一种改性聚丙烯复合增韧材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚丙烯技术领域，具体涉及一种改性聚丙烯复合增韧材料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯是通用热塑性塑料中消费量增长最快的塑料，具有以下优点：力学性能优 异、电绝缘性和加工性能好、化学稳定性高、热变形温度高；强度、刚性和透明性都比聚乙烯 好，而且生产成本较低，因而广泛应用于家电、包装、化工及汽车等领域，产量居于通用塑料 的第三位，仅次于聚乙烯和聚氯乙烯。聚丙烯的缺点是韧性、模量一般，其低温冲击性能差、 易老化，而且抗静电性、耐候性和染色性差，耐磨性有限。因此材料界和产业界都很关注聚 丙烯的改性。
[0003] 刚性、冲击、耐磨性是目前在考查聚丙烯性能拓展其应用时的两个重要指标，同 时，这三个性能也是一个矛盾的集合体，如何能够使聚丙烯同时具有良好的刚性和耐冲击 性、耐磨性，满足聚丙烯在汽车、电动车等高强度应用领域的性能需求，是人们一直以来追 求的目标之一。常见的解决方案是加入纳米粒子、微米粒子、纤维等进行改性，然而纳米粒 子的添加使得聚丙烯的韧性变差，不耐冲击。基于此，如何在降低成本、满足刚性、强度的情 况下，提升其耐冲击性及耐磨性，是聚丙烯应用领域亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种改性聚丙烯复合增韧材料及其制备方法，使聚丙烯同时 具有良好的刚性、耐冲击性和耐磨性，满足聚丙烯在汽车、电动车等高强度应用领域的性能 需求。
[0005] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种改性聚丙烯复合增韧材料，由 聚丙烯基体、晶须增强材料、芥酸酰胺、玻璃微珠填料、高岭土微胶囊粉、滑石粉、相容剂、抗 氧化剂和润滑剂组成，各组分的重量百分含量依次为：聚丙烯基体60~73%、晶须增强材料 4~13%、芥酸酰胺4~5%、玻璃微珠填料6~10%、高岭土微胶囊粉2~5%、滑石粉4~4. 5%、相容剂 4~4. 5%、抗氧化剂0. 5~1%和润滑剂1. 5~2%，所述的晶须增强材料由重量比为2 :100的硅烷 偶联剂和六钛酸钾晶须混合而成。
[0006] 本发明中，六钛酸钾晶须的堆比重为0. 4~0. 6,纯度多95%，莫氏硬度为4 ;所述的 相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂；润滑剂为二甲基硅油。
[0007] -种改性聚丙烯复合增韧材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照1 :1的重 量比称取水玻璃和质量分数为10%的五硼酸铵水溶液，混合后搅拌均匀得混合液，备用； 步骤二、按照1 :2的重量比称取硫化橡胶粉和步骤一制得的混合液，将硫化橡胶粉和 步骤一制得的混合液分别喷至喷雾干燥塔中，制得微珠，将该微珠置于300°C的干燥机中干 燥，制得玻璃微珠填料，备用；其中，硫化橡胶粉和混合液的喷射方向相对设置；干燥塔的 入口温度为390~420°C，出口温度为140~160°C ; 步骤三、按照I :3 :3的重量比称取微胶囊粉、高岭土粉和无水乙醇，混合后在40~50KHz 的超声频率超声分散20~25min，然后在真空度为0. 