一种低温高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法

本发明涉及高分子材料领域，具体是一种低温高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶聚合物，密度约为0 .9g/cm3，聚丙烯结晶度高，结构规整，在常温下具有优良的力学性能（拉伸强度较高），此外，聚丙烯具有优良的耐热性，在不受外力的作用下，150℃也不会变形，另外，聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其他化学试剂都比较稳定；聚丙烯材料由于良好的综合性能而被广泛的应用，如日常使用的塑料制品，特别是在汽车领域的用量日益增大；然而，聚丙烯的在常温以及低温下的脆性限制了其在冬季与严寒环境中的使用，同时，要兼顾聚丙烯复合材料的强度，以保证制件的更广泛应用，因此，聚丙烯的增韧以及低温增韧是如今聚丙烯复合材料的重要研究方向之一。在相关领域的研究中指出，运用橡胶或各种弹性体共混改性法对聚丙烯进行增韧的过程中，韧性对影响因素的响应对应为脆-韧转变的过程，即随橡胶含量、温度的增大而由“脆”变“韧”；随应变速率的增大而由“韧”变“脆”。在转变温度区间的两侧的材料韧性往往存在数倍差异。要提升材料的低温性能，最重要的是降低材料从脆性破坏到韧性破坏的转变温度区间。有研究表明，在聚丙烯中引入二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物或其他玻璃化转变温度较低的橡胶或弹性体，可以通过这些橡胶或弹性体成分形成特殊的分散相的结构或改善界面形貌，则能够降低脆-韧转变的起始温度，达到有效增韧的目的。然而，韧性的增强往往伴随强度的损失，目前的技术方案很少能够系统定量地调控聚丙烯或者聚丙烯无规共聚物的脆韧转变，提升其低温韧性的同时保持一定的强度。

技术实现思路

1、本发明为了解决聚丙烯中玻璃化转变温度较低的橡胶或弹性体时强度损失的问题，提供了一种低温高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种低温高韧性聚丙烯复合材料，是由以下质量份数的材料组成：

3、pp：50-80份；

4、弹性材料：20-50份；

5、hdpe：0-10份

6、抗氧化剂：0.5-1份；

7、其中，弹性材料为seps，或者seps与epdm、epr、sbr中的一种或几种的混合物。

8、作为本发明技术方案的进一步改进，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或几种。

9、本发明进一步提供了一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

10、s1：将pp、弹性材料、hdpe、抗氧化剂直接加入密炼机中混合10-20分钟，温度为170-200℃，转速为40-150rpm；得到混合料；

11、s2：将s1步骤所得到的混合料进行造粒；

12、s3：将s2步骤中的粒料加入到注塑机中注塑成型，所述注塑机温度设定为：一段170-190℃；二段180-200℃，三段185-205℃，机头190-200℃；获得低温高韧性聚丙烯复合材料。

13、本发明进一步还提供了一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

14、s1：将pp、弹性材料、抗氧化剂直接加入密炼机中混合10-20分钟，温度为170-200℃，转速为40-150rpm；得到混合料；

15、s2：将s1步骤所得到的混合料进行造粒；

16、s3：将s2步骤中的粒料加入到注塑机中注塑成型，所述注塑机温度设定为：一段170-190℃；二段180-200℃，三段185-205℃，机头190-200℃；获得低温高韧性聚丙烯复合材料。

17、本发明还提供了另外一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

18、s1：将弹性材料、抗氧化剂加入密炼机中混合3-7分钟，温度为180-200℃，转速为40-150rpm；

19、s2：将s1步骤中所得物与pp、hdpe加入密炼机中混合10-20分钟，温度为180-200℃；转速为40-150rpm，得到混合料；

20、s3：将s2步骤所得到的混合料进行造粒；

21、s4：将s3步骤中的粒料加入到注塑机中注塑成型，所述注塑机温度设定为：一段170-190℃；二段180-200℃，三段185-205℃，机头190-200℃；获得低温高韧性聚丙烯复合材料。

22、本发明更进一步提供了一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

23、s1：将弹性材料、抗氧化剂加入密炼机中混合3-7分钟，温度为180-200℃，转速为40-150rpm；

24、s2：将s1步骤中所得物与pp加入密炼机中混合10-20分钟，温度为180-200℃；转速为40-150rpm，得到混合料；

25、s3：将s2步骤所得到的混合料进行造粒；

26、s4：将s3步骤中的粒料加入到注塑机中注塑成型，所述注塑机温度设定为：一段170-190℃；二段180-200℃，三段185-205℃，机头190-200℃；获得低温高韧性聚丙烯复合材料。

27、本发明以seps为增韧的核心成分，seps作为一种含软-硬嵌段的共聚物，为ps链段在分散相中发生微相分离成“核”，形成多核的“核-壳结构”，其软段具有较低的玻璃化转变温度，并且由于硬嵌段的存在，加入seps不会使pp基体强度下降严重；此外，seps与各种极性与非极性的材料具有良好相容性，便于之后的进一步复合改性；对于橡胶或弹性体增韧的聚丙烯，如果能控制橡胶含量不进一步增加而保持韧性或者增加韧性，对于生产成本控制与材料应用领域拓展具有非常重要的意义。因此，本发明通过加入hdpe进行seps增韧pp的进一步尺寸调控，通过对pp/seps的微观形貌表征发现加入hdpe后产生了大幅细化分散相尺寸的作用，大尺寸分散相的数量减少有利于减少缺陷的产生。为了进一步扩展hdpe在橡胶增韧聚丙烯材料中的使用范围，本发明还提供了多种含seps的弹性材料对聚丙烯的改性研究实施例，通过实施例数据可知，由于复合弹性材料在基体中可以产生特殊结构的分散相，合适比例与配方的弹性材料甚至可以获得优于使用单一橡胶增韧pp的效果，更进一步地研究表明，hdpe的添加同样大幅度提升了复合弹性材料增韧聚丙烯的低温韧性，由于在配方中pp基体的比例没有大幅度变化，橡胶的含量也没有进一步的增加，因此复合材料的其它力学性能保持良好。在具体聚丙烯复合材料制备工艺中，hdpe、单一组分弹性体seps与pp的混合可以使用一步法制备；hdpe、复合弹性材料、pp的混合优选先制备复合弹性材料的两步法制备。综上所述，本发明通过合适的原料比例选取、合理的分散相结构及尺寸分布控制，能够在保持一定强度的条件下最终实现了低温韧性的有效提升。

技术特征：

1.一种低温高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于，是由以下质量份数的材料组成：

2.根据权利要求1所述的一种低温高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的一种或几种。

3.如权利要求1或2所述的一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求1或2所述的一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求1或2所述的一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求1或2所述的一种低温高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及高分子材料领域，具体是一种低温高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法，包括PP、弹性材料、HDPE、抗氧化剂；所述弹性材料为SEPS，或者SEPS与EPDM、EPR、SBR中的一种或几种的混合物。本发明以SEPS为增韧的核心成分，SEPS作为一种含软‑硬嵌段的共聚物，为PS链段在分散相中发生微相分离成“核”，形成多核的“核‑壳结构”，其软段具有较低的玻璃化转变温度，并且由于硬嵌段的存在，加入SEPS不会使PP基体强度下降严重；对于橡胶或弹性体增韧的聚丙烯，如果能控制橡胶含量不进一步增加而保持韧性或者增加韧性，对于生产成本控制与材料应用领域拓展具有非常重要的意义。

技术研发人员：余雯雯,沈佳豪,郑强,张志毅,上官勇刚,陈锋
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13