一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，属于塑料技术领域。本发明专利技术通过添加碳化硅纳米晶须，制备高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料，碳化硅纳米晶须作为改性剂可以提高无规共聚聚丙烯的耐寒性，改性后的无规共聚聚丙烯不但具有较好的韧性，还具有良好的耐热性和尺寸稳定性。碳化硅纳米晶须和无规共聚聚丙烯的接触面积较大，当树脂基体受到外力冲击时，在其周围可以产生较多的微裂纹吸收能量，同时，纳米晶须其与无规共聚聚丙烯的相容性较好，纳米晶须可以阻止裂纹的增长，晶须在加工应力的作用下，可以迅速有规律的排在塑化的基体中，并且能够防止裂纹的生长，使得能量能够快速的被分散，从而有效提高基材的耐寒性能。

Preparation of a High Strength Cold-Resistant Random Copolymer Polypropylene Composite

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，属于塑料

技术介绍
近几年各种各样的聚丙烯(PP)聚合物被广泛开发及应用，以PP为基体，先后开发了均聚的PPH(Ⅰ型)，嵌段共聚的PPB(Ⅱ型)和无规共聚的PPR(Ⅲ型)三种新型材料。其中无规共聚聚丙烯(PPR)是乙烯单体无规共聚入PP主链中开发的新型聚合物。PPR由于其优良的综合性能越来越多的受到人们的重视，应用领域不断扩大。主要用于管材、包装袋、汽车元件、家具等工业领域。PPR材料具有良好的耐热性和耐压强度，且高温蠕变性能良好。与其它塑料相比，在环保性、可回收利用性、加工工艺的复杂程度等方面都具有很大的优势。但是，由于PPR缺口冲击强度不高，尤其是在低温(低于0℃)或高应变速率下其脆性尤为突出，冲击性能等方面还远远达不到工业领域的各项技术要求，在一定程度上限制了其应用范围。因此，有效提高PPR材料的抗低温冲击性能就成为亟待解决的关键性技术问题。PPR聚合物材料及制品多用于管材、汽车元件、家具等工业领域。近几年，我国建筑行业更是普遍采用PPR管材作为室内外冷热水专用管。这就要求其不仅要具有良好的耐热性和耐压强度，还要具有较好的抗低温及超低温冲击韧性。尤其是在我国北方大部分地区，由于地理位置的原因平均气温较低，冬季的温度甚至可以达到-20℃～-30℃，普通PPR管材已经不能满足该区域的使用需求。因此，提高PPR材料抗低温冲击性能就成为扩大其使用区域及使用寿命的关键问题。获得高抗低温冲击强度PPR材料的方式主要有两种：其一，通过改性技术和相容性技术改善树脂/增强相的界面相容性与聚集态结构来提高材料的抗低温冲击性能；其二，采用退火技术，提高PPR材料分子链的流动性及结晶能力，降低球晶尺寸，诱导α晶向β晶的转变从而提高材料的综合力学性能。国内外研究者做了大量的工作，主要通过加入填料来提高PPR材料的力学性能，或者通过加入β成核剂以达到增强增韧的目的。然而以上方法均存在着明显的第二相分布不均、颗粒团聚及与基体相容性差等问题。这必然会导致材料的受力缺陷，从而加速低温下裂纹的产生及扩散。因此，针对亟需研制出一种综合性能优异的抗低温塑料材料，来弥补市场的空缺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有方法制备的无规共聚聚丙烯材料因为受力缺陷，从而加速低温下裂纹的产生及扩散的问题，提供了一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：(1)将无规共聚聚丙烯材料、改性碳纤维、碳化硅纳米晶须、硬脂酸钠、丙三醇、抗氧剂1010置于高速混合机，常温下以800～1000r/min转速搅拌混合20～30min，得混合料；(2)将混料料置于双螺杆挤出机中混合15～20min，挤出造粒，得混合粒料；(4)将混合粒料置于注塑机中保压注塑6～10s，常温冷却，得高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料。所述的无规共聚聚丙烯材料、改性碳纤维、碳化硅纳米晶须、硬脂酸钠、丙三醇、抗氧剂1010的重量份为80～100份无规共聚聚丙烯材料、16～20份改性碳纤维、20～25份碳化硅纳米晶须、8～10份硬脂酸钠、4～5份丙三醇、0.4～0.5份抗氧剂1010。步骤(2)所述的双螺杆挤出机的各区温度分别为一区温度220℃、二区温度230℃、三区温度220℃、四区温度210℃、模头温度190℃。步骤(3)所述的保压注塑的条件为温度190℃～230℃、压力50～60MPa。步骤(1)所述的碳化硅纳米晶须的具体制备步骤为：(1)将纳米二氧化硅、炭黑置于搅拌机中，常温下以200～250r/min转速搅拌20～30min，得混合粉末：(2)将混合粉末置于石墨坩埚中，并铺上碳纤维，置于管式气氛炉中，通入氩气保护，升温至1600～1700℃，保温煅烧8～10h，随炉冷却至室温，得碳化硅纳米晶须。所述的纳米二氧化硅、炭黑、碳纤维的重量份为20～30份纳米二氧化硅、10～15份炭黑、8～12份碳纤维。步骤(2)所述的氩气的通入速率为120～160mL/min，升温速率为20℃/min。步骤(1)所述的改性碳纤维的具体制备步骤为(1)将酸性重铬酸钾加入硝酸中，常温下以160～180r/min转速搅拌12～16min，得酸性改性液；(2)将碳纤维加入酸性改性液中，在70～80℃的水浴条件下以300～400r/min转速搅拌1～2h，得碳纤维悬浮液；(3)将碳纤维悬浮液置于超声波分散机中，在60～70℃的条件下超声处理40～60min，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤至中性，置于50～60℃的烘箱中干燥1～2h，剪切，得改性碳纤维；所述的碳纤维、酸性重铬酸钾、硝酸的重量份为20～30份碳纤维、4～6份酸性重铬酸钾、60～90份质量分数30％的硝酸。