本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(pp)具有密度低、力学性能和耐化学性优良、性价比高等优点，是目前商品化高分子材料中应用最普遍的一种，广泛用于汽车，电气等行业。但在实际应用中，纯聚丙烯材料的力学性能并不能满足要求，需要进行改性。
目前，pp改性最常用的方法是与无机填料(如玻璃纤维、滑石粉等)共混。其中，玻璃纤维可大幅度提高pp的强度、刚性以及耐热性，对pp的增强效果远高于其他无机填料。但玻璃纤维在聚丙烯中分散效果较差，玻璃纤维无法充分被聚丙烯包裹；且制备工艺的切粒环节，锋利的道具直接对挤出样条进行切断，导致截面机械性破损，玻纤由集成一束的应力集中状态而突然应力释放散开，二者共同导致在下一阶段的注塑成型中玻纤外露，产生翘曲和浮纤，严重影响制品外观。
cn105837941a公开了一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，该聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯树脂100份、高熔体强度聚丙烯15-30份、玻璃纤维10-50份、相容剂1-3份、乙烯-丙烯嵌段共聚物5-15份和助剂1-2份，通过采用高熔体强度聚丙烯包裹玻璃纤维，并对聚丙烯进行增强，采用乙烯-丙烯嵌段共聚物提高二者的相容性和共混效果，从而提高了聚丙烯的力学性能，减少了表面浮纤。但是，上述材料仍是以玻璃纤维作为填料，并不能完全避免浮纤的问题。
滑石粉填充pp可以降低材料成本，同时提高材料的尺寸稳定性和刚性，并避免浮纤问题，但是效果远没有玻纤增强pp效果好。如20wt％玻纤增强pp的弯曲模量可达到4000mpa左右，而20wt％滑石粉填充pp的弯曲强度只能达到1500～2000mpa。
因此，在本领域期望得到一种既具有较高强度和刚性，又没有浮纤问题的聚丙烯复合材料。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法。该聚丙烯复合材料具有较高的强度和刚性，表面光洁，无翘曲和浮纤问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
本发明采用苯乙烯-丙烯腈共聚物(san)对聚丙烯进行共混改性，采用成核剂提高聚丙烯在加工过程中的结晶度，采用交联剂使聚丙烯和san发生一定程度的交联。各组分在特定的比例下相互配合，从而使得到的聚丙烯复合材料具有较高的强度和刚性。由于未添加玻璃纤维，因此避免了翘曲和浮纤的问题。
本发明中，所述聚丙烯的重量百分比可以是50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％或80％等。
所述苯乙烯-丙烯腈共聚物的重量百分比可以是5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％等。
所述滑石粉的重量百分比可以是10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％或40％等。
所述成核剂的重量百分比可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％等。
所述偶联剂的重量百分比可以是0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％或0.8％等。
所述交联剂的重量百分比可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％等。
作为本发明的优选技术方案，所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
优选地，所述均聚聚丙烯的等规度在98％以上。
高等规度的聚丙烯具有更高的结晶性，有助于进一步提高聚丙烯复合材料的强度和刚性。
优选地，所述均聚聚丙烯的熔融指数为5-15g/10min；例如可以是5g/10min、6g/10min、7g/10min、8g/10min、9g/10min、10g/10min、11g/10min、12g/10min、13g/10min、14g/10min或15g/10min等。
优选地，所述苯乙烯-丙烯腈共聚物的熔融指数为2-5g/10min；例如可以是2g/10min、2.5g/10min、3g/10min、3.5g/10min、4g/10min、4.5g/10min或5g/10min等。
作为本发明的优选技术方案，所述滑石粉的目数在3000目以上；例如可以是3000目、3500目、4000目、4500目、5000目、5500目或6000目等。
优选地，所述成核剂为纳米碳酸钙。
优选地，所述纳米碳酸钙的粒径为20-100nm；例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
作为本发明的优选技术方案，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷(a-171)和/或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh-570)。
作为本发明的优选技术方案，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
作为本发明的优选技术方案，所述聚丙烯复合材料还包括0.1-0.5％(例如0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等)的分散剂。
优选地，所述分散剂选自乙撑双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯或pe蜡中的一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有乙撑双硬脂酰胺与三硬脂酸甘油酯的组合、乙撑双硬脂酰胺与pe蜡的组合、三硬脂酸甘油酯与pe蜡的组合。
作为本发明的优选技术方案，所述聚丙烯复合材料还包括0.2-0.5％(例如0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等)的稳定剂。
