一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法，主要步骤是将聚丙烯和成核剂按90‑99:1‑10的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚丙烯/成核剂复合材料，烘干后作为母料1；将三元乙丙橡胶和碳纳米管按80‑95:5‑20的质量比，通过双螺杆挤出机制得三元乙丙橡胶/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料2；将母料1、母料2与聚丙烯、三元乙丙橡胶按0.2‑10:1‑20:70‑90:0‑19的质量比，通过双螺杆挤出机制得复合材料。得到的聚丙烯基复合材料中，三元乙丙橡胶的含量为10‑20％，碳纳米管含量为0.1‑3％，聚丙烯成核剂的含量为0.01‑0.5％。该方法制得的聚丙烯基纳米复合材料冲击强度高且拉伸强度较好,且其工艺简单，有利于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法
本专利技术属于高分子材料加工领域，更具体说涉及一种高韧聚丙烯复合材料的制备方法。
技术介绍
聚丙烯是五大通用塑料之一，由于其原料来源丰富，生产工艺简单，易于加工成型，制品综合性能优异，不吸水且耐化学腐蚀、密度小、耐热性好、电绝缘性优良，价格低廉，其制品无毒、无味，可广泛应用于家庭用品、食品包装和医疗器械等领域。虽然具有众多优异的性能，但聚丙烯也存在一些不足之处，其中最突出的缺点就是对缺口十分敏感，缺口冲击强度低，尤其在低温或高应变速率下的脆性明显，这极大地限制了的应用。因此，聚丙烯的增韧改性一直是研究的一个热点。目前聚丙烯增韧主要采用化学改性和物理共混改性两种方法。前者通过共聚、接枝或者交联等方法可达到改性目的，但通常过程复杂，成本较高。后者包括以聚丙烯为基体，加入增塑剂、弹性体、韧性高聚物、无机填料、成核剂等，由于方法简单易行，成本较低，所以应用较为广泛。对于增塑剂、弹性体和韧性高聚物来说，要对聚丙烯起到增韧效果，通常加入的量要大，一般在20wt％以上，同时大量地加入这些改性材料后，聚丙烯的强度会大大降低。而对于例如蒙脱土、炭黑、碳纳米管等无机填料来说，虽然它们的加入可以改善复合材料的机械性能、热性能以及电学性能等，但填料的分散状态，以及与基体之间的相容性影响较大，同时对韧性的提高程度有限。等规聚丙烯是一种结晶性聚合物，晶体结构和形貌对其性能有着较大的影响。聚丙烯晶体有多种晶型，最受关注的是α和β晶型，前者由于稳定性较高所以较为普遍，但由于晶体结构比较致密而造成聚丙烯冲击韧性较低；后者需要采用加入β型成核剂、剪切力、温度梯度等特殊手段才能得到，但β晶体松散的结构能够提高聚丙烯的韧性，所以采用成核剂进行增韧改性一般会采用β型成核剂。采用添加单一的填料或者成核剂对聚丙烯的增韧效果有限，而单独加入增塑剂、弹性体或者韧性高聚物虽然有较好的增韧效果，但同时会造成材料强度大幅下降，所以目前大部分增韧方法会采用多元材料与聚丙烯共混，在加入少量的增塑剂、弹性体或韧性高聚物后，再加入填料或者成核剂，以达到较好的协同增韧效果，同时也不会损失过多的强度。有研究结果表明在聚丙烯/弹性体共混物中添加少量的β型成核剂和纳米二氧化硅可以同时改善共混体系的强度、模量以及韧性，达到同时增强增韧的目的，详见,吴力立，β成核剂和纳米SiO2复合改性PP/POE复合材料研究，塑料助剂，第3期：34-39，2010年。尽管采用了多种材料进行共混的方法对聚丙烯进行增韧改性，但大部分均需使用较多的弹性体或者韧性高聚物，导致基体材料本身的强度下降，同时加入的成核剂多采用β型成核剂，诱导聚丙烯基体生成较为疏松的β晶型，才能达到增韧目的。而对于在低含量弹性体或者韧性高聚物下，关于α型成核剂对聚丙烯增韧效果影响的研究较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法，该方法加入低用量的橡胶，制得的聚丙烯基纳米复合材料冲击强度高且拉伸强度较好,且其工艺简单，有利于大规模生产。本专利技术的一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法，主要步骤如下：1)将聚丙烯和成核剂按90-99:1-10的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚丙烯/成核剂复合材料，烘干后作为母料1；挤出温度为180-230℃，转速为100-250rpm；2)将三元乙丙橡胶和碳纳米管按80-95:5-20的质量比，通过双螺杆挤出机制得三元乙丙橡胶/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料2；挤出温度为180-230℃，转速为100-250rpm；3)将母料1、母料2与聚丙烯、三元乙丙橡胶按0.2-10:1-20:70-90:0-19的质量比，通过双螺杆挤出机制得复合材料；挤出时的温度为180-230℃，转速为100-250rpm。本专利技术的一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法中，所述的聚丙烯是等规聚丙烯。本专利技术的一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法中，所述的碳纳米管是直径为5-200nm，长度为100nm-50m的单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。