本發(fā)明涉及高分子聚合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及聚丙烯(PP)的改性。
背景技術(shù)：
：聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹(shù)脂。按甲基排列位置分為等規(guī)聚丙烯(isotacticpolypropylene)、無(wú)規(guī)聚丙烯(atacticpolypropylene)和間規(guī)聚丙烯(syndiotacticpolypropylene)三種。甲基排列在分子主鏈的同一側(cè)稱等規(guī)聚丙烯，若甲基無(wú)秩序的排列在分子主鏈的兩側(cè)稱無(wú)規(guī)聚丙烯，當(dāng)甲基交替排列在分子主鏈的兩側(cè)稱間規(guī)聚丙烯。一般工業(yè)生產(chǎn)的聚丙烯樹(shù)脂中，等規(guī)結(jié)構(gòu)含量約為95％，其余為無(wú)規(guī)或間規(guī)聚丙烯。工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)物為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內(nèi)。通常為半透明無(wú)色固體，無(wú)臭無(wú)毒。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化，故熔點(diǎn)可高達(dá)167℃。耐熱、耐腐蝕，制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點(diǎn)。密度小，是最輕的通用塑料。缺點(diǎn)是耐低溫沖擊性差，較易老化。共聚物型的PP材料有較低的熱變形溫度(100℃)、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有更強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度，PP的沖擊強(qiáng)度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150℃。由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題。中國(guó)聚丙烯的工業(yè)生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，已經(jīng)基本上形成了溶劑法、液相本體-氣相法、間歇式液相本體法、氣相法等多種生產(chǎn)工藝并舉，大中小型生產(chǎn)規(guī)模共存的生產(chǎn)格局。中國(guó)的大型聚丙烯生產(chǎn)裝置以引進(jìn)技術(shù)為主，中型和小型聚丙烯生產(chǎn)裝置以國(guó)產(chǎn)化技術(shù)為主。中國(guó)聚丙烯在將來(lái)的幾年里產(chǎn)量會(huì)有較大的增長(zhǎng)，但生產(chǎn)仍然供不足需，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的聚丙烯凈進(jìn)口國(guó)。但由于國(guó)內(nèi)產(chǎn)量很快增長(zhǎng)，進(jìn)口依存度總體上呈下降趨勢(shì)。中國(guó)聚丙烯未來(lái)幾年內(nèi)，表觀消費(fèi)量依然會(huì)保持較高增速，進(jìn)口量將會(huì)增大，聚丙烯產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的前景廣闊。近幾年我國(guó)家用電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，品種多，產(chǎn)量大。2003年我國(guó)電冰箱產(chǎn)量為1850萬(wàn)臺(tái)，空調(diào)器4200萬(wàn)臺(tái)，洗衣機(jī)1700萬(wàn)臺(tái)，微波爐3500萬(wàn)臺(tái)。據(jù)“2004～2006年中國(guó)城市家庭影院市場(chǎng)研究咨詢報(bào)告”顯示，預(yù)計(jì)未來(lái)3年內(nèi)我國(guó)家庭影院系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到690萬(wàn)臺(tái)。另外，各種小家電也擁有巨大的潛在市場(chǎng)，這對(duì)改性PP來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極好的商機(jī)。我國(guó)一些塑料原料廠商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出洗衣機(jī)專用料如PP1947系列、K7726系列等，受到了洗衣機(jī)制造廠商的歡迎。因此，在未來(lái)幾年內(nèi)應(yīng)加大開(kāi)發(fā)家用電器PP專用料的力度，以適應(yīng)市場(chǎng)變化的需求。