一种聚丙烯复合材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及高分子复合材料领域，特别涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有价廉、质轻、耐化学腐蚀性好和易于加工等特点，被广泛应用于包装、汽车零部件和建筑材料等领域，是三大通用塑料之一。但是聚丙烯的韧性较差，抗冲击强度度较低，尤其是低温抗冲击抗冲击强度较低，因而限制了聚丙烯作为受力结构件的应用。
为了改善聚丙烯材料的低温抗冲击性能，传统的方法是在聚丙烯树脂中添加弹性体以提高材料的韧性，但是弹性体的加入会使材料的刚性和强度下降，因而现有的聚丙烯树脂增强增韧的方法通常是向聚丙烯树脂中加入无机刚性粒子和弹性体，以达到刚韧平衡的目的。
中国专利CN101429306A公开了一种超耐低温汽车保险杠专用料及其制备方法，上述方法提供的超耐低温汽车保险杠专用料是向聚丙烯树脂中加入无机刚性粒子碳酸钙、弹性体乙烯辛烯共聚物和烯烃嵌段共聚物以及偶联剂、抗氧剂等助剂通过挤出成型得到聚丙烯复合材料，上述方法提供的聚丙烯复合材料的虽具有较好的低温冲击性，但是由于弹性体价格高，因而提高了此类材料的生产成本。
【发明内容】
为了解决以上技术问题，本发明提供一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料具较好的低温冲击性且成本较低。
有鉴于此，本发明提供一种聚丙烯复合材料，包括：35wt％～80wt％的聚丙烯、7wt％～45wt％的聚乙烯、10wt％～30wt％的无机纳米粒子、0.1wt％～1wt％的抗氧剂和0.1wt％～1wt％的润滑剂。
优选的，所述聚乙烯的熔融指数为0.01～1g/min。
优选的，所述聚丙烯为乙烯-丙烯嵌段共聚物。
优选的，所述无机纳米粒子为碳酸钙、二氧化硅、氧化锌中的一种或多种。
优选的，所述无机纳米粒子为用偶联剂表面活化处理过的无机纳米粒子。
本发明还提供一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
将聚丙烯、聚乙烯、抗氧剂和润滑剂混合后塑炼，得到塑炼产物，所述聚丙烯、聚乙烯、抗氧剂和润滑剂的混合比例按重量计为35～80∶7～45∶0.1～1∶0.1～1；
将所述塑炼产物与无机纳米粒子混合后压塑成型，得到聚丙烯复合材料。
优选的，所述聚乙烯的熔融指数为0.01～1g/min。
优选的，所述聚丙烯为乙烯-丙烯嵌段共聚物。
优选的，所述压塑成型的温度为180℃～220℃，压力为7～13Mpa。
优选的，所述无机纳米粒子为用偶联剂表面活化处理过的无机纳米粒子。
基体聚合物的屈服应力和屈服应变的乘积越大，其与粒子共混体的脆韧转变越难以发生，脆韧转变温度越高，材料的低温抗冲击性越差。本发明提供的聚丙烯复合材料是以聚丙烯树脂和聚乙烯树脂为基体聚合物，虽然聚丙烯树脂具有较高的屈服应变，但向聚丙烯树脂中加入屈服应力及应变均小于聚丙烯、且与聚丙烯相容性较好的聚乙烯树脂，可降低基体聚合物屈服应力与屈服应变，进而降低基体聚合物屈服应力与屈服应变的乘积，使材料的脆韧转变能在较低的温度发生，从而使制得的聚丙烯复合材料具有较高低温抗冲击性，同时由于聚乙烯树脂价格较低，进而降低了此类聚丙烯复合材料的生产成本。本发明还提供了一种制备上述聚丙烯复合材料的方法，采用本发明提供的方法制备可以以较低的成本制备出低温抗冲击性好的聚丙烯复合材料。
【附图说明】
图1为本发明实施例1制备的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图；
图2为本发明实施例2制备的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图；
图3为本发明实施例3制备的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图；
图4为本发明实施例4制备的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图；
图5为本发明比较例1制备的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图。
【具体实施方式】
