一种聚丙烯基共混型纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚丙烯基共混型纳米复合材料及其制备方法。聚丙烯基共混型纳米复合材料选择均聚型聚丙烯聚合物为基体，选择乙烯‑辛烯共聚物为增韧相，选择二氧化硅为纳米填充相，制备聚丙烯基共混型纳米复合材料。制备方法包括：首先利用熔融共混的方式在175℃和剪切力作用下，进行增韧相与纳米粒子的熔融共混，制备得到高浓度母料；而后在180℃和剪切力作用下，将母料与聚丙烯基体进行二次熔融共混，得到聚丙烯基共混型纳米复合材料。本发明专利技术的聚丙烯基共混型纳米复合材料与聚丙烯基体相比，断裂伸长率提升高于30％，直流击穿场强提升超过30％。

A polypropylene based blend nanocomposite and its preparation method

The invention relates to a polypropylene based blend nanocomposite and a preparation method. Polypropylene based blending nano composite material selection of homopolymerized polypropylene polymer matrix, selection of ethylene octene copolymer as toughening phase, selection of silica nano filler, preparation of polypropylene blend nanocomposites. The preparation method comprises the following steps: firstly, using the melt blending method in 175 DEG C and the shear stress, melt blending toughening and nanoparticles, preparation of high concentration masterbatch; then in 180 DEG C and shear, masterbatch and polypropylene two melt blending polypropylene based blend nanocomposites. Compared with PP matrix, the elongation ratio of PP based blend nanocomposites is higher than 30%, and the DC breakdown field strength is increased by more than 30%.