CN1948379A公開(kāi)了一種增強(qiáng)改性的超高分子量聚乙烯/聚丙烯復(fù)合材料，組成為：超高分子量聚乙烯10-90％，聚丙烯5-85％，超低密度聚乙烯0.5-5％，增容劑0.5-15％，聚烯烴基無(wú)機(jī)填料母粒1-30％，該復(fù)合材料將超高分子量聚乙烯、聚丙烯、超低密度聚乙烯、增容劑以及聚烯烴基無(wú)機(jī)填料母粒高速混合，混合物在170-240℃下擠出造粒。該復(fù)合材料既保持了超高分子量聚乙烯的優(yōu)異韌性，又具備了高的剛性和硬度。然而，仍然無(wú)法解決所得材料熱變形溫度低、力學(xué)性能差的缺點(diǎn)。電器產(chǎn)品中使用了大量的塑料，電器與電接觸，塑料具有可燃性，容易引起火災(zāi)，因此電器產(chǎn)品制造過(guò)程中急需使用高耐熱、高力學(xué)性能的聚丙烯材料，來(lái)保證電器商品(如電飯煲、電暖氣等)的安全性和使用壽命。如何開(kāi)發(fā)出安全可靠、有實(shí)用價(jià)值的高耐熱性、高力學(xué)性能的PP材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并且高耐熱性高力學(xué)性能的PP材料在電器制件上有著十分廣闊的應(yīng)用空間。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種同時(shí)兼具熱變形溫度低、力學(xué)性能強(qiáng)的高耐熱性、高力學(xué)性能的改性的聚丙烯復(fù)合材料，本發(fā)明通過(guò)在聚丙烯材料加工過(guò)程中優(yōu)化樹(shù)脂比例、并加入適當(dāng)份數(shù)的高耐熱性、高強(qiáng)度熱塑性樹(shù)脂材料，所得復(fù)合材料不僅可以減少無(wú)機(jī)填料的添加量，并且能夠在大幅提高聚丙烯耐熱性能的同時(shí)，提高其力學(xué)性能以及熱變形溫度。本發(fā)明提供一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯(PP)復(fù)合材料，按重量份計(jì)，原料包括：進(jìn)一步地，所述聚丙烯樹(shù)脂為單一的樹(shù)脂；或兩種以上不同拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的聚丙烯樹(shù)脂的混合。優(yōu)選拉伸強(qiáng)度皆大于20MPa、沖擊強(qiáng)度皆大于7KJ/m2的樹(shù)脂的混合。進(jìn)一步地，所述無(wú)機(jī)填料包括滑石粉、碳酸鈣、云母、方解石中的一種或其任意組合。進(jìn)一步地，所述聚四氟乙烯樹(shù)脂為單一的樹(shù)脂；或兩種以上不同拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的聚四氟乙烯樹(shù)脂的混合。進(jìn)一步地，所述增韌劑為單一的熱塑性彈性體；或者兩種以上不同力學(xué)性能的熱塑性彈性體的混合。優(yōu)選力學(xué)性能高的一種熱塑性彈性體或兩種以上熱塑性彈性體的混合。更優(yōu)選地，所述增韌劑選自聚烯烴彈性體(POE)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)中的一種或任意兩種的混合。進(jìn)一步地，所述其它助劑包括抗UV劑、抗氧化劑、和/或潤(rùn)滑劑。本發(fā)明還提供所述復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：按所述重量份稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘300-800轉(zhuǎn)的條件下混合(優(yōu)選為每分鐘500轉(zhuǎn))，待所述原料混合均勻后，對(duì)所述混合后的物料進(jìn)行造粒。進(jìn)一步地，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。本發(fā)明進(jìn)一步還提供所述的復(fù)合材料的用途，所述材料用于儀器儀表和/或消費(fèi)電器。進(jìn)一步地，所述用途包括小型儀表、冰箱內(nèi)壁和/或冰箱內(nèi)部零件、電視機(jī)外殼和/或電視機(jī)內(nèi)部零件、空調(diào)部件、商業(yè)機(jī)器、錄音和/或錄相磁帶盒、以及汽車內(nèi)飾部件。本發(fā)明所得高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料的性能參數(shù)包括：拉伸強(qiáng)度為21.6-39.2MPa；彎曲強(qiáng)度31.6-54.1MPa；缺口沖擊度2.1-4.8KJ/m2；熱變形溫度107.1-132.3℃；熔融指數(shù)17.3-32.6g/10min。本發(fā)明通過(guò)在聚丙烯(PP)改性過(guò)程中加入聚四氟乙烯高耐熱、高性能樹(shù)脂，通過(guò)調(diào)配、優(yōu)化各組分的加入量，在減少無(wú)機(jī)填料添加量的情況下，仍然能夠使得改性后的復(fù)合材料的耐熱性能大幅提高，同時(shí)，由于配方的優(yōu)化，使得本發(fā)明制備所得的復(fù)合材料在具備優(yōu)益的耐熱性能的同時(shí)，還具備較好的力學(xué)性能、以及較高的熱變形溫度。拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到39.2MPa、彎曲強(qiáng)度最高達(dá)54.1MPa、缺口沖擊度最高達(dá)4.8KJ/m2、熱變形溫度最高達(dá)132.3℃、熔融指數(shù)最高達(dá)32.6g/10min。具體實(shí)施方式以下基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。實(shí)施例中所用材料均滿足以下性能要求：PP：拉伸強(qiáng)度≥20.0MPa、小樣條彎曲強(qiáng)度≥23.0MPa、小樣條懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度≥7.5KJ/m2、熔融指數(shù)5-15g/10mim(測(cè)試條件：溫度為230度，質(zhì)量為2.16kg)、斷裂伸長(zhǎng)率≥200％、熱變形溫度≥70℃。優(yōu)選地，當(dāng)使用兩種以上不同拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的PP時(shí)，其中一種PP的拉伸強(qiáng)度為≥30.0MPa、小樣條懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為≥7.5KJ/m2，另一種PP的拉伸強(qiáng)度為≥20.0MPa、小樣條懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為≥8.5KJ/m2。聚四氟乙烯：拉伸強(qiáng)度≥20.0MPa、小樣條彎曲強(qiáng)度≥20.0MPa、小樣條懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度≥15.0KJ/m2、熔融指數(shù)5g/10mim(測(cè)試條件：溫度為230度，質(zhì)量為2.16kg)、斷裂伸長(zhǎng)率≥200％、熱變形溫度≥120℃。優(yōu)選地，當(dāng)使用兩種以上不同拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的聚四氟乙烯時(shí)，其中一種聚四氟乙烯的拉伸強(qiáng)度為≥20.0MPa、小樣條懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為≥18.0KJ/m2，另一種聚四氟乙烯的拉伸強(qiáng)度為≥20.0MPa、小樣條懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為≥18.0KJ/m2。其它助劑：UV劑、抗氧化劑和/或潤(rùn)滑劑可以單獨(dú)使用或混合使用，其中，當(dāng)混合使用時(shí)，各助劑以任意配比加入；優(yōu)選地，以助劑總重量為百分比基準(zhǔn)，抗氧化劑加入量為50％、潤(rùn)滑劑加入量為50％。實(shí)施例1：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂60kg、無(wú)機(jī)填料34kg、增韌劑5kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例2：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂70kg、無(wú)機(jī)填料24kg、增韌劑5kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例3：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂80kg、無(wú)機(jī)填料14kg、增韌劑5kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例4：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂73kg、無(wú)機(jī)填料24kg、增韌劑2kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例5：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂75kg、無(wú)機(jī)填料19kg、增韌劑5kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例6：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂65kg、無(wú)機(jī)填料24kg、增韌劑10kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例7：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂68kg、無(wú)機(jī)填料24kg、聚四氟乙烯2kg、增韌劑5kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例8：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂65kg、無(wú)機(jī)填料24kg、聚四氟乙烯5kg、增韌劑5kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例9：一種具有高耐熱性、高力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料，其配方組分包括：PP樹(shù)脂60kg、無(wú)機(jī)填料24kg、聚四氟乙烯10kg、增韌劑5kg、其它助劑：1kg(潤(rùn)滑劑與抗氧劑各0.5kg)。