改性聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料领域。更具体地说，本发明涉及一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

聚丙烯是一种应用十分广泛的通用热塑性塑料，它具有比重小、价格低、加工性好以及综合性能较好等特点。其屈服强度、表面强度及弹性模量均较优异，并具有突出的耐磨性，然而聚丙烯是结晶性聚合物，存在抗冲击性、低温韧性、耐老化性和尺寸稳定性较差等缺点，使其应用受到很大限制。但是人们对材料的性能要求就越来越高，可持续发展和环境保护的重视等等都要求对聚合物进行改性。聚合物改性可以使聚合物材料自身性能得到大幅度的改善，或者引入之前不具备的性能，这样材料的使用范围拓宽了，工业应用价值也得到了提高。在使用双螺杆挤出机时，在加料口喂入的原料尚处于固态，所以在初始的送料段与压缩段，螺杆会有不同程度的磨损，同时掉落的铁屑混入原料中形成夹渣，也影响了原料的性能。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种改性聚丙烯复合材料，来改善一般聚丙烯塑料所面临的抗冲击性、低温韧性、耐老化性和尺寸稳定性较差等缺点，同时引入一些新的性能。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种改性聚丙烯复合材料，所述改性聚丙烯复合材料包括以重量计份的如下原料：聚丙烯70份、聚苯乙烯30份、SBS0-30份、改性碳酸镁10-20份、硅酸锌：锰5-10份、氧化锌粉末5-10份以及阻燃剂1-5份。

其中，所述改性碳酸镁的制备方法为：称量以重量计份的碳酸镁3份，硅烷偶联剂80份，按体积比2：7将所述硅烷偶联剂和乙醇混合得到混合溶液，然后使用高速混合机在400转/分钟的转速下，将所述混合溶液和所述碳酸镁混合10分钟，随后于90℃下烘干4小时。

本发明还提供一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括：将所述聚丙烯、聚苯乙烯、SBS、改性碳酸镁、硅酸锌：锰、氧化锌粉末以及阻燃剂置于同向双螺杆挤出机中挤出得到改性聚丙烯复合材料半成品，并冷却造粒得到改性聚丙烯复合颗粒，将所述改性聚丙烯复合颗粒在80℃下烘干3小时，再使用注塑机注塑出标准样条，即得所述改性聚丙烯复合材料。

所述同向双螺杆挤出机包括沿物料输送方向依次设置的送料段、压缩段、熔融段、计量段、机头段、过渡段以及口模段。

优选的，所述送料段的温度为200-210℃，所述压缩段的温度为200-220℃，所述熔融段的温度为210-220℃，所述计量段的温度为200-220℃，所述机头段的温度为190-200℃，所述过渡段的温度为180-190℃，所述口模段的温度为190-200℃。

优选的，所述同向双螺杆挤出机的螺杆转速为45转/分钟。

优选的，所述注塑机的温度为190℃-220℃。

优选的，所述注塑机的注塑压力为65-80MPa。

本发明还提供一种同向双螺杆挤出机，其机头段、过渡段以及口模段外侧环向设置一磁选装置，所述磁选装置外表面排布有冷却水管，所述同向双螺杆挤出机的出口连接一环形刮刀，所述环形刮刀的半径小于所述改性聚丙烯复合材料半成品的半径，以将所述改性聚丙烯复合材料半成品的表层刮除。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明制备的改性聚丙烯复合材料冲击强度、拉伸强度、耐热性、尺寸稳定性均有所改善。

2、本发明制备的改性聚丙烯复合材料增强了防材料老化的效果。

3、本发明制备的改性聚丙烯复合材料增加了老化破损点荧光警示效果。

4、本发明提供的同向双螺杆挤出机能有效减少挤出料中包含的铁屑夹渣物，提高挤出料质量。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所诉同向双螺杆挤出机的侧面结构示意图；

图2为本发明所述环形刮刀的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性聚丙烯复合材料包括以重量计份的如下原料：聚丙烯70份、聚苯乙烯30份、SBS0-30份、改性碳酸镁10-20份、硅酸锌：锰5-10份、氧化锌粉末5-10份以及阻燃剂1-5份。

本发明中改性聚丙烯复合材料，其中，聚丙烯具有比重小、价格低、加工性好以及综合性能较好等特点，其屈服强度、表面强度及弹性模量均较优异，并具有突出的耐磨性。聚苯乙烯价格便宜、原料易得、刚性高、强度好、表面光泽度高，对聚丙烯有较高的光泽度和刚度的要求时，聚苯乙烯是首选的改性一种材料。SBS为苯乙烯、丁二烯、苯乙烯三元嵌段共聚物，具有屈挠性和回弹性好，表面磨擦大，抗湿滑性与透气性好等优点，用来改善聚丙烯的冲击强度和拉伸强度。改性碳酸镁不仅能增强聚丙烯与聚苯乙烯、SBS三相之间的结合力，还因为改性碳酸镁减少了有机高分子材料的比重，降低了聚丙烯的收缩率，增强了聚丙烯的尺寸稳定性。硅酸锌：锰是一种荧光材料，在复合材料老化破损时从材料内部释放出来，受光照的激发后能在暗处发出荧光。氧化锌粉末的作用是在复合材料出现分子链断开，释放出H⁺或者OH^-时捕获该离子，防止该离子游离态加速聚丙烯老化。阻燃剂能有效阻止聚丙烯的燃烧，起到保护安全的作用。

本发明中改性碳酸镁的制备方法为：称量以重量计份的碳酸镁3份，硅烷偶联剂80份，按体积比2：7将所述硅烷偶联剂和乙醇混合得到混合溶液，然后使用高速混合机在400转/分钟的转速下，将所述混合溶液和所述碳酸镁混合10分钟，随后于90℃下烘干4小时。与普通碳酸镁相比，改性碳酸镁与聚丙烯、聚苯乙烯、SBS的结合性更好，同时降低了聚丙烯的收缩率，增强了聚丙烯的尺寸稳定性。