优选地，所述稳定剂选自二甲基氧化锡、四丁基锡或二月桂酸二丁基锡中的一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有二甲基氧化锡与四丁基锡的组合、二甲基氧化锡与二月桂酸二丁基锡的组合、四丁基锡与二月桂酸二丁基锡的组合等。
另一方面，本发明提供一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配方，将除滑石粉之外的其他组分混合，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料与滑石粉通过挤出机挤出，得到共混料；
(3)将步骤(2)得到的共混料辐射交联，得到所述聚丙烯复合材料。
作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述混合是在高速混合机中进行。
优选地，所述高速混合机的转速为200-500r/min；例如可以是200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min或500r/min等。
优选地，步骤(1)中所述混合的时间为10-20min；例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等。
优选地，步骤(2)中所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选地，步骤(2)中，所述混合物料从所述双螺杆挤出机的主喂料口加入，所述滑石粉从所述双螺杆挤出机的侧喂料口加入。
优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500r/min；例如可以是300r/min、320r/min、350r/min、380r/min、400r/min、420r/min、450r/min、480r/min或500r/min等。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出段包括11个区，各区温度为第1区200-205℃，例如可以是200℃、201℃、202℃、203℃、204℃或205℃等；第2-6区235-240℃，例如可以是235℃、236℃、237℃、238℃、239℃或240℃等；第7-11区225-230℃，例如可以是225℃、226℃、227℃、228℃、229℃或230℃等。
优选地，步骤(3)中所述辐射交联为电子束辐射交联，辐射剂量为3-6mrad；例如可以是3mrad、3.2mrad、3.5mrad、3.8mrad、4mrad、4.2mrad、4.5mrad、4.8mrad、5mrad、5.2mrad、5.5mrad、5.8mrad或6mrad等。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方，将除滑石粉之外的其他组分加入高速混合机中，在200-500r/min的转速下混合10-20min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，所述滑石粉从所述双螺杆挤出机的侧喂料口加入，所述双螺杆挤出机的挤出段包括11个区，控制所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-500r/min，各区温度为第1区200-205℃，第2-6区235-240℃，第7-11区225-230℃，真空泵压力为0.75-0.95mpa，将所述混合物料和所述滑石粉共混挤出，得到共混料；
(3)将步骤(2)得到的共混料用电子束辐射交联，辐射剂量为3-6mrad，得到所述聚丙烯复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过各组分在特定的比例下相互配合，并结合一定程度的交联，得到了一种具有较高强度和刚性的聚丙烯复合材料，其拉伸强度为30-36mpa，弯曲强度为48-65mpa，弯曲模量为2700-4700mpa，与玻璃纤维增强的聚丙烯材料相当，但由于未使用玻璃纤维作为填料，避免了翘曲和浮纤的问题，表面更加光洁，适合用于对材料外观和刚性具有较高要求的场合。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：
其中，均聚聚丙烯的等规度为98.5％，熔融指数为12g/10min，苯乙烯-丙烯腈共聚物的熔融指数为2.9g/10min，滑石粉的目数为3000目，纳米碳酸钙的粒径为20-50nm。
上述聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配方，将除滑石粉之外的其他组分加入高速混合机中，在200r/min的转速下混合15min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，滑石粉从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，双螺杆挤出机的挤出段包括11个区，控制双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，各区温度为第1区200℃，第2-6区240℃，第7-11区230℃，真空泵压力为0.8mpa，将混合物料和滑石粉共混挤出，得到共混料；
(3)将步骤(2)得到的共混料用电子束辐射交联，辐射剂量为6mrad，得到聚丙烯复合材料。
实施例2
本实施例提供一种聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：
其中，均聚聚丙烯的等规度为99.2％，熔融指数为7.6g/10min，苯乙烯-丙烯腈共聚物的熔融指数为4.5g/10min，滑石粉的目数为3500目，纳米碳酸钙的粒径为65-100nm。
