專(zhuān)利名稱(chēng)：一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，更具體的是通過(guò)添加硅灰石來(lái)降低聚丙烯復(fù)合材料的強(qiáng)度，光澤度及成本，通過(guò)添加少量的芳綸漿粕使材料的力學(xué)性能得到大幅度提升，滿(mǎn)足人們對(duì)高強(qiáng)度性能低成本潔具的要求，屬于聚合物改性和加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生活中我們使用的潔具包括臺(tái)盆、座便器、小便斗、浴缸等，大部分采用陶土制成潔具產(chǎn)品進(jìn)行燒制，成型后表面上釉在進(jìn)行燒結(jié)，在整個(gè)燒制過(guò)程中會(huì)耗費(fèi)大量的能源。陶瓷潔具的在制造過(guò)程中，陶胚比較容易開(kāi)裂，因此廢品率很高；陶瓷潔具有陶瓷制品良好的自潔性，陶瓷潔具生產(chǎn)需要消耗大量的陶土，并且很難回收再利用。近年來(lái)有人采用亞克力和玻璃鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的座便器，見(jiàn)專(zhuān)利號(hào)為 ZL200620034821.8的中國(guó)新型專(zhuān)利《亞克力和玻璃鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的座便器》(授權(quán)公告號(hào) CN^26350Y)，但其外觀似塑料制品，觀感、耐用性和實(shí)用性較差。聚丙烯是目前用量最大的通用塑料之一，因?yàn)榫哂忻芏刃?0. 89 0. 91g/cm3)、 價(jià)格低、無(wú)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工、 機(jī)械、建筑、電力、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。近來(lái)，有采用硅灰石改性聚丙烯來(lái)制備衛(wèi)生潔具的，見(jiàn)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN101864108A的專(zhuān)利申請(qǐng)《一種硅灰石改性的熱塑性的樹(shù)脂復(fù)合材料及制備產(chǎn)品的方法》。采用此方法制成的產(chǎn)品自潔性佳，有高韌性和高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，而且制備過(guò)程中無(wú)需高耗能長(zhǎng)時(shí)間燒制，與傳統(tǒng)工藝相比，生產(chǎn)工藝先進(jìn)。產(chǎn)品中采用的針狀硅灰石結(jié)構(gòu)與短玻璃纖維相似，對(duì)塑料有較強(qiáng)的增強(qiáng)效果，價(jià)格與CaC03、滑石粉等填料相當(dāng)，比玻璃纖維和絕大多數(shù)樹(shù)脂低廉，針狀硅灰石對(duì)塑料的增強(qiáng)效果與玻璃纖維相比尚有差距。芳綸漿粕是一種高性能短纖材料，具有強(qiáng)度高，和樹(shù)脂融合性好的優(yōu)點(diǎn)，常用做補(bǔ)強(qiáng)材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了提供一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，通過(guò)在硅灰石增強(qiáng)填充聚丙烯的基礎(chǔ)上，加入芳綸漿粕制成復(fù)合材料，采用該材料制備的潔具、戶(hù)外產(chǎn)品、公共景觀實(shí)用裝飾等產(chǎn)品具有加工簡(jiǎn)單、能耗低、可回收，且具有高韌性、高強(qiáng)度、光潔、質(zhì)量低的優(yōu)點(diǎn)。其中少量芳綸漿粕的添加，能大幅提高制品的強(qiáng)度和模量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了提供這種聚丙烯復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，包含以下按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)的原料聚丙烯30 60%;PP-MAH0 7%;硅灰石30 70%;芳綸漿粕0.3 2%;