本专利技术的一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法中，所述的成核剂为聚丙烯α型成核剂：己二酸、苯甲酸钠、滑石粉、肉硅酸钠、对叔丁基苯甲酸羟基铝、二苄叉山梨醇、(1,3:2,4)-二(对甲基二苄叉)山梨醇、二(3,4-二甲基二苄叉)山梨醇、磷酸2或2-甲叉-(4，6-而叔丁基苯基)钠。本专利技术的一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法中，所述的成核剂为β型成核剂，如：芳酰胺类化合物、芳香胺化合物、二环己基对本二甲酰胺、庚二酸铝或庚二酸钙。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：橡胶的韧性很好，聚丙烯增韧一般需要加入较大量的橡胶才有明显的增韧效果，但橡胶本身的强度和模量较低，加入量多时会导致整个聚丙烯基复合材料的强度和模量急剧下降。本专利技术采用少量的橡胶，与碳纳米管、成核剂协同增韧聚丙烯，在达到较好的增韧效果的同时，还可以避免复合材料的强度和模量大幅降低；碳纳米管分布在橡胶相区里面或者橡胶与聚丙烯基体的界面上，基本上贯穿了整个橡胶相区，增加两相间的相互作用力，当复合材料受到外力作用时，碳纳米管可以促进应力在材料内部的传递，使应力场得以叠加，提高材料的力学性能；成核剂的加入可以细化聚丙烯的晶体尺寸，较小的晶粒有利于提高聚丙烯的冲击韧性，可与橡胶、碳纳米管一起协同增韧聚丙烯。实验证明，本专利技术制得的聚丙烯基复合材料，当三元乙丙橡胶含量为15％、碳纳米管含量为1％、成核剂含量为0.2％时，复合材料的缺口冲击强度为51.2kJ/m2，是纯聚丙烯的13倍多，是聚丙烯/三元乙丙橡胶(85/15)共混物的3倍多，是一种高韧聚丙烯基复合材料。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。实施例11)将等规聚丙烯和成核剂按95:5的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚丙烯/成核剂复合材料，烘干后作为母料1；挤出温度为200℃，转速为150rpm；2)将三元乙丙橡胶和碳纳米管按90:10的质量比，通过双螺杆挤出机制得三元乙丙橡胶/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料2；挤出温度为190℃，转速为150rpm；将母料1、母料2与聚丙烯、三元乙丙橡胶按4:10:81:6的质量比，通过双螺杆挤出机制得复合材料；挤出时的温度为200℃，转速为150rpm。其中使用的碳纳米管是直径为50nm，长度为10-20μm的酸化多壁碳纳米管，成核剂为聚丙烯α型成核剂二(3,4-二甲基二苄叉)山梨醇(市售DMDBS)。对比例1：将等规聚丙烯、三元乙丙橡胶按85:15的质量比，通过双螺杆挤出机制得复合材料，挤出温度为200℃，转速为150rpm。其中使用的聚丙烯为等规聚丙烯。对比例2：将聚丙烯和成核剂按95:5的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚丙烯/成核剂复合材料，烘干后作为母料；挤出温度为200℃，转速为150rpm；将母料与聚丙烯、三元乙丙橡胶按4:81:10的质量比，通过双螺杆挤出机制得复合材料；挤出时的温度为200℃，转速为150rpm。其中使用的成核剂为聚丙烯α型成核剂DMDBS。对比例3：将三元乙丙橡胶和碳纳米管按90:10的质量比，通过双螺杆挤出机制得三元乙丙橡胶/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料；挤出温度为190℃，转速为150rpm；将母料与等规聚丙烯、三元乙丙橡胶按10:8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法，主要步骤如下：1)将聚丙烯和成核剂按90‑99:1‑10的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚丙烯/成核剂复合材料，烘干后作为母料1；挤出温度为180‑230℃，转速为100‑250rpm；2)将三元乙丙橡胶和碳纳米管按80‑95:5‑20的质量比，通过双螺杆挤出机制得三元乙丙橡胶/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料2；挤出温度为180‑230℃，转速为100‑250rpm；3)将母料1、母料2与聚丙烯、三元乙丙橡胶按0.2‑10:1‑20:70‑90:0‑19的质量比，通过双螺杆挤出机制得复合材料；挤出时的温度为180‑230℃，转速为100‑250rpm。

【技术特征摘要】
1.一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法，主要步骤如下：1)将聚丙烯和成核剂按90-99:1-10的质量比，通过双螺杆挤出机制得聚丙烯/成核剂复合材料，烘干后作为母料1；挤出温度为180-230℃，转速为100-250rpm；2)将三元乙丙橡胶和碳纳米管按80-95:5-20的质量比，通过双螺杆挤出机制得三元乙丙橡胶/碳纳米管复合材料，烘干后作为母料2；挤出温度为180-230℃，转速为100-250rpm；3)将母料1、母料2与聚丙烯、三元乙丙橡胶按0.2-10:1-20:70-90:0-19的质量比，通过双螺杆挤出机制得复合材料；挤出时的温度为180-230℃，转速为100-250rpm。2.按照权利要求1所述的一种高韧聚丙烯基复合材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，杨朝金，张楠，杨静晖，黄婷，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51