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明地特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种聚丙烯复合材料，包括：35wt％～80wt％的聚丙烯、7wt％～45wt％的聚乙烯、10wt％～30wt％的无机纳米粒子、0.1wt％～1wt％的抗氧剂和0.1wt％～1wt％的润滑剂。
本发明实施例采用的聚丙烯可以为乙烯-丙烯嵌段共聚物、均聚聚丙烯或乙烯-丙烯嵌段共聚物与均聚聚丙烯的混合物，优选采用乙烯-丙烯嵌段共聚物；复合材料中聚丙烯的含量为35wt％～80wt％，优选含量为40wt％～70wt％。
向复合材料体系中加入聚乙烯树脂的目的是降低基体聚合物的屈服应力和屈服应变，进而降低基体聚合物与粒子共混体的脆韧转变温度，提高材料的低温抗冲击性，本发明实施例中优选采用熔融指数为0.01g/min～1g/min的聚乙烯，若选用的聚乙烯分子量过小，会影响复合材料的力学性能，若聚乙烯分子量过大，则会影响复合材料的加工性能，同时，为了增强复合材料的耐腐蚀耐氧化性能，优选采用密度为0.96g/cm3～0.99g/cm3的高密度聚乙烯；复合材料中聚乙烯树脂的含量为7wt％～45wt％，优选含量为10wt％～40wt％。
无机纳米粒子可增强复合材料体系中起增韧作用，选用的无机纳米粒子包括但不限于碳酸钙、二氧化硅、氧化锌中的一种或多种，优选采用粒径为30nm～80nm的纳米碳酸钙，按照本发明，更优选采用经偶联剂经表面活化处理过无机纳米粒子，无机纳米粒子经过活化处理后，具有较好的活性，从而使无机纳米粒子与聚丙烯树脂和聚乙烯树脂具有更好的相容性，更加均匀的分散于复合材料体系中，偶联剂优选为硬脂酸类偶联剂、钛酸脂类偶联剂和硅烷类偶联剂中的一种或几种。
本发明实施例选用的抗氧剂包括但不限于：受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂或磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种，优选采用四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和/或三(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸酯。润滑剂可以为液体石蜡、硬脂酸或硬酯酸钙。
本发明实施例还提供一种制备上述聚丙烯复合材料的方法，包括：
将聚丙烯、聚乙烯、抗氧剂和润滑剂混合后塑炼，得到塑炼产物，所述聚丙烯、聚乙烯、抗氧剂和润滑剂的混合比例按重量计为35～80∶7～45∶0.1～1∶0.1～1；
将所述塑炼产物与无机纳米粒子混合后压塑成型，得到聚丙烯复合材料。
按照本发明，塑炼可以采用本领域技术人员熟知的方法，如将原料放入密炼机或开炼机中进行塑炼，本发明对此并无特别限制；压塑成型的温度优选为180℃～220℃，压力优选为7～13Mpa。
为了使本领域技术人员进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的聚丙烯复合材料的制备方法进行描述，以下实施例使用的聚丙烯均中国石化燕山石化公司提供，型号为PPK8303，熔融指数为2.5g/10min(230℃，2.16kg)；聚乙烯均由中国石油辽阳石化公司提供，型号为HDPE7750，熔融指数为0.6g/10min(190℃，2.16kg)；抗氧剂均为汽巴精化公司提供，型号为Irganox1010或Iragafos168；润滑剂均由吉林市大宇化工有限公司提供，纳米碳酸钙均由苏威集团提供，商品牌号为SOCAL 322，粒径为50nm；纳米二氧化硅均由河南王屋纳米科技有限公司提供，型号为RNS-A，粒径为25nm。
实施例1
分别取56g聚丙烯、24g聚乙烯、0.5g抗氧剂Irganox1010、0.5g润滑剂并将其混合，将混合后的原料加入密炼机中进行塑炼，密炼机转速为80转/分，塑炼2分钟后得到塑炼产物；
将19g纳米碳酸钙缓慢加入上步得到的塑炼产物中混合15分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为200℃，热压压力为10Mpa，得到聚丙烯复合材料。
取规格为63.3mm×12.7mm×3.2mm的本实施例制得的聚丙烯复合材料，测量试样的缺口Izod冲击强度，参见图1为本实施例制得的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图，由图可知，本实施例制备的聚丙烯复合材料在0℃的缺口Izod冲击强度约为34KJ/m2，-10℃的缺口Izod冲击强度约为16KJ/m2，-20℃的缺口Izod冲击强度可达到13KJ/m2，因此本实施例制备的聚丙烯复合材料在较低温度仍具有较高的抗冲击性能。