增韌劑POE-MAH 0 18% ；抗氧劑0.1 3%;其他助劑0 4%。所屬的聚丙烯在230 °C X 2. 16kg的測(cè)試條件下，熔體的流動(dòng)速率為5 70g/10min的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯。所述的嵌段共聚丙烯的共聚單體常見(jiàn)為乙烯，其含量在3 12mol %的范圍內(nèi)；均聚的結(jié)晶度在75%以上，等規(guī)度大于98%。所述的聚丙烯作為復(fù)合材料的基體。聚丙烯的特點(diǎn)是結(jié)晶度很高，相對(duì)密度小(0. 89 0. 91g/cm2)，熔點(diǎn)在170 175°C范圍內(nèi)，分子量一般在15 70萬(wàn)之間。聚丙烯為非極性高聚物，有優(yōu)良的電絕緣性能，更兼有優(yōu)良的耐熱性。此外，它還有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，聚丙烯幾乎不吸水，除對(duì)強(qiáng)氧化性的酸外，幾乎都很穩(wěn)定，耐堿性也很突出。聚丙烯的缺點(diǎn)是蠕變比聚酰胺和聚氯乙烯要大得多。上述的聚丙烯選擇M1200HS;在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)要生產(chǎn)的產(chǎn)品要求選擇合適型號(hào)的聚丙烯或者不同型號(hào)的聚丙烯的混合物作為基體，以滿(mǎn)足產(chǎn)品實(shí)際需要的硬度和流變性。所述的POE-MAH為POE和馬來(lái)酸酐的接枝共聚物。熱塑性樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)是加工成型簡(jiǎn)便，具有較高的力學(xué)性能；缺點(diǎn)是耐熱性和剛性較差。本發(fā)明采用芳綸漿粕和硅灰石填充增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂而制得的復(fù)合材料，不僅可以使力學(xué)性能、熱變形溫度、尺寸穩(wěn)定性、低溫沖擊性能和老化性能得到不同程度的改善，還可以使某些性能達(dá)到或超過(guò)熱固性玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的水平，而且可以用一般注射方法成型。所述的硅灰石是一種白色針狀或針狀晶形的礦物，其長(zhǎng)徑比范圍是20 1到 3 1。所述的硅灰石是一種鏈狀偏硅酸鹽礦物，化學(xué)式為CaSiO3，有高溫和低溫兩種變體， 通常所說(shuō)的硅灰石是指高溫變體。天然硅灰石通常呈白色或灰白色，有玻璃或珍珠光澤，密度為2. 78 2. 91g/cm3，硬度為4. 5 5. 0，通常為針狀或纖維狀集合體，甚至微小顆粒仍能保持纖維狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所用硅灰石為高長(zhǎng)徑比硅灰石，可增加制品的硬度、彎曲強(qiáng)度、 沖擊強(qiáng)度，提高熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性。本發(fā)明中的硅灰石含量通常在30 70% ；用硅灰石改性的熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料，可以達(dá)到下述效果1提高拉伸、彎曲、模量等力學(xué)性能，改變?nèi)渥冃阅埽?提高熱變形溫度；3降低吸水率，降低線性膨脹系數(shù)；4抑制應(yīng)力開(kāi)裂；5改善熱導(dǎo)率；6阻遲燃燒性。芳綸漿粕是對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面原纖化處理后得到的，所用芳綸為長(zhǎng)徑比為 50 1到3 1的短纖。這種芳綸漿粕淺黃色絮花狀，強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、無(wú)脆性、耐高溫、耐腐蝕、有韌性、收縮率小、耐磨性好、表面積大，能很好的與其他物質(zhì)結(jié)合，是一種補(bǔ)強(qiáng)材料。本發(fā)明中添加芳綸漿粕的量為0.3 2%。總的來(lái)說(shuō)，用少量的芳綸漿粕改性的熱塑性復(fù)合材料，就可以明顯提升復(fù)合材料的力學(xué)、熱性能等特性，如復(fù)合材料需達(dá)到一定性能要求，就可以明顯減少硅灰石的用量，從而使產(chǎn)品輕質(zhì)化。所述的馬來(lái)酸酐改性聚丙烯是由聚丙烯反應(yīng)擠出接枝馬來(lái)酸酐制得，非極性的分子主鏈上引入強(qiáng)極性的側(cè)基，馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯可以成為增進(jìn)極性材料與非極性材料的粘接性和相容性的橋梁。在生產(chǎn)填充聚丙烯時(shí)添加馬來(lái)酸酐改性聚丙烯，可以極大地改善填料與聚丙烯的親和性及填料的分散性。從而可以有效的提高填充聚丙烯的拉伸和沖擊強(qiáng)度。上述的POE為辛烯和聚烯烴樹(shù)脂組成的，連續(xù)相和分散相呈現(xiàn)兩相分離的聚合物摻混物。基本特性1P0E具有熱塑性彈性體的一般物性；2價(jià)格低廉；3耐熱性、耐寒性?xún)?yōu)異，適用范圍廣；4耐候性、耐老化性良好。POE加入到聚丙烯中能起到很好的增韌效果。 POE-MAH是POE的馬來(lái)酸酐接枝物，與馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯相似，POE-MAH能更好的和填充物及聚丙烯形成化學(xué)鍵連接。