成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件制造技术

本发明专利技术公开了一种成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件，涉及聚丙烯制件加工技术领域，由以下按重量计的组分经熔融共混常规注塑而得：聚丙烯100份、β成核剂0.01

【技术实现步骤摘要】
成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件

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[0001]本专利技术涉及聚丙烯制件加工
，具体涉及一种成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件。

技术介绍
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[0002]聚丙烯材料具有优异的综合性能，如热传导率低、耐高温、耐腐蚀、易加工等，被广泛应用于各个领域。但目前国产聚丙烯树脂性能与外进口树脂之间尚存在一定差距，国内聚丙烯器件的生产厂家大多采用进口树脂在进行生产，2010年我国进口聚丙烯超过400万吨。另外，采用常规技术加工的聚丙烯器件还存抗冲击强度性能差的缺陷。原因是制备的聚丙烯器件内主要生成的是呈粗大放射状的α型球晶，该球晶间的联系较小，易使材料产生应力集中，发生脆性断裂。
[0003]聚合物的性能不仅和其化学结构有关，还依赖于加工中形成的晶体结构，包括晶型和形态结构等。为此，国内外学术界和产业界为提高聚丙烯力学性能进行了大量研究，也公开了许多聚合物器件的新加工方法，如针对聚丙烯管低温韧性差的特性，对聚丙烯进行化学改性，在聚丙烯基体中引入了弹性相，从而提高了聚丙烯器件的低温韧性(Tan,H.Li,L.Chen,Z.Song,Y.Zheng,Q.,Polymer,2005,46,:3522)；在聚丙烯机体中添加碳纳米管，从而提高了聚丙烯制件的拉伸强度(Shanju Zhang,Wei Lin,Ching-Ping Wong，Zhang,et al.Acs Applied Materials&Interfaces，2010，2(6):1642-1647.)；添加β成核剂诱导形成大量的抗冲击性能优异的β晶于聚丙烯制件中，能够有效提高聚丙烯材料的韧性(Ruihua,L.,L.Zhujun,et al.Journal of Applied Polymer Science，2012，125(4):2764-2770).但是上述方法，只能单独提高聚丙烯制件的拉伸强度或者韧性，难以同时提高聚丙烯材料的强度和韧性。更为重要的是，为提高成核剂的成核效率，加工温度往往需要超过230℃，极端条件需达到270℃，不仅极大提高了能耗，同时可能引发降解，应用潜力受限。因此低温条件下制备高强高韧的聚丙烯制件是国民经济发展的关键需求，具有重大的理论和实际价值。