实施例2
分别取63.5g聚丙烯、8g聚乙烯、0.3g抗氧剂Irganox1010、0.2g润滑剂并将其混合，将混合后的原料加入密炼机中进行塑炼，密炼机转速为70转/分，塑炼3分钟后得到塑炼产物；
将28g纳米碳酸钙缓慢加入上步得到的塑炼产物中混合15分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为190℃，热压压力为8Mpa，得到聚丙烯复合材料。
取规格为63.3mm×12.7mm×3.2mm的本实施例制得的聚丙烯复合材料，测量试样的缺口Izod冲击强度，参见图2为本实施例制得的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图。由图可知，本实施例制备的聚丙烯复合材料在0℃的缺口Izod冲击强度约为15KJ/m2，-10℃的缺口Izod冲击强度约为11KJ/m2，-20℃的缺口Izod冲击强度约为8KJ/m2，因此本实施例制备的聚丙烯复合材料在较低温度仍具有较高的抗冲击性能。
实施例3
分别取64g聚丙烯、16g聚乙烯、0.4g抗氧剂Irganox 1010、0.6g润滑剂并将其混合，将混合后的原料加入密炼机中进行塑炼，密炼机转速为80转/分，塑炼3分钟后得到塑炼产物；
将19g纳米碳酸钙缓慢加入上步得到的塑炼产物中混合15分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为200℃，热压压力为10Mpa，得到聚丙烯复合材料。
取规格为63.3mm×12.7mm×3.2mm的本实施例制得的聚丙烯复合材料，测量试样的缺口Izod冲击强度，参见图3为本实施例制得的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图。由图可知，本实施例制备的聚丙烯复合材料在0℃的缺口Izod冲击强度约为27KJ/m2，-10℃的缺口Izod冲击强度约为15KJ/m2，-15℃的缺口Izod冲击强度可达到13KJ/m2，因此本实施例制备的聚丙烯复合材料在较低温度仍具有较高的抗冲击性能。
实施例4
分别取54g聚丙烯、32g聚乙烯、0.8g抗氧剂Iragafos 168、0.6g润滑剂并将其混合，将混合后的原料加入密炼机中进行塑炼，密炼机转速为85转/分，塑炼2分钟后得到塑炼产物；
将12.6g纳米二氧化硅缓慢加入上步得到的塑炼产物中混合15分钟，然后将共混物在平板硫化机上压塑成型，压塑温度为210℃，热压压力为12Mpa，得到聚丙烯复合材料。
取规格为63.3mm×12.7mm×3.2mm的本实施例制得的聚丙烯复合材料，测量试样的缺口Izod冲击强度，参见图4为本实施例制得的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图。由图可知，本实施例制备的聚丙烯复合材料在0℃的缺口Izod冲击强度约为41KJ/m2，-10℃的缺口Izod冲击强度约为20KJ/m2，-20℃的缺口Izod冲击强度约为17KJ/m2，-25℃的缺口Izod冲击强度可达到13KJ/m2，因此本实施例制备的聚丙烯复合材料在较低温度仍具有较高的抗冲击性能。
比较例1
分别取80g聚丙烯、19g纳米碳酸钙、0.5g抗氧剂和0.5g润滑剂并将其混合，将混合后的原料加入双螺杆挤出机中挤出造粒得到聚丙烯复合材料，挤出过程中机筒温度为220℃，螺杆转速为100转/分。
取规格为63.3mm×12.7mm×3.2mm的本实施例制得的聚丙烯复合材料，测量试样的缺口Izod冲击强度，参见图5为本比较例制得的聚丙烯复合材料抗冲击强度与温度的关系曲线图。由图可知，本实施例制备的聚丙烯复合材料在0℃的缺口Izod冲击强度约为10KJ/m2，-10℃的缺口Izod冲击强度约为8KJ/m2，-15℃的缺口Izod冲击强度仅为7KJ/m2，因此本比较例制备的聚丙烯复合材料在较低温度的抗冲击强度较低。
由上述结果可知，采用本发明提供的聚丙烯复合材料在-20℃～30℃仍具有较高抗冲击性，并且生产成本低，进而扩大了聚丙烯复合材料的使用范围，特别适合用作汽车保险杠、挡泥板等部件。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。