CN103554666A - 一种云母增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种云母增强聚丙烯复合材料及其制备方法，按重量百分比计，包括50%～85%的聚丙烯、10%～40%的云母粉和5%～10%的助剂。制备时，将聚丙烯、云母粉和助剂在塑料筒中混合3～10分钟，然后倒入双螺杆挤出机，在温度200～260℃和转速为330～430转/分钟的条件下挤成条状的初料；经水槽和空气冷却，再切成塑料粒子。本发明具有的有益效果：增加材料刚性及耐温指标，但没有降低材料的电性能等其它物理性能指标。比重更轻，可降低塑料零件的重量。可以部分替代更高成本的塑料材料（比如增强尼龙材料），以达到降低成本的作用。而且容易加工成各种塑料零件。制备方法简单，过程易控，产量高。

Description

一种云母增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种云母增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
一般玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有较高的刚性、耐热性，但是一方面，由于玻璃纤维在聚丙烯树脂中分布的长度远远大于玻璃纤维的直径，因此在较薄的产品部件中，玻璃纤维的取向极易导致产品翘曲；另一方面，聚丙烯是结晶性聚合物，聚丙烯球晶的大小以及结晶周期都直接影响玻璃纤维增强聚丙烯产品的翘曲程度
现有同类产品中，一般存在以下缺点：刚性指标不足、热变形温度较低、电绝缘性能一般。这在很大程度上限制了它的使用范围。
发明内容
本发明的目的之一是为了弥补现有技术的不足，提供一种电性能、物理性能和耐温性能等指标更高的云母增强聚丙烯复合材料。
本发明实现其目的采用的技术方案是：
一种云母增强聚丙烯复合材料，按重量百分比计，包括：
聚丙烯  50%～85%
云母粉  10%～40%
助剂    5%～10%。
作为优选的技术方案，所述助剂包括抗氧化剂和相容剂，所述助剂按重量百分比为：
抗氧化剂  0.3%～0.5%
相容剂    4.7%～9.5%。
作为优选的技术方案，所述聚丙烯包括共聚聚丙烯和均聚聚丙烯，所述聚丙烯按重量百分比为：
共聚聚丙烯  10～20%
均聚聚丙烯  40～65%。
聚丙烯，英文名称：Polypropylene，简称PP，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。共聚聚丙烯，是在Ziegler-Natta催化剂体系催化下，由丙烯聚合而成的；
均聚聚丙烯，是单一丙烯单体的聚合物，机械性能良好，耐热性能良好，其熔点为170℃左右，在无外力作用下，150℃不变形，化学稳定性好，耐酸、碱和有机溶剂，与大多数化学药品（如发烟硝酸、铬酸溶液、卤素、苯、四氯化碳、氯仿等）不发生作用，且几乎不吸水。
共聚聚丙烯比均聚聚丙烯的挠曲性好而刚性低，共聚聚丙烯的弯曲模量（1%应变时的割线模量）在483～1034MPa范围内，而均聚聚丙烯则在1034～1379MPa范围内。在化学稳定性、水蒸汽隔离性能和器官感觉性能（低气味和味道）方面，共聚聚丙烯与均聚聚丙烯基本相同。
均聚聚丙烯的增加能很好的起到提高硬度的作用。
相容剂又称增容剂，是指借助于分子间的键合力，促使不相容的两种聚合物结合在一体，进而得到稳定的共混物的助剂，这里是指高分子增容剂，目前比较好的相容剂通常以马来酸酐接枝。
云母粉是一种层状结构的硅酸盐，结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层，可弯曲，抗磨性和耐磨性好；耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定。测试数据：弹性模量1505-2134MPa。
抗氧化剂能减少或防止氧化作用发生。
本发明的另一个目的是提供一种云母增强聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
1）、将聚丙烯、云母粉和助剂在塑料筒中混合3～10分钟，搅拌混合均匀；
2）、把所述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度200～260℃和转速为330～430转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料；
3）、将所述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。
作为优选的技术方案，所述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色或者黑色。
本发明具有的有益效果：
通过调节各组分的配比，制得的云母增强聚丙烯复合材料有以下优点：
1）、有极高的电性能指标，耐电压数据高，绝缘性能好。
2）、增加材料刚性及耐温指标，但没有降低材料的其它物理性能指标。
3）、此配方材料与现有同类产品配方材料比较，物理性能相同时，比重轻20%，因此降低塑料零件的重量。
4）、是增强聚丙烯材料中，刚性及耐温和电性能最高的材料，可以部分替代更高成本的塑料材料（比如增强尼龙材料）。可以达到降低成本的作用（使用成本只有尼龙增强材料的70%）
5）、容易加工成各种塑料零件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅仅局限于实施例。
原料：
共聚聚丙烯：韩国SK公司，型号：B380G；
均聚聚丙烯：韩国SK公司，型号：H730F；
云母粉：国产安泰公司，型号：400目；
抗氧化剂：瑞士汽巴公司，型号：1050；
相容剂：国产成都蓝星公司，型号：3015。
一种云母增强聚丙烯复合材料，按重量百分比计，包括：
聚丙烯  50%～85%
云母粉  10%～40%
助剂    5%～10%。
上述助剂包括抗氧化剂和相容剂，上述助剂按重量百分比为：
抗氧化剂  0.3%～0.5%
相容剂    4.7%～9.5%。
上述聚丙烯包括共聚聚丙烯和均聚聚丙烯，上述聚丙烯按重量百分比为：
共聚聚丙烯  10～20%
均聚聚丙烯  40～65%。
制备时，步骤如下：
1）、将聚丙烯、云母粉和助剂在塑料筒中混合3～10分钟，搅拌混合均匀；
2）、把所述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度200～260℃和转速为330～430转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料；
3）、将所述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。
上述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色或者黑色。
实施例1
1）、取共聚聚丙烯10kg、均聚聚丙烯40kg、云母粉40kg、相容剂9.5kg和抗氧化剂0.5kg在塑料筒中混合3分钟，搅拌混合均匀；
2）、把上述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度200℃和转速为330转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料；
