本发明属于高分子材料技术领域，具体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(polypropylene，pp)，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotacticpolypropylene)、无规聚丙烯(atacticpolypropylene)和间规聚丙烯(syndiotacticpolypropylene)三种。pp材料有较低的热变形温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，pp的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。pp的维卡软化温度为150℃，由于结晶度较高，因而表面刚度和抗划痕特性很好，不存在环境应力开裂问题。填充改性是在塑料中添加相对廉价的非金属矿粉体材料或其它材料，从而降低制品的原材料成本，同时还可以改善塑料材料某些性能，比如刚性、硬度和耐热性等。
填充改性是指在塑料中添加相对廉价的非金属矿粉体材料或其它材料，从而降低制品的原材料成本，同时还可以改善塑料材料某些性能，比如刚性、硬度和耐热性等。通常使用的非矿粉体材料有碳酸钙(轻钙、重钙)、滑石粉、云母粉、高岭土、硅灰石粉、氢氧化铝、氢氧化镁或水镁石粉、沉淀硫酸钡或重晶石粉等。现有技术针对塑料增强材料的研究主要是使用滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维等。目前，岩棉主要用于建造保温材料，其用后废弃的岩棉未能得以充分回收利用。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，旨在解决现有聚丙烯复合材料的机械性能差、产品成型收缩率高，以及岩棉应用有限的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种改性聚丙烯复合材料，以所述改性聚丙烯复合材料的总质量为100％计，所述改性聚丙烯复合材料包括如下质量百分含量的成分：
本发明另一方面提供一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
按照上述改性聚丙烯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料；
将所述岩棉和所述偶联剂进行第一混合处理后干燥得第一混合物料；
将所述聚丙烯、所述相容剂、所述弹性体、所述抗氧剂和所述润滑剂进行第二混合处理得第二混合物料；
将所述第二混合物料送入挤出机的主喂料口，所述第一混合物料送入所述挤出机的侧喂料口，挤出成型得所述改性聚丙烯复合材料。
本发明提供的改性聚丙烯复合材料，将岩棉纤维在聚丙烯复合材料作为增强材料，同时利用相容剂提高相容性，偶联剂增强聚丙烯复合材料的强度性能，弹性体提高抗冲击强度，抗氧剂和润滑剂进一步提高加工稳定性和流动性，该改性聚丙烯复合材料的成分和含量之间通过协同作用，最终使改性聚丙烯复合材料的机械性能强、成型收缩率低，而同时岩棉纤维得到充分回收利用，极大的提高了利用价值，实现了经济环保和循环利用的追求。
本发明提供的改性聚丙烯复合材料的制备方法，工艺简单易行，成本低，最终制得的改性聚丙烯复合材料机械性能强、成型收缩率低，而同时岩棉纤维得到充分回收利用，极大的提高了利用价值。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供一种改性聚丙烯复合材料，以该改性聚丙烯复合材料的总质量为100％计，其包括如下质量百分含量的成分：
上述改性聚丙烯复合材料的成分和含量之间通过协同作用，最终使改性聚丙烯复合材料的机械性能强、成型收缩率低，而同时岩棉纤维得到充分回收利用，极大的提高了利用价值，实现了经济环保和循环利用的追求。
具体地，本发明实施例的改性聚丙烯复合材料中，聚丙烯含量为52％～80％，具体可以为52％、62％、72％、72％、80％等；本发明采用的聚丙烯(pp)树脂，包括均聚pp或共聚pp中的至少一种，均聚pp主要为市面上高流动的均聚pp树脂(如牌号为z30s的均聚pp)，共聚pp主要为市面上高抗冲击的共聚pp树脂(如牌号为3015的共聚pp)。
具体地，本发明实施例的改性聚丙烯复合材料中，偶联剂含量0.1％～1％，该范围内的偶联剂能有效改善岩棉和聚丙烯的表面活性，从而极大地增强复合材料的强度性能。偶联剂主要为表面活性剂，本实施例优选硅烷偶联剂，该硅烷偶联剂含有氨基、巯基、乙烯基和环氧基中的至少一种基团。本发明实施例的改性聚丙烯复合材料中的岩棉含量为15％～30％，此组份能有效的增强pp树脂的机械性能，进一步降低改性聚丙烯复合材料的收缩率及成本。而该含量范围内的偶联剂处理该范围内的岩棉，最终使改性聚丙烯复合材料的强度性能达到最佳。