所述的抗氧劑包括主抗氧劑和輔抗氧劑，主抗氧劑選用受阻酚和硫脂類(lèi)抗氧劑中的一種或幾種組合。如3114、1010和DSTP(硫代二丙酸雙(十八)脂)中的一種或幾種； 輔抗氧劑選自亞磷酸鹽和脂類(lèi)抗氧劑中的一種，如618、168等。所述的其他助劑為各種顏色添加劑、光穩(wěn)定劑和各種脂類(lèi)，脂肪酸類(lèi)潤(rùn)滑劑中的一種或幾種?！N制備上述芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的方法，其具體步驟如下1)按質(zhì)量配比稱(chēng)取原料；將聚丙烯、硅灰石、芳綸漿粕、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、馬來(lái)酸酐接枝Ρ0Ε、抗氧劑和其他助劑添加到密煉機(jī)中，混合加熱3 5分鐘；2)將混合熔融的原料通過(guò)單螺桿擠出，造粒，其加工溫度為210 220°C 整個(gè)擠出過(guò)程時(shí)間為1 2分鐘，壓力為12 18MPa。本發(fā)明在硅灰石填充增強(qiáng)的基礎(chǔ)配方中添加一種能夠有效提高制品拉伸、彎曲強(qiáng)度、模量及熱變形溫度的有機(jī)增強(qiáng)材料芳綸漿粕，從而制備出高強(qiáng)度的硅灰石填充增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明通過(guò)添加少量的芳綸漿粕就可以有效提高硅灰石填充增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的各種力學(xué)和熱力學(xué)性能。本發(fā)明采用密煉機(jī)單螺桿造粒，避免了傳統(tǒng)的雙螺桿擠出造粒時(shí)，螺桿的強(qiáng)力剪切導(dǎo)致硅灰石針狀結(jié)構(gòu)的破壞，而造成材料性能的損失；芳綸漿粕容易和熱塑性樹(shù)脂凝結(jié)成塊，很容易造成雙螺桿的抱死，采用單螺桿擠出就避免了上述問(wèn)題的出現(xiàn)。本發(fā)明提出的通過(guò)加入芳綸漿粕制備高強(qiáng)度硅灰石填充增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的方法，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明在實(shí)施例和對(duì)比例復(fù)合材料配方中，聚丙烯為熔體流動(dòng)速率為12g/10min(測(cè)試條件230°C X2. 16kg)的均聚聚丙烯，其牌號(hào)為M1200HS。POE-MAH為自制，將馬來(lái)酸酐和 POE在雙螺桿擠出造粒過(guò)程中混合接枝。POE為杜邦公司生產(chǎn)的線性乙烯-辛烯共聚物，商品牌號(hào)為Engage 8180。馬來(lái)酸酐接枝PP也為自制，將馬來(lái)酸酐和聚丙烯M1200HS通過(guò)雙螺桿擠出造粒。硅灰石選用長(zhǎng)徑比范圍為10 1的白色針狀硅灰石。主抗氧劑選用英國(guó) ICE公司生產(chǎn)的DSTP，商品牌號(hào)為Negonox DSTP,化學(xué)名稱(chēng)為硫代二丙酸十八脂，以及Ciki 公司生產(chǎn)的3114，商品牌號(hào)為Irgan0X3114，化學(xué)名稱(chēng)為3，5_ 二叔丁基_4_羥基芐基磷酸二乙酯。輔抗氧劑為Ciki公司生產(chǎn)的168，商品牌號(hào)為Irgafos，化學(xué)名稱(chēng)為三(2，4_ 二叔丁基苯基)亞磷酸脂。此外還包括各種顏色添加劑、各種脂類(lèi)和脂肪酸類(lèi)潤(rùn)滑劑等。將聚丙烯、硅灰石、芳綸漿粕、接枝物、抗氧劑等其他添加劑在密煉機(jī)中混合4 6分鐘，通過(guò)單螺桿擠出造粒，其中的加熱溫度為210 220°C左右。性能評(píng)價(jià)方式及實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)將按上述方法完成造粒的粒子在90°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥2 3小時(shí)，然后將干燥好的粒子在注塑成型機(jī)上進(jìn)行注射成型制樣。拉伸性能測(cè)試按ISO 527-2進(jìn)行，試樣尺寸為170*10*4mm，拉伸速率為50mm/min ； 彎曲性能測(cè)試按ISO 178進(jìn)行，試樣尺寸為80*10*4mm，彎曲速率為2mm/min，跨距為64mm ； 簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度按ISO 179進(jìn)行，樣條尺寸為80*10*4mm，缺口深度為試樣尺寸的三分之一。熱變形溫度的測(cè)試樣條為120*10*4，1. 8MPa, 120°C /h。材料的綜合性能通過(guò)測(cè)試所得的缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、 球壓痕、熱變形溫度等數(shù)值進(jìn)行評(píng)判。實(shí)施例配方及各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下列各表表1實(shí)施例1-3及對(duì)比例1-3材料配方表