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯基共混型纳米复合材料及其制备方法
：本专利技术属于复合材料及其制备
，特别涉及一种聚丙烯基共混型纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
：聚丙烯是一种具有良好耐热性和优异介电性能的常用工程塑料，在电力绝缘领域主要用于电容器中的绝缘，在高压电缆中应用较少。与目前高压电缆中常用的交联聚乙烯相比，聚丙烯具有制造工艺简单且可回收利用的特点，具有广阔的应用前景。但聚丙烯韧性差且在高压直流电场作用下的易击穿问题，限制其作为高压直流电缆绝缘材料的应用。目前对于聚丙烯的改性，关于机械性能和介电性能同时提升的关注较少。现有技术中，纳米粒子和弹性体增强增韧的聚丙烯复合材料及其制备方法，提升了聚丙烯的力学和耐老化特性，有利于废旧聚丙烯的回收利用；另一种熔融共混制备聚丙烯基杂化材料的方法，利用逐级分散熔融共混的方法制备得到的无机纳米粒子/弹性体/聚丙烯体系，冲击强度提高；但上述两种复合体系中，纳米粒子超过10％质量份数的填充，会降低复合体系的韧性和介电强度。为了同时提升聚丙烯基复合体系的韧性和介电强度，需要严格控制弹性体和纳米粒子的含量，利用简单且有效的方法制备纳米粒子分散均匀的复合材料，同时需要添加特定含量和种类的抗氧化剂以减少熔融共混过程中导致的材料老化，控制复合体系的降温结晶过程以得到特定结晶结构的复合材料。本专利技术为解决上述技术问题等而提出相应解决技术方案。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术设计了聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体/纳米二氧化硅三元体系，利用易于实现工业生产的熔融共混方法，制备得到了聚丙烯基共混型纳米复合材料，实现了有利于在高压直流电缆绝缘中应用的机械性能和介电强度的提升。本专利技术的一个技术方案提供了一种聚丙烯基共混型纳米复合材料，所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料是由母料与聚丙烯在抗氧剂存在下经过熔融共混而获得，所述的母料是由聚合物基体、增韧相与纳米填充相经过熔融共混而获得。本专利技术的一个方面，所述的聚合物基体选择为均聚型聚丙烯；所述的增韧相选择为乙烯-辛烯共聚物。本专利技术的另一方面，所述聚合物基体与所述增韧相的密度为0.85-1.05g/mm3，优选0.91g/mm3。本专利技术的另一方面，所述纳米填充相选择球状二氧化硅；所述球状二氧化硅选择粒径为20-40nm的经过硅烷偶联剂表面修饰的球状二氧化硅；优选所述球状二氧化硅的粒径为30nm。本专利技术的另一方面，所述聚丙烯基共混型纳米复合材料中的聚丙烯∶增韧相∶纳米填充相的质量份数为90∶10∶1。本专利技术的另一方面，所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料是由母料与聚丙烯在抗氧剂存在下经过熔融共混而获得，其中所述抗氧剂的质量占所述母料与聚丙烯总量的0.2-0.4％，优选0.3％。本专利技术另一技术方案提供了一种如上所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：第一步，第一次熔融共混制备母料；以及，第二步，第二次熔融共混制备所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料。本专利技术另一技术方案还提供了一种如上所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：第一步，第一次熔融共混制备母料：选择密度为0.85-1.05g/mm3的均聚型聚丙烯为聚合物基体，选择密度为0.85-1.05g/mm3的乙烯-辛烯共聚物为增韧相，选择粒径为20-40nm的经过硅烷偶联剂表面修饰的球状二氧化硅为纳米填充相；利用Roller型转子密炼机，在170-180℃和30-50r/min条件下进行增韧相和纳米粒子的一次熔融共混，共混时间为5-15min，制备纳米粒子质量份数为10％的母料；以及第二步，第二次熔融共混制备所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料：利用Roller型转子密炼机，在170-190℃和30-50r/min条件下，将质量份数为10份的母料和90份的聚丙烯进行二次熔融共混，同时加入质量份数为0.2-0.4％的抗氧剂，共混时间为15-25min；对熔融共混复合后的材料在8-12℃/min降温条件下进行结晶冷却，得到聚丙烯基共混型纳米复合材料。本专利技术的另一方面，所述母料制备采用Roller型转子密炼机，在175℃和40r/min条件下进行乙烯-辛烯共聚物和纳米二氧化硅以10∶1的质量份数配比，进行母料的熔融共混；本专利技术的另一方面，所述复合材料制备采用Roller型转子密炼机，在180℃和40r/min条件下进行20min的母料与聚丙烯基体熔融共混。本专利技术的另一方面，所述的复合材料制备过程中，将质量份数为10份的母料和90份的聚丙烯进行二次熔融共混，同时加入质量份数为0.3％的抗氧剂，共混时间为20min；本专利技术的另一方面，所述的复合材料共混后，在10℃/min降温条件下冷却至室温，以达到最佳结晶构型。本专利技术取得了有益的技术效果，本专利技术设计了聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体/纳米二氧化硅三元体系，利用易于实现工业生产的熔融共混方法，制备得到了聚丙烯基共混型纳米复合材料，实现了有利于在高压直流电缆绝缘中应用的机械性能和介电强度的提升。本专利技术得到的复合材料与聚丙烯基体相比，断裂伸长率提升高于30％，直流击穿场强提升超过30％。附图说明图1(a)-图1(b)为制备得到试样的结晶图像，图1(a)为聚丙烯的大球晶图像，图1(b)为聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体/纳米二氧化硅三元体系构成的小尺度结晶结构；图2样本数为30的直流击穿场强Weibull分布图；图3根据GB13022-91测试方法得到试样的应力-应变曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术设计了聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物弹性体/纳米二氧化硅三元体系，利用易于实现工业生产的熔融共混方法，制备得到了聚丙烯基共混型纳米复合材料，实现了有利于在高压直流电缆绝缘中应用的机械性能和介电强度的提升。为了达到上述技术效果和解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案，或组合的技术方案：本专利技术的一个技术方案提供了一种聚丙烯基共混型纳米复合材料，所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料是由母料与聚丙烯在抗氧剂存在下经过熔融共混而获得，所述的母料是由聚合物基体、增韧相与纳米填充相经过熔融共混而获得。本专利技术的一个方面，所述的聚合物基体选择为均聚型聚丙烯；所述的增韧相选择为乙烯-辛烯共聚物。本专利技术的另一方面，所述聚合物基体与所述增韧相的密度为0.85-1.05g/mm3，优选0.91g/mm3。本专利技术的另一方面，所述纳米填充相选择球状二氧化硅；所述球状二氧化硅选择粒径为20-40nm的经过硅烷偶联剂表面修饰的球状二氧化硅；优选所述球状二氧化硅的粒径为30nm。本专利技术的另一方面，所述聚丙烯基共混型纳米复合材料中的聚丙烯∶增韧相∶纳米填充相的质量份数为90∶10∶1。本专利技术的另一方面，所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料是由母料与聚丙烯在抗氧剂存在下经过熔融共混而获得，其中所述抗氧剂的质量占所述母料与聚丙烯总量的0.2-0.4％，优选0.3％。本专利技术另一技术方案提供了一种如上所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：第一步，第一次熔融共混制备母料；以及，第二步，第二次熔融共混制备所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料。本专利技术另一技术方案还提供了一种如上所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：第一步，第一次熔融共混制备母料：选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯基共混型纳米复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料是由母料与聚丙烯在抗氧剂存在下经过熔融共混而获得，所述的母料是由聚合物基体、增韧相与纳米填充相经过熔融共混而获得。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯基共混型纳米复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料是由母料与聚丙烯在抗氧剂存在下经过熔融共混而获得，所述的母料是由聚合物基体、增韧相与纳米填充相经过熔融共混而获得。2.如权利要求1所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料，其特征在于，优选的，所述的聚合物基体选择为均聚型聚丙烯；所述的增韧相选择为乙烯-辛烯共聚物。3.如权利要求2所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料，其特征在于，所述聚合物基体与所述增韧相的密度为0.85-1.05g/mm3，优选0.91g/mm3。4.如权利要求1所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料，其特征在于，所述纳米填充相选择球状二氧化硅；所述球状二氧化硅选择粒径为20-40nm的经过硅烷偶联剂表面修饰的球状二氧化硅；优选所述球状二氧化硅的粒径为30nm。5.如权利要求1-4任一项所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料，其特征在于，所述聚丙烯基共混型纳米复合材料中的聚丙烯：增韧相：纳米填充相的质量份数比为90∶10∶1。6.如权利要求5所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料是由母料与聚丙烯在抗氧剂存在下经过熔融共混而获得，其中所述抗氧剂的质量占所述母料与聚丙烯总量的0.2-0.4％，优选0.3％。7.如权利要求1-6任一项所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，第一次熔融共混制备母料；以及，第二步，第二次熔融共混制备所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料。8.如权利要求7所述的聚丙烯基共混型纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，第一次熔融共混制备母料：选择密度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：迟晓红，程璐，刘晓伟，刘文凤，李盛涛，张晓虹，
申请(专利权)人：西安交通大学，哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61