具体地，本发明实施例的改性聚丙烯复合材料中，相容剂含量为3％～10％，具体可以为3％、4％、8％、10％。该范围内的相容剂可显著改善岩棉与pp树脂的相容性，从而增加改性聚丙烯复合材料的强度。优选地，相容剂包括pe-g-st、pp-g-st、abs-g-mah、pe-g-mah和hpp-g-mah中的至少一种。优选的相容剂可使岩棉与pp树脂的相容性达到最佳。
具体地，本发明实施例的改性聚丙烯复合材料中，弹性体的含量为1％～5％，具体可以为1％、2％、4％、5％；该范围内的弹性体，可显著提高改性聚丙烯复合材料的抗冲击强度，尤其是抗低温冲击，进一步提高改性聚丙烯复合材料的适用性。优选地，弹性体包括poe(聚烯烃弹性体)和epdm(三元乙丙橡胶)中的至少一种。优选的弹性体使改性聚丙烯复合材料的抗低温冲击强度达到最佳。
具体地，本发明实施例的改性聚丙烯复合材料中，抗氧剂含量为0.1％～1％，具体可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.5％、0.8％、1％。该范围内的抗氧剂，可显著提高改性聚丙烯复合材料的加工稳定性。优选地，该抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，受阻酚类包括1010、1076等，硫代酯类包括dltp、dstp等，亚磷酸酯类包括168等。优选的抗氧剂使改性聚丙烯复合材料的加工稳定性达到最佳。
具体地，本发明实施例的改性聚丙烯复合材料中，润滑剂含量为0.1％～2％，具体可以为0.1％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、2％。该范围内的润滑剂，有效减少该改性聚丙烯复合材料与料筒内壁和它与螺杆外壁之间的摩擦，降低混合物料的粘度，进而显著提高改性聚丙烯复合材料的加工流动性。优选地，润滑剂包括乙撑双硬脂酰胺(ebs)、聚乙烯(pe)蜡和硬脂酸钙中的至少一种。该优选的润滑剂使改性聚丙烯复合材料的加工流动性达到最佳。
另一方面，本发明实施例还提供一种改性聚丙烯复合材料的制备方法。该方法包括如下步骤：
s01：按照上述改性聚丙烯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料；
s02：将上述岩棉和偶联剂进行第一混合处理后干燥得第一混合物料；
s03：将上述聚丙烯、相容剂、弹性体、抗氧剂和润滑剂进行第二混合处理得第二混合物料；
s04：将上述第二混合物料送入挤出机的主喂料口，第一混合物料送入挤出机的侧喂料口，挤出成型得改性聚丙烯复合材料。
本发明提供的改性聚丙烯复合材料的制备方法，工艺简单易行，成本低，最终制得的改性聚丙烯复合材料机械性能强、成型收缩率低，而同时岩棉纤维得到充分回收利用，极大的提高了利用价值。
优选地，上述步骤s02中，第一混合处理过程为：在高速捏合机中混合2min-30min。如此，可使偶联剂更好充分处理岩棉。
优选地，上述步骤s03中，第二混合处理过程为：在混合机中混合2min-30min。如此，可使物料混合充分，更有利于后续改性聚丙烯复合材料的制备。
优选地，上述步骤s04中，挤出机的工艺参数为：一区温度为170℃～190℃；二区温度为180℃～200℃；三区、四区、五区温度均为190℃～210℃；六区、七区、八区、九区温度均为200℃～220℃；模头温度为210℃～230℃；熔体压力为10～20mpa；双螺杆长径比为35～65；真空度为-0.6mpa～-0.8mpa。在该参数范围内制得的改性聚丙烯复合材料性能达到最佳。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种改性聚丙烯复合材料，其配方见表1中的实施例1。该改性聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
s11：按照表1中实施例1的改性聚丙烯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料。
s12：将上述岩棉和偶联剂(醇水溶液)在高速捏合机中混合2min-30min，干燥得第一混合物料。
s13：将上述聚丙烯、相容剂、弹性体、抗氧剂和润滑剂在混合机中搅拌混合2min-30min，得第二混合物料；
s14：将上述第二混合物料送入挤出机的主喂料口，第一混合物料送入挤出机的侧喂料口，挤出成型得改性聚丙烯复合材料；其中，挤出机的工艺参数为：一区温度为170℃～190℃；二区温度为180℃～200℃；三区、四区、五区温度均为190℃～210℃；六区、七区、八区、九区温度均为200℃～220℃；模头温度为210℃～230℃；熔体压力为10～20mpa；双螺杆长径比为35～65；真空度为-0.6mpa～-0.8mpa。在该参数范围内制得的改性聚丙烯复合材料性能达到最佳。