權(quán)利要求
1.一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于按以下質(zhì)量百分比的原料配制而成聚丙烯30 60%;PP-MAH0 7% ；硅灰石30 70%;芳綸漿粕 0.3 2%;增韌劑POE-MAH 0 18% ；抗氧劑0.1 3%;其他助劑 0 4%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于在 2300C X 2. 16kg的測(cè)試條件下，所述的聚丙烯為熔體流動(dòng)速率為5 70g/10min的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)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，其含量在3 12m0l%的范圍內(nèi)；均聚的結(jié)晶度在75%以上，等規(guī)度大于98%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的硅灰石是一種白色針狀或針狀晶形的礦物，其長(zhǎng)徑比范圍是20 1到3 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的芳綸漿粕是對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面原纖化處理后得到的，所用芳綸纖維為長(zhǎng)徑比為50 1到 3 1的短纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)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和硫脂類(lèi)抗氧劑中的一種或幾種組合；輔抗氧劑選自亞磷酸鹽和脂類(lèi)抗氧劑中的一種或幾種組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的主抗氧劑為3114，1010和DSTP中的一種或幾種；輔抗氧劑為618和168中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的其他助劑為各種顏色添加劑、光穩(wěn)定劑和脂類(lèi)/脂肪酸類(lèi)潤(rùn)滑劑中的一種或幾種。
9.一種制備權(quán)利要求1所述芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于包括如下步驟1)按質(zhì)量配比稱(chēng)取原料；將聚丙烯、硅灰石、芳綸漿粕、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、馬來(lái)酸酐接枝Ρ0Ε、抗氧劑和其他助劑添加到密煉機(jī)中，混合加熱3 5分鐘；2)將混合熔融的原料通過(guò)單螺桿擠出，造粒，其加工溫度為210 220°C整個(gè)擠出過(guò)程時(shí)間為1 2分鐘，壓力為12 18MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種芳綸漿粕增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，屬于聚合物改性和加工領(lǐng)域。包含以下按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)的原料聚丙烯30～60％；PP-MAH 0～7％；硅灰石30～70％；芳綸漿粕0.3～2％；增韌劑POE-MAH 0～18％；抗氧劑0.1～3％；其他助劑0～4％。本發(fā)明通過(guò)添加少量的芳綸漿粕就可以有效提高硅灰石填充增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的各種力學(xué)和熱力學(xué)性能。本發(fā)明采用密煉機(jī)單螺桿造粒，避免了傳統(tǒng)的雙螺桿擠出造粒時(shí)，螺桿的強(qiáng)力剪切導(dǎo)致硅灰石針狀結(jié)構(gòu)的破壞，而造成材料性能的損失；芳綸漿粕容易和熱塑性樹(shù)脂凝結(jié)成塊，很容易造成雙螺桿的抱死，采用單螺桿擠出就避免了上述問(wèn)題的出現(xiàn)。本發(fā)明提出的通過(guò)加入芳綸漿粕制備高強(qiáng)度硅灰石填充增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的方法，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)B29C47/92GK102532695SQ20101061057
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者周文, 張祥福, 朱江磊, 王力勇, 陳永東 申請(qǐng)人:上海普利特復(fù)合材料股份有限公司