步骤(3)所述的超声处理的功率为400～500W，改性碳纤维的平均长度为6～8mm。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：(1)本专利技术以碳纤维为补强材料，并通过硝酸和酸性重铬酸钾改性，制备高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料，碳纤维是用分解温度低于熔融点温度的纤维状聚合物通过千度以上固相热解而制成的，在热裂解过程中排出其它元素，形成石墨晶格结构，用硝酸和酸性重铬酸钾氧化碳纤维，可使其表面产生羧基、羟基和酸性基团，氧化后的碳纤维表面所含的各种含氧极性基团和沟壑明显增多，增加表面粗糙度有利于碳纤维与基体树脂的机械嵌合，增强锚锭效应，石墨微晶越小，活性碳原子的数目就越多，越有利于纤维与树脂的粘合，碳纤维表面的官能团能与基体发生反应，形成化学键，经表面处理后，碳纤维表面石墨微晶变细，不饱和碳原子数目增加，极性基团增多，这有利于提高纤维与基体材料之间的结合力，提高复合材料层间剪切强度和力学强度；(2)本专利技术通过添加碳化硅纳米晶须，制备高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料，碳化硅纳米晶须作为改性剂可以提高无规共聚聚丙烯的耐寒性，改性后的无规共聚聚丙烯不但具有较好的韧性，还具有良好的耐热性和尺寸稳定性。因为碳化硅纳米晶须和无规共聚聚丙烯的接触面积较大，当树脂基体受到外力冲击时，在其周围可以产生较多的微裂纹吸收能量，同时，纳米晶须的外形为针状，长径比较大，以单晶的形式结晶，几乎没有缺陷，其与无规共聚聚丙烯的相容性较好，纳米晶须可以阻止裂纹的增长，防止其发展成使基体断裂的裂纹，晶须在加工应力的作用下，可以迅速有规律的排在塑化的基体中，并且能够防止裂纹的生长，使得能量能够快速的被分散，从而有效提高基材的耐寒性能。具体实施方式按重量份数计，分别称量20～30份碳纤维、4～6份酸性重铬酸钾、60～90份质量分数30％的硝酸，将酸性重铬酸钾加入硝酸中，常温下以160～180r/min转速搅拌12～16min，得酸性改性液，将碳纤维加入酸性改性液中，在70～80℃的水浴条件下以300～400r/min转速搅拌1～2h，得碳纤维悬浮液，将碳纤维悬浮液置于超声波分散机中，在60～70℃的条件下以400～500W的功率超声处理40～60min，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤至中性，置于50～60℃的烘箱中干燥1～2h，剪切，得平均长度6～8mm的改性碳纤维；再按重量份数计，分别称量20～30份纳米二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：(1)将无规共聚聚丙烯材料、改性碳纤维、碳化硅纳米晶须、硬脂酸钠、丙三醇、抗氧剂1010置于高速混合机，常温下以800～1000r/min转速搅拌混合20～30min，得混合料；(2)将混料料置于双螺杆挤出机中混合15～20min，挤出造粒，得混合粒料；(4)将混合粒料置于注塑机中保压注塑6～10s，常温冷却，得高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：(1)将无规共聚聚丙烯材料、改性碳纤维、碳化硅纳米晶须、硬脂酸钠、丙三醇、抗氧剂1010置于高速混合机，常温下以800～1000r/min转速搅拌混合20～30min，得混合料；(2)将混料料置于双螺杆挤出机中混合15～20min，挤出造粒，得混合粒料；(4)将混合粒料置于注塑机中保压注塑6～10s，常温冷却，得高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的无规共聚聚丙烯材料、改性碳纤维、碳化硅纳米晶须、硬脂酸钠、丙三醇、抗氧剂1010的重量份为80～100份无规共聚聚丙烯材料、16～20份改性碳纤维、20～25份碳化硅纳米晶须、8～10份硬脂酸钠、4～5份丙三醇、0.4～0.5份抗氧剂1010。3.根据权利要求1所述的一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的双螺杆挤出机的各区温度分别为一区温度220℃、二区温度230℃、三区温度220℃、四区温度210℃、模头温度190℃。4.根据权利要求1所述的一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的保压注塑的条件为温度190℃～230℃、压力50～60MPa。5.根据权利要求1所述的一种高强度耐寒无规共聚聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的碳化硅纳米晶须的具体制备步骤为：(1)将纳米二氧化硅、炭黑置于搅拌机中，常温下以200～250r/min转速搅拌20～30min，得混合粉末：(2)将混合粉末置...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑敏敏，
申请(专利权)人：浙江合塑控股有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33