2中擠出的溫度為300-330℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明改性聚丙烯材料的分子鏈上嵌入有聚四氟乙烯鏈段和硅烷基團(tuán)，且形成一定的交聯(lián)度，使聚丙烯具有更高的強(qiáng)度和耐磨性。

2、本發(fā)明改性聚丙烯材料中含有的無(wú)機(jī)填料和耐磨劑之間相互作用，使聚丙烯的強(qiáng)度和耐磨性更好。

3、本發(fā)明制備方法工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料的工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

(1)將15份的滑石粉與2份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在55℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理20min得到預(yù)處理滑石粉；將55份的聚合度為300的聚丙烯與12份的二乙烯基二甲基硅烷、12份的聚合度為400的聚四氟乙烯、0.3份的過氧化二叔丁基混合均勻后在300℃的溫度，12mpa的壓力下進(jìn)行共聚合4h得到三元共聚物；

(2)將預(yù)處理滑石粉、三元共聚物、0.8份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料。

實(shí)施例2

(1)將5份的陶瓷微粒與1份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在50℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理30min得到預(yù)處理陶瓷微粒；將60份的聚合度為350的聚丙烯與10份的過氧化二異丙苯、15份的聚合度為500的聚四氟乙烯、0.2份的過氧化二叔丁基混合均勻后在320℃的溫度，10mpa的壓力下進(jìn)行共聚合2h得到三元共聚物；

(2)將預(yù)處理陶瓷微粒、三元共聚物、1份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料。

實(shí)施例3

(1)將20份的二氧化硅與3份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在50℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理30min得到預(yù)處理二氧化硅；將50份的聚合度為200的聚丙烯與15份的異丙苯過氧化氫、10份的聚合度為300的聚四氟乙烯、0.5份的過氧化二叔丁基混合均勻后在280℃的溫度，10mpa的壓力下進(jìn)行共聚合6h得到三元共聚物；

(2)將預(yù)處理二氧化硅、三元共聚物、0.5份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料。

實(shí)施例4

(1)將10份的陶瓷微粒與1份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在60℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理15min得到預(yù)處理陶瓷微粒；將50份的聚合度為400的聚丙烯與10份的二乙烯基二甲基硅烷、15份的聚合度為300的聚四氟乙烯、0.5份的叔丁基過氧化氫混合均勻后在320℃的溫度，10mpa的壓力下進(jìn)行共聚合5h得到三元共聚物；

(2)將預(yù)處理陶瓷微粒、三元共聚物、1份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到高強(qiáng)度耐磨改性聚丙烯材料。

對(duì)比例1

(1)將15份的滑石粉與2份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在55℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理20min得到預(yù)處理滑石粉；將55份的聚合度為600的聚丙烯與12份的二乙烯基二甲基硅烷、12份的聚合度為400的聚四氟乙烯、0.3份的過氧化二叔丁基混合均勻后在300℃的溫度，12mpa的壓力下進(jìn)行共聚合4h得到三元共聚物；

(2)將預(yù)處理滑石粉、三元共聚物、0.8份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

對(duì)比例2

(1)將15份的滑石粉與2份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在55℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理20min得到預(yù)處理滑石粉；將55份的聚合度為150的聚丙烯與12份的二乙烯基二甲基硅烷、12份的聚合度為400的聚四氟乙烯、0.3份的過氧化二叔丁基混合均勻后在300℃的溫度，12mpa的壓力下進(jìn)行共聚合4h得到三元共聚物；

(2)將預(yù)處理滑石粉、三元共聚物、0.8份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

對(duì)比例3

(1)將15份的滑石粉與2份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在55℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理20min得到預(yù)處理滑石粉；將55份的聚合度為300的聚丙烯與12份的聚合度為400的聚四氟乙烯、0.3份的過氧化二叔丁基混合均勻后在300℃的溫度，12mpa的壓力下進(jìn)行共聚合4h得到二元共聚物；

(2)將預(yù)處理滑石粉、二元共聚物、0.8份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

對(duì)比例4

(1)將15份的滑石粉與2份的硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后，在55℃的溫度下進(jìn)行攪拌處理20min得到預(yù)處理滑石粉；將55份的聚合度為300的聚丙烯與12份的二乙烯基二甲基硅烷、0.3份的過氧化二叔丁基混合均勻后在300℃的溫度，12mpa的壓力下進(jìn)行共聚合4h得到二元共聚物；

(2)將預(yù)處理滑石粉、二元共聚物、0.8份的二硫化鉬混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出、造粒，得到改性聚丙烯材料。

將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-4制備得到的改性聚丙烯材料進(jìn)行力學(xué)性能及耐磨性的實(shí)驗(yàn)(耐磨性能測(cè)試：按gb3960-1983標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)力為200n，轉(zhuǎn)速為200r/min，磨損時(shí)間為2h。)，數(shù)據(jù)記錄如下表：

注：“+”越多，代表加工性越好。

通過上述實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明實(shí)施例1-4中制備得到的改性聚丙烯材料，具有高拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度，耐磨性優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)；而對(duì)比例1中使用的聚丙烯聚合度過大，對(duì)改性聚丙烯材料的拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度增強(qiáng)作用降低，耐磨性顯著降低；對(duì)比例2中使用的聚丙烯聚合度過小，共聚合時(shí)得到的改性聚丙烯材料斷裂伸長(zhǎng)率顯著降低，加工性差，不利于后期加工；對(duì)比例3中沒有添加二乙烯基二甲基硅烷，得到的改性聚丙烯材料分子鏈上沒有硅原子，也沒有進(jìn)行交聯(lián)，其拉伸強(qiáng)度，缺口沖擊強(qiáng)度和耐磨性均顯著降低；對(duì)比例4中未加入聚四氟乙烯，得到的改性聚丙烯材料分子鏈上沒有氟原子，交聯(lián)度點(diǎn)位密集，脆性大，加工難度度，且其耐磨性也顯著降低。