本发明属于合金材料
技术领域：
，具体涉及一种pp/pmma合金材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：聚丙烯(英文名：polypropylene，简称pp)是世界五大通用塑料之一。是属于半透明结晶性聚合物，具有良好的常温抗冲性，无味无毒，且具有良好的化学稳定性、突出的延展性、抗弯曲疲劳性、易于加工、生产成本低等性能，但pp的缺点在于存在尺寸稳定性不好、抗蠕变性能差。聚苯乙烯(ps)是目前大量使用于冰箱出风道和冰箱风道盖板中，但由于ps价格日益增高，业内逐步开发出改性pp，以其成本低、重量轻、性能好等优点部分取代ps，但缺点在于两者的成型收缩率存在较大差异，这势必会影响产品的注塑加工，解决的办法为修改模具或者重新设计模具，这是所有的注塑生产厂家不愿意承受的事情。因此，若要用pp来代替ps，就必须降低pp的收缩率，使其尽量接近ps，其它性能如硬度、光泽度、冲击强度、光泽度等也要尽可能的接近ps。为解决以上一系列问题，发明人尝试引入一种综合性能优异的透明材料：聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，其相对分子质量约为200万，且形成的分子链很柔软，因此，pmma的硬度较好，且光泽度较高。pp/pmma两者为不相容相，首先应考虑的是共混体系中的相容问题。两不相容相共混，分散相会形成不同的相形态，直接影响材料的力学性能。申请号为201310743694.3的中国发明专利申请公开了一种pp/pmma合金材料，采用聚乙烯接枝马来酸酐作为相容剂，使用马来酸酐相容剂在加工过程中会产生的气味较大，直接影响产品的使用和客户体验，因此，上述pp/pmma合金材料不适合应用于冰箱材料。上文中提到若要用pp来代替ps，就必须降低pp的收缩率，使其尽量接近ps，而该发明专利申请未解决收缩率的问题，且制备的合金材料断裂伸长率较低，这对于制件的延展性存在较大的危害，在常温或者低温情况下使用制件容易开裂。技术实现要素：针对现有pp/pmma合金材料采用马来酸酐作为相容剂，加工气味大，不易用于冰箱材料，并且，断裂伸长率较低，在常温或者低温下使用制件容易开裂的上述问题，本发明提供一种pp/pmma合金材料，以带有甲基丙烯酰氧基的无机矿物为相容剂，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷不仅有效结合了聚烯烃，而且和聚酯的结合力也较强，从而改善了无机矿物质和聚合物的极性不相容问题。此外，无机矿物质穿插在pp和pmma中，一方面增加了pp和pmma之间的表面亲和力，另一方面，矿物质的结构导致pp的结晶形态变得不完善，使材料收缩率减小。本发明是通过以下方案实现的：一种pp/pmma合金材料，包括以下重量份的原料组分：所述相容剂为带有甲基丙烯酰氧基的无机矿物质。无机矿物质的细度为适合材料加工的细度，本领域技术人员可以作出合适的选择。一般在5000目以上，从经济的角度考虑，一般选用5000-8000目。进一步地，所述无机矿物质为滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、纳米蒙脱土、云母粉中的至少一种。进一步地，所述带有甲基丙烯酰氧基的无机矿物质为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性滑石粉。进一步地，所述pp为无规共聚聚丙烯。进一步地，所述pp的熔体流动速率为10-20/10min(230℃，2.16kg)；所述的pmma熔融指数为10-20/10min(230℃，3.8kg)。进一步地，所述的增韧剂为聚烯烃弹性体或者聚乙烯。进一步地，所述的抗氧剂是由主抗氧剂和辅抗氧剂组成；所述主抗氧剂为受阻酚或硫酸酯类；所述辅抗氧剂为亚磷酸盐或亚磷酸酯类。进一步地，所述的光亮润滑剂为硬脂酸类、乙撑双脂肪酸酰胺类、接枝类的一种或几种。本发明还提供上述合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将硅烷偶联剂溶在无水乙醇溶液中，配成质量分数为2％的偶联剂溶液；(2)将无机矿物质粉加入到高混锅中，将配好的偶联剂溶液喷淋在无机矿物质中，偶联剂溶液和无机矿物质的质量比为1：1，高速搅拌使偶联剂溶液和无机矿物质充分混合，随后将高混锅加热至90℃，低速搅拌使无水乙醇充分挥发，得到干燥的粉体，即带有甲基丙烯酰氧基的无机矿物质；(3)按照权利要求1所述的配比称取各原料，将称好的各种原料投入混合机中混匀，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，所述的双螺杆挤出机的加工温度为200～230℃。