3）、将上述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。
上述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色或者黑色。
实施例2
1）、取共聚聚丙烯20kg、均聚聚丙65kg、云母粉10kg、相容剂4.7kg和抗氧化剂0.3kg在塑料筒中混合5分钟，搅拌混合均匀；
2）、把上述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度220℃和转速为350转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料；
3）、将上述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。
上述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色或者黑色。
实施例3
1）、取共聚聚丙烯15kg、均聚聚丙52.5kg、云母粉25kg、相容剂7.1kg和抗氧化剂0.4kg在塑料筒中混合7分钟，搅拌混合均匀；
2）、把上述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度240℃和转速为410转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料；
3）、将上述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。
上述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色或者黑色。
实施例4
1）、取共聚聚丙烯18kg、均聚聚丙46kg、云母粉30kg、相容剂5.5kg和抗氧化剂0.5kg在塑料筒中混合10分钟，搅拌混合均匀；
2）、把上述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度260℃和转速为390转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料；
3）、将上述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。
上述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色或者黑色。
实施例5
1）、取共聚聚丙烯12kg、均聚聚丙59kg、云母粉20kg、相容剂8.5kg和抗氧化剂0.5kg在塑料筒中混合8分钟，搅拌混合均匀；
2）、把上述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度250℃和转速为370转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料；
3）、将上述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。
上述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色或者黑色。
对以上各实施例制得的云母增强聚丙烯复合材料性能进行检测，并以上海石化生产的聚丙烯（PP），型号为T300、以及PP+20%的矿粉的配方作为对比，结果如下：
拉伸强度按ASTM D638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：
170(长)×(20±0.2)(端部宽度)×(4±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按ASTM D790标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)，弯曲速度为20mm/min；
冲击强度按ASTM D256标准检测，样条尺寸为63.5mm*12.7mm*3.2mm，缺口剩余宽度为10.71mm；
阻燃性按UL94标准检测，试样类型为试样尺寸(mm)：
(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)；
流动指数按照ASTM D1238检测，测试条件为260℃/2.16KG；
伸缩率按标准JB/T6396-2006检测；
热变形温度标准：ASTM D648，载荷1.82MPa，样条尺寸为128mm*13mm*6.4mm。
检测结果如下表1所示：
表1制得的云母增强聚丙烯复合材料与对比实验的性能参数
Figure BDA0000404334230000061
Figure BDA0000404334230000071
由表1可知，本发明各实施例制得的云母增强聚丙烯复合材料与传统的PP和PP+20%矿粉相比，具有以下优点：
有极高的电性能指标，耐电压数据高，绝缘性能好；
增加材料刚性及耐温指标，但没有降低材料的其它物理性能指标；
物理性能相同时，比重轻20%因此降低塑料零件的重量；
是增强聚丙烯材料中，刚性及耐温和电性能最高的材料，可以部分替代更高成本的塑料材料（比如增强尼龙材料）。可以达到降低成本的作用（使用成本只有尼龙增强材料的70%）
容易加工成各种塑料零件最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (6)

1.一种云母增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量百分比计，包括： 
聚丙烯  50%～85% 
云母粉  10%～40% 
助剂    5%～10%。 
2.根据权利要求1所述的云母增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧化剂和相容剂，所述助剂按重量百分比为： 
抗氧化剂  0.3%～0.5% 
相容剂    4.7%～9.5%。 
3.根据权利要求1所述的云母增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯包括共聚聚丙烯和均聚聚丙烯，所述聚丙烯按重量百分比为： 
共聚聚丙烯  10～20% 
均聚聚丙烯  40～65%。 
4.根据权利要求1所述的云母增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下： 
1）、将聚丙烯、云母粉和助剂在塑料筒中混合3～10分钟，搅拌混合均匀； 
2）、把所述步骤1）中混合后的原料取出，倒入双螺杆挤出机进料口，在温度200～260℃和转速为330～430转/分钟的条件下挤出，挤成条状的初料； 
3）、将所述步骤2）中得到的初料经过水槽和空气中冷却，再由切粒机切成塑料粒子，即得云母增强聚丙烯复合材料。 
5.根据权利要求4所述的云母增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为白色。 
6.根据权利要求4所述的云母增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）得到的云母增强聚丙烯复合材料的颜色为黑色。 
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