一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，由以下重量百分比的原料组成：共聚聚丙烯73～87％，层状纳米填料5～10％，纳米球形填料1～3％，超支化高分子增韧剂5～15％，稳定剂0.1～1％，其它添加剂0.1～2％。本发明专利技术的优点是：1、采用层状纳米填料与纳米球形填料复配协同作用的方式，其中少量纳米球形粒子的加入可以起到类似内润滑剂的效用，提高层状纳米填料在聚丙烯树脂基体中的分散性，从而提升对聚丙烯材料的增强增韧效果；2、采用超支化高分子增韧剂，在较低用量的情况下可显著提升聚丙烯材料的冲击性能，使材料具有超高韧性：缺口冲击强度达到50kJ/m

A kind of polypropylene nanocomposite with low density, low shrinkage and ultra-high toughness and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种聚丙烯纳米复合材料，具体为一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，属于高分子材料改性和加工领域。
技术介绍
随着“国六”及新能源汽车的全面到来，汽车轻量化技术已成为各大主机厂重点攻关的课题之一。聚丙烯材料凭借其高性价比及优越的加工性能，广泛应用于汽车内外饰件，如汽车仪表板、门护板、柱护板及保险杠等。然而聚丙烯材料普遍存在成型收缩率大、低温韧性差等缺陷，所以需要对聚丙烯材料进行改性。汽车用聚丙烯复合材料通常由聚丙烯、无机填料、弹性体增韧剂及其它添加剂组成。通常需要加入大量滑石粉或玻璃纤维等方式来降低材料的成型收缩率，这势必会造成聚丙烯材料韧性大幅度降低，同时材料的密度明显提高，增加最终零部件的重量，不利于汽车轻量化的发展需求。汽车轻量化的发展对零部件用聚丙烯材料性能提出了更高的要求，尤其是无缝气囊仪表板用的改性聚丙烯，同时要求材料具有高尺寸稳定性、高韧性甚至超高韧性。因此纳米填料用于改性聚丙烯材料的研究受到越来越多的关注。如中国专利CN108034138A公开了一种由聚丙烯树脂、纳米蒙脱土和相容剂组成的聚丙烯组合物，可实现聚丙烯/蒙脱土复合材料的增强增韧；专利CN107955270A公开了一种由聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、润滑剂及纳米增强母粒组成的新型聚丙烯纳米复合材料；以上方法虽然一定程度上改善了聚丙烯材料的韧性，但23℃缺口冲击强度仍在40kJ/m2以下，往往还是达不到气囊爆破要求较高的无缝气囊仪表板等零部件最终的性能要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，其特点是利用少量纳米球形粒子的加入起到类似内润滑剂的效用，提高层状纳米填料在聚丙烯树脂基体的分散性；采用超支化高分子增韧剂，其空间球形结构对无机纳米填料具有更好的分散作用；另外由于超支化高分子增韧剂表面含有大量的柔性聚烯烃长链段，通过分子链的相互作用容易在体系内形成三维网状结构，抵御外力对材料的冲击，显著提升材料的增韧效果。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，由以下重量百分比计的原料组成：上述低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料中：所述的共聚聚丙烯在230℃×2.16kg的测试条件下，其熔体流动速率为30～100g/10min。所述的层状纳米填料为纳米蒙脱土、纳米滑石粉、纳米云母、纳米高岭土中的一种或两种以上的组合物，优选纳米蒙脱土，其层间距为1～20nm。所述的纳米球形填料为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种或两种以上的组合物，优选平均粒径为60～100nm的纳米碳酸钙。所述的超支化高分子增韧剂为树枝状增韧剂，在230℃×2.16kg的测试条件下，其熔体流动速率为1～5g/10min，选自具有柔性聚烯烃长链段的树枝状聚合物，优选CYD-6000、CYD-6100A中的一种或其组合。所述的稳定剂为主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，选自3114、1010和DSTP中的一种或两种以上组合物；辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂，选自618和168中的一种或两种组合。所述的其它添加剂为各种颜色添加剂、光稳定剂和各种酯类或脂肪酸类润滑剂中的一种或以上的组合物。上述低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料的制备方法如下：(1)按重量配比称取原料；(2)将除层状纳米填料外的聚丙烯、纳米球形填料、超支化高分子增韧剂、稳定剂和其它添加剂在高速搅拌机中干混5～15分钟；(3)将上述混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，层状纳米填料从熔融段加料口加入到挤出机中，经熔融挤出、冷却造粒得到聚丙烯纳米复合材料，其中挤出机螺杆长径比为40，螺杆转速为250转/分，料筒温度从加料口到机头的各分区设定为：190℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：1、本专利技术通过采用层状纳米填料和纳米球形填料复配协同作用的方式，与单纯层状纳米填料填充增强聚丙烯材料相比，少量纳米球形粒子的加入可以起到类似内润滑剂的效用，提高层状纳米填料在聚丙烯树脂基体的分散性，从而提升对聚丙烯材料的增强增韧效果。