098MPa的真空条件下进行抽滤，当不再 有乙醇液滴滴落时停止抽滤，取出滤出物，备用； 步骤四、将步骤三制得的滤出物置于烘箱中，依次进行30°C X6h的烘干和 50°C X20min的预热，取出预热后的物料并将其置于压力机中在2MPa压力下预压5min，然 后再在5MPa、 150°C条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得高岭土微胶囊粉，备用； 步骤五、将硅烷偶联剂和六钛酸钾晶须按2 :100的重量比进行混合，制得晶须增强材 料，备用； 步骤六、按照所述重量百分含量，分别称取聚丙烯基体、相容剂、抗氧化剂和润滑剂在 高速混合机中混合均匀，制得混合物，然后将该混合物加入双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转 速设定为40~50r/min，机筒温度为：一区175°C、二区180°C、三区180°C和四区175°C，造粒 时间为20~25min，制得混合物粒料，备用； 步骤七、将步骤六制得的混合物粒料加入到双辊开炼机中，双辊开炼机前辊温度设置 为180°C，后辊温度设定为175°C，待混合物粒料全部熔融后，按照所述重量百分含量，分别 称取滑石粉、芥酸酰胺、步骤二制得的玻璃微珠填料、步骤四制得的高岭土微胶囊粉和步骤 五制得的晶须增强材料，依次加入到熔融的混合物粒料中，保持双辊开炼机温度不变，熔融 共混4~8min，制得改性聚丙稀复合增韧材料。
[0008] 本发明制得的高岭土微胶囊粉，高岭土被包覆在微胶囊中，与现有将高岭土直接 加入聚丙烯基体中相比，由于高岭土与基体相容性差，需要对高岭土进行改性才能使二者 相容，而微胶囊与聚丙烯基体的相容性良好，高岭土微胶囊粉可起到结晶成核剂的作用，均 匀分散的高岭土微胶囊粉使聚丙烯球晶尺寸变小，结晶度提高。
[0009] 本发明中，六钛酸钾晶须是一种比较好的摩擦材料，其导热系数较低，而且伴随着 聚丙烯复合材料温度的升高，导热系数降低，减缓了摩擦过程中能量的传递速率，降低了复 合材料的升温速率，同时，也确保了材料使用过程的安全性能，提升了耐磨性能。六钛酸钾 晶须的化学性能稳定，而且无毒无害，不会伤及人类安全和造成环境污染。另外，与现有技 术利用将玻璃纤维加入到聚丙烯基体不同的是，玻璃纤维在应用过程中因摩擦产生的粉尘 可能会飘浮在空气中并吸入体内，而六钛酸钾晶须是迅速沉降到地面，避免造成对人体的 伤害和大气的污染。
[0010] 本发明的有益效果： (1)、六钛酸钾晶须的相容性极好，与有机和无机类材料能够保持极好的相容性，本发 明在聚丙烯基体中添加改性六钛酸钾晶须及玻璃微珠填料，二者之间具有良好的亲和性及 物理相互作用；经历偶联剂改性后，两者在聚丙烯基体中相交织，形成一定交叉编织结构， 其性能得到互补，同时，两者的协同效应增加，可均匀地分散在聚丙烯基体当中，提高聚丙 烯基体的模量和强度，对断裂伸长率和冲击强度的提高效果也比较明显。对于聚丙烯而言， 使用玻璃微珠填料与六钛酸钾晶须做增强材料，在350°c时亦没出现衰减现象，仍能够维持 稳定的摩擦性能；同时，滑石粉和芥酸酰胺进一步提高了材料的抗刮性能。基于以上，本发 明的复合增韧材料形成了聚合物（聚丙烯）/刚性界面层（玻璃微珠填料）/增强体（晶须 增强材料）三相复合体系，其刚性和耐磨性得以改善，扩展了聚丙烯的使用范围。
[0011] (2 )、本发明的步骤二中，硫化橡胶粉和混合液的喷射方向相对设置，使制得的玻 璃微珠填料中，部分硫化橡胶粉被包裹在玻璃微珠内部，另一部分硫化橡胶粉包覆在玻璃 微珠外部。一方面，包覆在外的硫化橡胶粉与玻璃微珠形成核壳结构，改善了硫化橡胶粉的 分散稳定性，能够提高聚丙烯的抗冲击性能，且由于玻璃微珠的滚珠效应，可以提高步骤七 中熔体的流动性，改善由于硫化橡胶粉给复合材料熔体粘度带来的影响，有利于生产过程 中产品的加工；另一方面，在复合材料被破坏时，玻璃微珠发生破裂，包裹在玻璃微珠内部 的硫化橡胶粉分散于聚丙烯基体中，且分散的硫化橡胶粉之间具有一定的临界厚度，在材 料收到外力作用时，橡胶粒子成为应力集中点，在拉伸、压缩或冲击下发生变形，能够终止 银纹或剪切带进一步转化为破坏性裂纹，起到增韧作用。
[0012] (3)、本发明利用步骤三