实施例2
一种改性聚丙烯复合材料，其配方见表1中的实施例2。该改性聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
s21：按照表1中实施例2的改性聚丙烯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料。
s22：将上述岩棉和偶联剂(醇水溶液)在高速捏合机中混合2min-30min，干燥得第一混合物料。
s23：将上述聚丙烯、相容剂、弹性体、抗氧剂和润滑剂在混合机中搅拌混合2min-30min，得第二混合物料；
s24：将上述第二混合物料送入挤出机的主喂料口，第一混合物料送入挤出机的侧喂料口，挤出成型得改性聚丙烯复合材料；其中，挤出机的工艺参数为：一区温度为170℃～190℃；二区温度为180℃～200℃；三区、四区、五区温度均为190℃～210℃；六区、七区、八区、九区温度均为200℃～220℃；模头温度为210℃～230℃；熔体压力为10～20mpa；双螺杆长径比为35～65；真空度为-0.6mpa～-0.8mpa。在该参数范围内制得的改性聚丙烯复合材料性能达到最佳。
实施例3
一种改性聚丙烯复合材料，其配方见表1中的实施例3。该改性聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
s31：按照表1中实施例3的改性聚丙烯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料。
s32：将上述岩棉和偶联剂(醇水溶液)在高速捏合机中混合2min-30min，干燥得第一混合物料。
s33：将上述聚丙烯、相容剂、弹性体、抗氧剂和润滑剂在混合机中搅拌混合2min-30min，得第二混合物料；
s34：将上述第二混合物料送入挤出机的主喂料口，第一混合物料送入挤出机的侧喂料口，挤出成型得改性聚丙烯复合材料；其中，挤出机的工艺参数为：一区温度为170℃～190℃；二区温度为180℃～200℃；三区、四区、五区温度均为190℃～210℃；六区、七区、八区、九区温度均为200℃～220℃；模头温度为210℃～230℃；熔体压力为10～20mpa；双螺杆长径比为35～65；真空度为-0.6mpa～-0.8mpa。在该参数范围内制得的改性聚丙烯复合材料性能达到最佳。
实施例4
一种改性聚丙烯复合材料，其配方见表1中的实施例4。该改性聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
s41：按照表1中实施例4的改性聚丙烯复合材料所含的成分及其含量分别称取各成分原料。
s42：将上述岩棉和偶联剂(醇水溶液)在高速捏合机中混合2min-30min，干燥得第一混合物料。
s43：将上述聚丙烯、相容剂、弹性体、抗氧剂和润滑剂在混合机中搅拌混合2min-30min，得第二混合物料；
s44：将上述第二混合物料送入挤出机的主喂料口，第一混合物料送入挤出机的侧喂料口，挤出成型得改性聚丙烯复合材料；其中，挤出机的工艺参数为：一区温度为170℃～190℃；二区温度为180℃～200℃；三区、四区、五区温度均为190℃～210℃；六区、七区、八区、九区温度均为200℃～220℃；模头温度为210℃～230℃；熔体压力为10～20mpa；双螺杆长径比为35～65；真空度为-0.6mpa～-0.8mpa。在该参数范围内制得的改性聚丙烯复合材料性能达到最佳。
表1
性能测试
按上述表1中的实施例1-实施例4和对比例1-对比例3的配方制备完成造粒的粒子，在90～110℃的鼓风烘箱中干燥4～6小时，再将干燥的粒子在80t注塑机上注塑制样，制样过程中保持模温在50～80℃之间。
拉伸强度按照astmd638标准测试，悬臂梁冲击强度按照astmd256标准测试，弯曲强度和弯曲模量按照astmd790标准测试，熔融指数按照astmd1238标准测试，收缩率按照astmd955标准测试，比重按照astmd792标准测试。最后的测试结果如表2所示。
表2
从表2的测试结果可看出，用岩棉纤维增强的pp复合材料的机械性能比滑石粉填充的要好，与玻璃纤维增强的pp复合材料接近，其加工流动性能可满足大部分pp增强产品要求，且产品成型收缩率低，本发明可使岩棉纤维得到充分的回收利用，且极大的提高了利用价值，实现了经济环保和循环利用的追求，极好的满足实际需求，因此本发明具有非常大的实际意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。