CN105566753B - 一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，其特点是聚丙烯和β成核剂按照一定配比混合造粒后，与纯的聚丙烯颗粒，经过微纳层状共挤装置熔融挤出，得到一种β横晶含量可控、连续有序且高度取向的高韧性聚丙烯交替层状材料。本发明解决了普通制备工艺无法制备大量的、有序的β横晶，无法调控β横晶的含量等问题，而且本发明操作简单，可连续性生产，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，具有广阔的工业化和市场前景。

Description

一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，更具体的说是涉及使用了一种微纳层状共挤出技术制备纯聚丙烯层和添加了β成核剂的β-聚丙烯层交替排列的多层材料，这种聚丙烯多层材料含有含量可控、连续有序且高度取向的β横晶层，属于聚合物基复合材料制备工艺领域。
背景技术
聚丙烯（PP）因为其低廉的价格和优良的各项性能在生产生活中得到广泛的应用。作为一种半结晶性聚合物,聚丙烯它的性能和用途也很大程度上取决于其结晶行为。聚丙烯主要有3种晶型：α晶，β晶和γ晶[Meille S V, et al. Macromolecules 1990, 23,4114-4121]。其中，β晶因为其对韧性的贡献而被广泛应用于科学研究和工业生产。与α晶不同的是，在正常条件下，β晶是很难制备的，只有在一些特殊情况下可以形成，例如温度梯度、熔融剪切、加入成核剂等。在这些制备大量β晶的方法中，最有效最简便的方法便是外加β成核剂。在现阶段，β成核剂已经被广泛的应用于改善聚丙烯的力学性能以及微孔膜了制备等领域。
另外，聚丙烯还有多种晶体形态，如球晶、串晶和横晶等等。自从1952年发现横晶结构以来，学者们进行了大量的研究工作。当PP熔体与异相表面接触时，异相表面可形成密度很高的结晶成核点，使PP晶片的生长只能沿垂于异相表面的方向进行，导致晶片呈平行排列的PP横晶。目前对PP横晶的研究主要集中在诱导方法、成核机制、成长规律、结晶动力学以及对力学性能的影响等方面.[ Ning N, et al. Progress in Polymer Science,2012, 37: 1425– 1455.] 获得PP横晶最常用的方法是在PP基体中加入或原位形成纤维，其形成机理大致可分为应力成核机理和杂质成核机理。纤维种类、表面处理、结晶温度、剪切作用、PP分子量是影响PP横晶形成的重要因素。不同种类的纤维具有不同的成核能力，当纤维成核能力不强时,可通过对纤维表面进行处理或在纤维表面涂覆成核剂来诱导横晶生成。
大量研究表明，PP横晶的生成可以改善纤维和基体界面的粘合，改善界面应力传递，从而提高界面剪切强度。很多学者也研究发现PP横晶可改善材料的宏观力学性能，如拉伸强度、冲击强度、弯曲强度等。[Quan H, et al. Compos. Sci. Technol. 2005, 65,999-1021]
鉴于横晶机构和β晶对改善聚丙烯性能的贡献，我们可以推测，兼具有横晶结构和β晶型的β横晶对于改善聚丙烯性能有着潜在的优势。然而，大多数文献报道的横晶是α晶，只有少量的研究工作制备了β横晶。（1）当聚丙烯在拉伸纤维周围的剪切熔体中结晶时，分子取向导致了晶型转变从而制备β横晶[Varga J, et al. J. Polym. Sci. Part B:Polym. Phys. 1996, 34, 657-670.]。根据这一原则，闫寿科等进行了大量的研究工作，并发现β横晶的生成与纤维的引入温度和结晶温度有关。（2）利用沿一维方向定向排布的β成核剂提供高密度的成核点，从而制备β横晶。郑国强等[Hao X Q, et al. Express. Polym.Lett. 2011, 5, 1-017.]在PET纤维中添加β成核剂，利用纤维来诱导聚丙烯生成β横晶。傅强等[Luo F, et al. Macromolecules 2009, 42, 9325-9331]利用模压成型使β成核剂呈针状分布，也得到了β横晶。
上述的这些制备β横晶的方法，不管是拉伸纤维、加入β成核剂还是将纤维与成核剂联用，聚丙烯体系中β横晶主要产生在纤维与基体的接触面。在传统方法中，纤维的排布较杂乱，因此诱导形成的横晶在整体上为各项同性，难以在特定方向上实现增强。只有通过剪切场等手段使纤维取向，才能得到各向异性的横晶，但这些方法仍难使PP横晶高度取向而且横晶在纤维表面呈一维分布。另外，受纤维长度和加工条件影响，纤维很难在受力方向上连续分布，形成的横晶也不是连续的，其增强效果受到影响。更重要的是，传统的制备方法制备的β横晶在基体中的含量是不可控的，难以得到不同含量的横晶体系，更加难以获得高β横晶含量的制品。这就严重阻碍了β横晶对基体成孔、阻隔等性能，这些需要有大量有序多维存在β横晶体系，进行研究工作，也阻碍了对β横晶这种独特的晶体形态潜在应用价值的探索。因此，制备连续、高度取向且含量可控的PP横晶需要新的思路和方法。
在PP基体中，传统方法得到的β横晶除了具取向度不高、不连续而且含量不可控的问题之外，其研究还存在如下局限性：（1）所得到的现象和规律基本上是在PP本体中得到，也就是说PP并不处于受限状态；（2）PP横晶对性能的影响局限于力学性能方面，对功能化的研究较少；（3）横晶的形成离不开纤维，仅使用成核剂诱导PP横晶的研究很少，这是因为现有方法难以实现成核剂在PP中的定向排布。