其制備工藝為：按上述重量稱取各原料，然后將所述原料全部加入高速混合機(jī)，在轉(zhuǎn)速為每分鐘500轉(zhuǎn)的條件下混合2-5分鐘，待所述原料混合均勻后，經(jīng)過(guò)混合后的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，擠出溫度為150-210℃。實(shí)施例1-9所得產(chǎn)品經(jīng)過(guò)性能測(cè)試所得的結(jié)果，見(jiàn)表1測(cè)試條件為：將實(shí)施例1～9經(jīng)改性造粒得到的粒子在160-205℃的注塑機(jī)中注塑成型拉伸、彎曲、沖擊樣條，按國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣條進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試樣條在測(cè)試前先在(23±2)℃，濕度(50±10)％的環(huán)境中放置88h。拉伸樣條尺寸：長(zhǎng)度(mm)寬度(mm)厚度(mm)150±210±0.24±0.2彎曲樣條尺寸：長(zhǎng)度(mm)寬度(mm)厚度(mm)80±210±0.24±0.2沖擊樣條尺寸：熱變形樣條尺寸：長(zhǎng)度(mm)寬度(mm)厚度(mm)80±210±0.24±0.2阻燃樣條尺寸：長(zhǎng)度(mm)寬度(mm)厚度(mm)125±513±0.51.5±0.1從測(cè)試結(jié)果分析可以看出：1)從實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例5可以看出隨著PP樹(shù)脂比例的增加，其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度皆均同時(shí)提高，這是因?yàn)殡S著PP樹(shù)脂的增加，無(wú)機(jī)填料含量相對(duì)減少，力學(xué)性能增強(qiáng)；但隨著PP樹(shù)脂增加導(dǎo)致復(fù)合材料中無(wú)機(jī)填料添加量的降低，由此易引起復(fù)合材料熱變形溫度隨之降低，從而使材料達(dá)不到高耐熱等級(jí)。因此，實(shí)施例2與實(shí)施例5中的PP樹(shù)脂與無(wú)機(jī)填料加入的比例最佳。2)從實(shí)施例4、實(shí)施例5和實(shí)施例6可以看到增韌劑可以很好地提高復(fù)合材料的抗沖擊性能，但同時(shí)會(huì)降低材料的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。與此同時(shí)，增韌劑添加量的增加會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料熱變形溫度的急劇下降，因此合適添加量的增韌劑十分重要。從實(shí)施案例來(lái)看，實(shí)施例5的增韌劑添加比例最佳。3)從實(shí)施例7、實(shí)施例8、實(shí)施例9可以看出添加聚四氟乙烯能很好地提高材料的力學(xué)性能，添加量越多，復(fù)合材料的力學(xué)性能更高，同時(shí)還能保證復(fù)合材料具有較好的熱變形溫度，但其熔融指數(shù)降低，會(huì)使加工性能變差。綜合加工性能和成本考慮，實(shí)施例8的高耐熱樹(shù)、高性能脂添加量最佳。4)從實(shí)施例1-5可以看出，隨著無(wú)機(jī)填料添加量的增加，材料的熱變形溫度會(huì)提升，但力學(xué)性能會(huì)降低，因此實(shí)施例2和實(shí)施例5的無(wú)機(jī)填料添加量為最佳比例。從上述實(shí)施例可知，通過(guò)添加適量的聚四氟乙烯，既能提高復(fù)合材料的耐熱性，又能提升復(fù)合材料的力學(xué)性能。從實(shí)施例2、實(shí)施例5、與實(shí)施例8可以看出，添加的高耐熱樹(shù)、高性能脂與PP樹(shù)脂有著很好的相容性，不需要添加相容劑就能也很好地互混，并增長(zhǎng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。根據(jù)上述實(shí)例可知，實(shí)施例8的制備方法，可以得到高耐熱、高力學(xué)性能的PP復(fù)合材料。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3