技术实现思路
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[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件，将成核剂自成纤技术引入聚丙烯器件制造领域，利用β型成核剂独特的自组装行为在聚丙烯制件注塑过程中形成纤维结构，通过控制极性添加剂的用量和种类，形成纳米搅拌作用，调控成核剂自成纤行为，诱导聚丙烯在纤维表面附生结晶，显著降低成纤温度，形成β型取向杂化串晶，从而获得拉伸强度和韧性均显著提高的新型聚丙烯制件。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0006]成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件，由以下按重量计的组分经熔融共混常规注塑而得：
[0007]聚丙烯
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100份
[0008]β成核剂
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0.01-3份
[0009]极性添加剂
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0.1-3份。
[0010]优选地，成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件，由以下按重量计的组分经熔融共混常规注塑而得：
[0011]聚丙烯
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100份
[0012]β成核剂
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0.05-1份
[0013]极性添加剂
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0.1-0.5份。
[0014]上述高强度高韧性聚丙烯制件的制备方法，先将聚丙烯与β成核剂、极性添加剂充分混合，将混合料置于双螺杆挤出机中，在转速20-50r/min、熔融段温度190-210℃、口模段温度180-190℃的条件下熔融挤出，冷却造粒，真空干燥后进行注塑加工，注塑过程中螺杆熔融温度控制在180-200℃，注塑压力5-30MPa，注射速度20-80mm/s，保压冷却，制得高强度高韧性聚丙烯制件。
[0015]所述干燥温度为120℃。
[0016]所述β成核剂为可通过分子间络合作用或氢键作用而自组装形成纤维的芳香族类、稀土类、有机酸及其盐类化合物中的至少一种。
[0017]所述极性添加剂为含氮，含氧化合物中的至少一种。
[0018]所述芳香族类β成核剂为TMB系列化合物、CHB-5化合物、NU-100化合物或NB-328化合物；稀土类β成核剂为WBG系列化合物；有机酸类β成核剂为DCHT化合物、异二酸肼或辛二酸。
[0019]所述聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的至少一种。
[0020]所述极性添加剂为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲酰胺、乙酰胺、二甲基乙酰胺、尿素、乙二醇、丙三醇、丁二醇、季戊四醇、苯甲酸、聚丙烯酸酯、聚乙二醇、聚氧化乙烯中的至少一种喷洒处理表面后的纳米碳酸钙、蒙脱土、活性炭、沸石中的至少一种。
[0021]在实际工业化生产中，也可根据需要添加其它公知的抗氧剂、稳定剂、增塑剂等加工助剂，以及其它一些有助于制件性能进一步增强的填料，如玻璃纤维等，前提是这些加工助剂对本专利技术目的实现和以及本专利技术优良效果的取得不能产生不利影响。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]1、由于本专利技术采用的β成核剂为通过分子间络合作用或氢键作用而自组装形成纤维的芳香族类、稀土类、有机酸及其盐类化合物，可在聚丙烯制件的注塑过程中，在设定的工艺条件实现β成核剂的自成纤，为增强制件强度和韧性作出贡献。
[0024]2、由于本专利技术采用成纤β成核剂，在采用的注塑过程中在剪切及速度诱导下，能够通过调整极性添加剂的用量和种类，调控形成沿轴向排列的不同长径比的成核剂纤维，促使聚合物沿纤维表面取向结晶，形成长径比各异的取向的β型晶体结构。由于β型聚丙烯同时具有良好的韧性，因而所得的聚丙烯制件不仅具有显著的轴向拉伸强度而且具有良好的韧性。
[0025]3、本专利技术所制聚丙烯制件的轴向拉伸强度为35～50MPa，轴向断裂伸长率为1000～1600％，抗冲击强度为8kJ/m2～35kJ/m2。
[0026]4、由于本专利技术是在熔点以上对β成核剂/聚丙烯复合材料进行加工，因而加工速度快，产量高，符合工业化大规模生产的要求。
[0027]5、由于本专利技术使用的β成核剂不仅增强效率高，且添加量少，因而使所制备的制件既具备高品质的竞争优势，又因成本低而更具价格竞争力。
[0028]6、本专利技术提供的方法工艺简单成熟，易于掌握控制，也便于推广应用。
附图说明：
[0029]图1为本专利技术实施例1由TMB-5型β成核剂/乙醇胺-碳酸钙/均聚聚丙烯制件中间层的偏光显微镜(PLM)照片；
[0030]图2为本专利技术实施例2由TMB-5型β成核剂/三乙醇胺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.成核剂自成纤制备的高强度高韧性聚丙烯制件，其特征在于：由以下按重量计的组分经熔融共混常规注塑而得：聚丙烯
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100份β成核剂
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0.01-3份极性添加剂
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0.1-3份。2.根据权利要求1所述的高强度高韧性聚丙烯制件，其特征在于：由以下按重量计的组分经熔融共混常规注塑而得：聚丙烯
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100份β成核剂
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0.05-1份极性添加剂
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0.1-0.5份。3.权利要求1所述的高强度高韧性聚丙烯制件的制备方法，其特征在于：先将聚丙烯与β成核剂、极性添加剂充分混合，将混合料置于双螺杆挤出机中，在转速20-50r/min、熔融段温度190-210℃、口模段温度180-190℃的条件下熔融挤出，冷却造粒，真空干燥后进行注塑加工，注塑过程中螺杆熔融温度控制在180-200℃，注塑压力5-30MPa，注射速度20-80mm/s，保压冷却，制得高强度高韧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李怡俊，吴磊，聂敏，王琪，胡伟，李汪洋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：