本发明还提供上述合金材料在家电制造领域的应用，具体为用于制备冰箱抽屉和冰箱风道盖板。本发明优点在于：1.本发明采用带有甲基丙烯酰氧基的改性矿物质作为相容剂，增加了pp和pmma之间的表面亲和力，使得pp与pmma两者之间的界面变得模糊，增加相容性，同时降低材料收缩率；所采用的增韧剂能有效改善材料的冲击性能；所采用的抗氧剂可以有效阻断、抑制或延缓聚合物氧化或自动氧化过程，提高合金材料在加工过程中的抗氧化性能和使用过程中的抗老化性能；所采用的光亮润滑剂提高材料中各组分的分散效果及加工效果，同时，也提高产品表面的光洁度。2.本发明在使用双螺杆挤出时，原料分散性较好，采用剪切稍强的组合，使原料充分分散，从而保证材料的质量稳定；制备得到的pp/pmma合金材料较ps成本低、收缩率与ps相当、高光泽、高冲击、延展性良好，气味小，可以代替ps用于制品领域。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明。以下实施例3-6采用的改性滑石粉通过以下方法制备：首先将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶在无水乙醇溶液中，配成质量分数为2％的偶联剂溶液，然后将滑石粉加入到高混锅中，将配好的偶联剂溶液喷淋在滑石粉中，偶联剂溶液和滑石粉的质量比为1：1，高速搅拌约0.5h，使偶联剂溶液和滑石粉混合均匀；随后将高混锅加热至90℃，低速搅拌约0.5h，使无水乙醇充分挥发，得到干燥的粉体，即改性滑石粉。以下实施例采用的其他原料除了特别说明的以外，均采用可以从商业渠道购买得到的材料。实施例1pp/pmma合金材料的制备pp选取无规聚丙烯，熔融指数为10-20/10min(230℃，2.16kg)，pmma熔融指数为16-18/10min(230℃，3.8kg)，相容剂是选用pp接枝马来酸酐，增韧剂是乙烯和辛烯的共聚物，抗氧剂是1010和168，光亮润滑剂为tas-2a。按以下重量百分比含量称取各原料组分：pp77kg，pmma10kg，相容剂3kg，增韧剂8kg，抗氧剂0.5kg，光亮润滑剂1kg。将称好的各原料放入混合机中，200r/min混合2min，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为200～230℃，挤出机包括七个温区，其中一段200℃，二段210℃，三段220℃，四段230℃，五段230℃，六段220℃，七段215℃，螺杆转速500r/min。实施例2pp/pmma合金材料的制备pp选取无规聚丙烯，熔融指数为10-20/10min(230℃，2.16kg)，pmma熔融指数为16-18/10min(230℃，3.8kg)，相容剂是选用未改性滑石粉(目数为5000目)，增韧剂是乙烯和辛烯的共聚物，抗氧剂是1010和168，光亮润滑剂为tas-2a。按以下重量百分比含量称取各原料组分：pp77kg，pmma10kg，相容剂3kg，增韧剂8kg，抗氧剂0.5kg，光亮润滑剂1kg。将称好的各原料放入混合机中，200r/min混合2min，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为200～230℃，挤出机包括七个温区，其中一段200℃，二段210℃，三段220℃，四段230℃，五段230℃，六段220℃，七段215℃，螺杆转速500r/min。实施例3pp/pmma合金材料的制备pp选取无规共聚聚丙烯，熔融指数为10-20/10min(230℃，2.16kg)，pmma熔融指数为16-18/10min(230℃，3.8kg)，相容剂是选用改性滑石粉(目数为5000目)，增韧剂是乙烯和辛烯的共聚物，抗氧剂是1010和168，光亮润滑剂为tas-2a。按以下重量百分比含量称取各原料组分：pp77kg，pmma10kg，相容剂3kg，增韧剂8kg，抗氧剂0.5kg，光亮润滑剂1kg。将称好的各原料放入混合机中，200r/min混合2min，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为200～230℃，挤出机包括七个温区，其中一段200℃，二段210℃，三段220℃，四段230℃，五段230℃，六段220℃，七段215℃，螺杆转速500r/min。