2、采用的超支化高分子增韧剂为空间球形结构，对无机纳米填料具有更好的分散作用；另外由于超支化高分子增韧剂表面含有大量的柔性聚烯烃长链段，通过分子链的相互作用容易在体系内形成三维网状结构，有力抵御外力对材料的冲击，显著提升材料的增韧效果，可在较低用量的情况下使材料具有超高韧性。3、与传统滑石粉和弹性体增韧剂改性聚丙烯材料相比，本专利技术制备的聚丙烯纳米复合材料可实现减重达7％以上，且尺寸稳定性更好，这将有助于降低汽车零部件的重量，达到降低能耗的目的。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的范围不受这些实施例的限制，本专利技术的范围在权利要求书中提出。在实施例和对比例的复合材料配方中，所用共聚聚丙烯为埃克森美孚公司生产的聚丙烯，商品名为PP7555，其熔体流动速率为50g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)。纳米蒙脱土选用Rockwood公司生产的Cloisite93A。纳米碳酸钙选用江西华明纳米碳酸钙有限公司生产的SPSL-1，其平均粒径为60～90nm。常规无机填料选用滑石粉，商品牌号为HTP2，其平均粒径为5μm。超支化高分子增韧剂由威海晨源分子新材料有限公司提供，商品牌号为CYD-6100。弹性体增韧剂为DOW公司生产的乙烯-辛烯共聚物815A。主抗氧剂为Ciba公司的1010，以及英国ICE公司的DSTP；辅抗氧剂为Ciba公司的168。黑色母为市售。实施例1按重量配比称取聚丙烯87％、纳米碳酸钙1％、超支化高分子增韧剂5％、1010为0.1％、DSTP为0.2％、168为0.2％和黑色母1.5％，在高速搅拌机中干混8分钟后从主喂料口加入双螺杆挤出机；另称取5％的纳米蒙脱土通过侧喂料的方式在挤出机熔融段加料口加入，经熔融挤出、冷却造粒得到聚丙烯纳米复合材料，其中挤出机螺杆长径比为40，螺杆转速为250转/分，料筒温度从加料口到机头的各分区设定为：190℃、200℃、200℃、200℃、210℃、210℃、210℃。实施例2按重量配比称取聚丙烯83％、纳米碳酸钙2％、超支化高分子增韧剂5％、1010为0.1％、DSTP为0.2％、168为0.2％和黑色母1.5％，在高速搅拌机中干混8分钟后从主喂料口加入双螺杆挤出机；另称取8％的纳米蒙脱土通过侧喂料的方式在挤出机熔融段加料口加入，经熔融挤出、冷却造粒得到聚丙烯纳米复合材料，其中挤出机螺杆长径比为40，螺杆转速为250转/分，料筒温度从加料口到机头的各分区设定为：190℃、200℃、20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：由以下重量百分比计的原料组成：/n

【技术特征摘要】
1.一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：由以下重量百分比计的原料组成：





2.根据权利要求1所述的一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的共聚聚丙烯在230℃×2.16kg的测试条件下，其熔体流动速率为30～100g/10min。


3.根据权利要求1所述的一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的层状纳米填料为纳米蒙脱土、纳米滑石粉、纳米云母、纳米高岭土中的一种或两种以上的组合物。


4.根据权利要求3所述的一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的层状纳米填料为纳米蒙脱土，其层间距为1～20nm。


5.根据权利要求1所述的一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的纳米球形填料为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种或两种以上的组合物。


6.根据权利要求5所述的一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的纳米球形填料为平均粒径为60～100nm的纳米碳酸钙。


7.根据权利要求1所述的一种低密度、低收缩、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的超支化高分子增韧剂为树枝状增韧剂，在230℃×2.16kg的测试条件下，其熔体流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈通华，张锴，蔡青，周文，
申请(专利权)人：浙江普利特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33