本发明中改性聚丙烯复合材料的制备方法：将所述聚丙烯、聚苯乙烯、SBS、改性碳酸镁、硅酸锌：锰、氧化锌粉末以及阻燃剂置于同向双螺杆挤出机中挤出得到改性聚丙烯复合材料半成品，并冷却造粒得到改性聚丙烯复合颗粒，将所述改性聚丙烯复合颗粒在80℃下烘干3小时，再使用注塑机注塑出标准样条，即得所述改性聚丙烯复合材料。本方法是聚合物改性最为简单且卓有成效的方法，在熔融状态下，添加其他高分子材料与聚丙烯进行共混，得到的改性聚丙烯复合材料性能优异。

在另一实施例中，所述同向双螺杆挤出机包括沿物料输送方向依次设置的送料段、压缩段、熔融段、计量段、机头段、过渡段以及口模段。所述送料段的温度为200-210℃，所述压缩段的温度为200-220℃，所述熔融段的温度为210-220℃，所述计量段的温度为200-220℃，所述机头段的温度为190-200℃，所述过渡段的温度为180-190℃，所述口模段的温度为190-200℃。该温度设置能较好的将原材料完全塑化，同时又低于降解温度，配合螺杆的剪切作用能较好的混合物料。

在另一实施例中，所述同向双螺杆挤出机的螺杆转速为45转/分钟，该转速设置相对较慢，可以让原材料的共混改性完成更充分。

在另一实施例中，所述注塑机的温度为190℃-220℃，该温度设置能让熔混均匀的物料在注塑摸腔内有较好的流动性，利于产品成型。

在另一实施例中，所述注塑机的注塑压力为65-80MPa，该压力设置能使熔体较好的充满型腔，同时使制品各处密度均匀，无气孔、龟裂缺陷。

实施例1

称取聚丙烯70份、聚苯乙烯30份、改性碳酸镁10份、硅酸锌：锰5份、氧化锌粉末5份以及阻燃剂1份，置于同向双螺杆挤出机中挤出得到改性聚丙烯复合材料半成品，并冷却造粒得到改性聚丙烯复合颗粒，将所述改性聚丙烯复合颗粒在80℃下烘干3小时，再使用注塑机注塑出标准样条。经测试，本实施例中的标准样条的拉伸强度32.2MPa，冲击强度4.3KJ/m²，弯曲强度21MPa，维卡软化点133℃。

实施例2

称取聚丙烯70份、聚苯乙烯30份、SBS10份、改性碳酸镁15份、硅酸锌：锰7份、氧化锌粉末8份以及阻燃剂3份，置于同向双螺杆挤出机中挤出得到改性聚丙烯复合材料半成品，并冷却造粒得到改性聚丙烯复合颗粒，将所述改性聚丙烯复合颗粒在80℃下烘干3小时，再使用注塑机注塑出标准样条。经测试，本实施例中的标准样条的拉伸强度29MPa，冲击强度10KJ/m²，弯曲强度23MPa，维卡软化点109℃。

实施例3

称取聚丙烯70份、聚苯乙烯30份、SBS20份、改性碳酸镁15份、硅酸锌：锰7份、氧化锌粉末8份以及阻燃剂3份，置于同向双螺杆挤出机中挤出得到改性聚丙烯复合材料半成品，并冷却造粒得到改性聚丙烯复合颗粒，将所述改性聚丙烯复合颗粒在80℃下烘干3小时，再使用注塑机注塑出标准样条。经测试，本实施例中的标准样条的拉伸强度27MPa，冲击强度11KJ/m²，弯曲强度28MPa，维卡软化点107℃。

实施例4

称取聚丙烯70份、聚苯乙烯30份、SBS30份、改性碳酸镁20份、硅酸锌：锰10份、氧化锌粉末10份以及阻燃剂5份，置于同向双螺杆挤出机中挤出得到改性聚丙烯复合材料半成品，并冷却造粒得到改性聚丙烯复合颗粒，将所述改性聚丙烯复合颗粒在80℃下烘干3小时，再使用注塑机注塑出标准样条。经测试，本实施例中的标准样条的拉伸强度26.5MPa，冲击强度23KJ/m²，弯曲强度15MPa，维卡软化点103℃。

通过上述4个实施例的对比可知，称取聚丙烯70份、聚苯乙烯30份、SBS20份、改性碳酸镁15份、硅酸锌：锰7份、氧化锌粉末8份以及阻燃剂3份时，改性聚丙烯复合材料的性能最佳。

如图1所示，本发明中所述同向双螺杆挤出机在现有的基础上，在机头段、过渡段以及口模段外侧环向设置一磁选装置1，该磁选装置可以是电磁铁。所述磁选装置外表面排布有冷却水管2，用以降低磁选装置的温度，防止高温状态下磁选装置的吸引效果减弱。出口3连接一环形刮刀4，所述出口3为圆筒形，所述环形刮刀4的中心轴与所述出口3的中心轴同轴，所述环形刮刀4的半径小于所述改性聚丙烯复合材料半成品的半径，以将所述改性聚丙烯复合材料半成品的表层刮除，保留质量性能优异的半成品。

当磁选装置1开启，熔融态原料中的铁屑被吸引至表面，并且由于环向吸引路径短，铁屑能快速富集于原料表层，同时冷却水管2开始通水冷却磁选装置1，原料经过出口3挤出时，环形刮刀4能将富含铁屑杂质的表层刮除。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。