实施例4pp/pmma合金材料的制备pp选取无规共聚聚丙烯，熔融指数为10-20/10min(230℃，2.16kg)，pmma熔融指数为16-18/10min(230℃，3.8kg)，相容剂是选用改性滑石粉(目数为5000目)，增韧剂是乙烯和辛烯的共聚物，抗氧剂是1010和168，光亮润滑剂为tas-2a。按以下重量百分比含量称取各原料组分：pp74kg，pmma13kg，相容剂3kg，增韧剂8kg，抗氧剂0.5kg，光亮润滑剂1kg。将称好的各原料放入混合机中，200r/min混合2min，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为200～230℃，挤出机包括七个温区，其中一段200℃，二段210℃，三段220℃，四段230℃，五段230℃，六段220℃，七段215℃，螺杆转速500r/min。实施例5pp/pmma合金材料的制备pp选取无规共聚聚丙烯，熔融指数为10-20/10min(230℃，2.16kg)，pmma熔融指数为16-18/10min(230℃，3.8kg)，相容剂是选用改性滑石粉(目数为5000目)，增韧剂是乙烯和辛烯的共聚物，抗氧剂是1010和168，光亮润滑剂为tas-2a。按以下重量百分比含量称取各原料组分：pp72kg，pmma13kg，相容剂5kg，增韧剂8kg，抗氧剂0.5kg，光亮润滑剂1kg。将称好的各原料放入混合机中，200r/min混合2min，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为200～230℃，挤出机包括七个温区，其中一段200℃，二段210℃，三段220℃，四段230℃，五段230℃，六段220℃，七段215℃，螺杆转速600r/min。实施例6pp/pmma合金材料的制备pp选取无规共聚聚丙烯，熔融指数为10-20/10min(230℃，2.16kg)，pmma熔融指数为16-18/10min(230℃，3.8kg)，相容剂是选用改性滑石粉(目数为5000目)，增韧剂是乙烯和辛烯的共聚物，抗氧剂是1010和168，光亮润滑剂为tas-2a。按以下重量百分比含量称取各原料组分：pp70kg，pmma13kg，相容剂5kg，增韧剂10kg，抗氧剂0.5kg，光亮润滑剂1kg。将称好的各原料放入混合机中，200r/min混合2min，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；所述的双螺杆挤出机的加工温度为200～230℃，挤出机包括七个温区，其中一段200℃，二段210℃，三段220℃，四段230℃，五段230℃，六段220℃，七段215℃，螺杆转速600r/min。表1实施例1-7的pp/pmma合金材料的原料配方原料名称实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6pp(kg)777777747270pmma(kg)101010131313相容剂(kg)333355增韧剂(kg)8888810抗氧剂(kg)0.50.50.50.50.50.5光亮润滑剂(kg)111111对实施例1-7制备得到的pp/pmma合金材料进行性能测试，测试结果如表2所示。表2实施例1-7制得pp/pmma合金材料的性能测试结果结合表1和表2，从实施例1-2-3可知，pp与pmma复配从性能上可以看出，pmma有利于增加材料的硬度，降低收缩率，且对于材料的光泽度有较明显提升。实施例3相比1-2综合性能较有优势，使用接枝马来酸酐作为相容剂材料的气味较大，等级低。使用未改性的滑石粉，明显综合性能降低，究其原因是其与聚合物之间相容性差。实施例4进一步增加了pmma的含量，材料硬度得到了一定的提升，但冲击强度降低，因此，实施例5中增加了相容剂的用量，综合性能均得到提升。从实施例1-5中可以看出，添加适量的改性滑石粉并未对其延展性有所影响，一方面，采用无规共聚pp可提升材料本身的延展性，另一方面，在pp中复配了pmma后材料本身延展性降低，可通过增韧剂提高材料的延展性，从而提高制件的使用稳定性。为了进一步提升冲击强度，增加了增韧剂的用量，由结果可以看出，实施例6综合性能为最优，收缩率、硬度可达ps的水平，在不改动模具的情况下替换ps用于制备冰箱抽屉和冰箱风道盖板完全可以实现。本发明中很重要的一点在于制备和使用了带有甲基丙烯酰氧基的无机矿物质作为相容剂。本发明制备的改性滑石粉，一方面改性滑石粉穿插在pp和pmma的不相容相中，增加了pp和pmma之间的表面亲和力；另一方面，滑石粉的结构导致pp的结晶形态变得不完善，材料收缩率减小。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12