上述聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配方，将除滑石粉之外的其他组分加入高速混合机中，在500r/min的转速下混合10min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，滑石粉从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，双螺杆挤出机的挤出段包括11个区，控制双螺杆挤出机的螺杆转速为500r/min，各区温度为第1区205℃，第2-6区235℃，第7-11区225℃，真空泵压力为0.95mpa，将混合物料和滑石粉共混挤出，得到共混料；
(3)将步骤(2)得到的共混料用电子束辐射交联，辐射剂量为3mrad，得到聚丙烯复合材料。
实施例3
本实施例提供一种聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：
其中，均聚聚丙烯的等规度为98.5％，熔融指数为12g/10min，苯乙烯-丙烯腈共聚物的熔融指数为2.9g/10min，滑石粉的目数为5000目，纳米碳酸钙的粒径为20-50nm。
上述聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配方，将除滑石粉之外的其他组分加入高速混合机中，在300r/min的转速下混合20min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，滑石粉从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，双螺杆挤出机的挤出段包括11个区，控制双螺杆挤出机的螺杆转速为400r/min，各区温度为第1区203℃，第2-6区237℃，第7-11区228℃，真空泵压力为0.75mpa，将混合物料和滑石粉共混挤出，得到共混料；
(3)将步骤(2)得到的共混料用电子束辐射交联，辐射剂量为4mrad，得到聚丙烯复合材料。
实施例4
本实施例提供一种聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：
其中，均聚聚丙烯的等规度为99.2％，熔融指数为7.6g/10min，苯乙烯-丙烯腈共聚物的熔融指数为4.5g/10min，滑石粉的目数为3000目，纳米碳酸钙的粒径为65-100nm。
上述聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配方，将除滑石粉之外的其他组分加入高速混合机中，在400r/min的转速下混合12min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，滑石粉从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，双螺杆挤出机的挤出段包括11个区，控制双螺杆挤出机的螺杆转速为500r/min，各区温度为第1区200℃，第2-6区240℃，第7-11区230℃，真空泵压力为0.8mpa，将混合物料和滑石粉共混挤出，得到共混料；
(3)将步骤(2)得到的共混料用电子束辐射交联，辐射剂量为5mrad，得到聚丙烯复合材料。
实施例5
本实施例提供一种聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：
其中，均聚聚丙烯的等规度为98.5％，熔融指数为12g/10min，苯乙烯-丙烯腈共聚物的熔融指数为2.9g/10min，滑石粉的目数为5000目，纳米碳酸钙的粒径为20-50nm。
上述聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配方，将除滑石粉之外的其他组分加入高速混合机中，在200r/min的转速下混合15min，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，滑石粉从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，双螺杆挤出机的挤出段包括11个区，控制双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，各区温度为第1区200℃，第2-6区240℃，第7-11区230℃，真空泵压力为0.95mpa，将混合物料和滑石粉共混挤出，得到共混料；
(3)将步骤(2)得到的共混料用电子束辐射交联，辐射剂量为5mrad，得到聚丙烯复合材料。
对比例1
与实施例2的区别在于，不添加纳米碳酸钙，其他原料、用量及制备方法与实施例2相同。
对比例2
与实施例2的区别在于，均聚聚丙烯的重量份数为75份，苯乙烯-丙烯腈共聚物的重量份数为3.5份，其他原料、用量及制备方法与实施例2相同。
对比例3
与实施例2的区别在于，均聚聚丙烯的重量份数为67份，苯乙烯-丙烯腈共聚物的重量份数为11.5份，其他原料、用量及制备方法与实施例2相同。
对比例4
与实施例2的区别在于，不添加交联剂三烯丙基异氰脲酸酯，其他原料、用量及制备方法与实施例2相同。
对比例5
与实施例2的区别在于，将苯乙烯-丙烯腈共聚物替换为等量的均聚聚丙烯，滑石粉替换为等量的玻璃纤维，其他原料、用量及制备方法与实施例2相同。
对上述实施例和对比例提供的聚丙烯复合材料的性能进行测试，测试标准和结果如下表1所示：
表1
由表1的结果可知，本发明提供的聚丙烯复合材料具有较高的拉伸强度和弯曲强度，刚性较高，与玻璃纤维增强的聚丙烯材料相当，但由于未使用玻璃纤维作为填料，避免了翘曲和浮纤的问题，表面更加光洁。当不添加成核剂或交联剂时，聚丙烯复合材料的弯曲强度和弯曲模量明显下降，刚性降低。当苯乙烯-丙烯腈共聚物的用量过少时，聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度下降；当增加苯乙烯-丙烯腈共聚物的用量至超过本发明限定的范围时，聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度也不会继续提升。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。