综上所述，如何解决现有PP横晶研究存在的问题，以及如何实现PP基微纳材料高性能和功能化，利用成核剂在受限空间构筑连续有序PP横晶并调控PP横晶在受限空间的结晶行为是一种有效手段。为此，申请者创造性地利用微纳层共挤出的限位效应将β成核剂定向分布在PP膜的特定区域，形成PP层和PP/β成核剂层交替排列的层状结构，在层状受限PP层构筑连续有序的β横晶。β横晶层位于纯聚丙烯层且厚度一致，β横晶形成于纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的界面处且沿垂直于界面的方向生长，β横晶沿界面层连续分布且β-晶片有序排列。β横晶层的厚度由成核剂种类、成核剂含量、结晶温度和纯PP层厚度决定。β横晶的含量是可控的，由纯聚丙烯层的层数和层厚、以及结晶温度共同决定。通过调节成核剂种类、含量、层数、层厚比可调控PP横晶的含量、连续性和有序度，所形成的PP横晶具有连续、高度取向、含量可调控的特点，将为PP横晶的基本科学问题研究提供强有力手段。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，使用该方法制备的聚丙烯含有连续有序、高度取向且含量可调控的β横晶。
本发明的技术原理是：β横晶的形成的条件是在具有致密成核点基体或纤维表面诱导生长，使得晶片沿着垂直于基体或纤维表面的方向横向生长。因此，利用微层共挤出装置，得到β-PP层和纯PP层交替排列的层状结构。利用β-PP层中，分布在界面处的β成核剂来诱导纯PP层产生横晶。因为β-PP层和纯PP层的结晶温度存在，因此，在PP层中，界面处的β-横晶先生长，挤占α球晶的生长空间，最终得到PP层以β横晶为主的聚丙烯材料。同时，通过控制熔体泵调节β-PP层和纯PP层的厚度比，可以使得β-PP层相对较薄，PP层相对较厚，整个体系中β横晶的含量相对较多，得到高含量β横晶的聚丙烯材料；通过调节层倍增器的个数来调节PP层的厚度，使得在PP层中以β横晶结构为主，从而得到一种含有大量、二维有序的β横晶的聚丙烯材料。
本发明基于上述原理，实现上述发明目的所采用的技术方案是：本发明包括如下步骤：
第一步，将聚丙烯颗粒和β成核剂按照质量分数配比99.9%-99.0%:0.1%-1.0%进行配料得到原料组分；
第二步，将原料组分干燥、预混合、造粒，干燥后得到β-聚丙烯颗粒；
第三步，将第二步得到的β-聚丙烯颗粒和纯聚丙烯颗粒分别投入由挤出机（A、B）、熔体泵（C、D）、分配器(E)、倍增器（F）、口模（G）、三辊压延机（H）和牵引机（I）构成的微纳层状共挤装置的两台挤出机（A、B）中，熔融塑化后，两股熔体通过熔体泵（C、D）的加压和计量后在分配器(E)中叠合，经过n个倍增器（F）的切割和叠合后，从出口模（G）流出，再经过三辊压延机（H）的压制和牵引机（I）的牵引而得到2n+1层纯聚丙烯层和β-聚丙烯层交替排列的聚丙烯材料。
上述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，其特征在于在上述第二步与第三步之间增设如下步骤：将第二步得到的β-聚丙烯颗粒（高含量母料）与纯聚丙烯配比混合后投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，干燥后得到精确含量的β-聚丙烯颗粒；再将所得到的β-聚丙烯颗粒投入到第三步中的微层共挤装置中的的挤出机中。
上述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，其特征在于β成核剂为稠环类化合物、有机酸及其盐类、酰胺类、稀土类、高分子类和无机物类中的一种。
上述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，其特征在于微纳层状共挤装置的挤出机A和挤出机B的转速比为0.1-10之间的任一值（包括0.1和10），熔体泵C和熔体泵D的流量比值与挤出机A和挤出机B的转速比值相同；倍增器的数量n=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14；出口模的厚度为0.1-4mm，宽度为20-1500mm；牵引机的牵引速度为0.1-10m/min；三辊压延机的辊温为100-140℃。
上述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，其特征在于制备的聚丙烯材料的总厚度为0.05-4mm；宽度为18-1500mm;总层数为2n+1(n= 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14)；界面层数量为2n+1-1(n= 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14)；纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的层厚比为0.1-10之间的任一值（包括0.1和10）。
上述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料及其制备方法，其特征在于挤出机(A、B)的加料口、输送段、熔融段、均化段、分配器（E）、层倍增器(F)的温度分别为100～180°C、160～240°C、160～240°C、160～240°C、160～240°C、160～240°C。
本发明制备的多层聚丙烯材料具有如下显著特点：
（1）该材料的结构如图2所示，由纯聚丙烯层和添加了β成核剂的β-聚丙烯层交替排列而成，总层数为2n+1（n为整数且大于等于0），总厚度为T，总宽度为D。纯聚丙烯层和β-聚丙烯层之间存在连续界面层，界面层的数量为2n+1-1。纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的厚度比为r。
（2）β横晶层位于纯聚丙烯层且厚度一致，β横晶形成于纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的界面处且沿垂直于界面的方向生长，β横晶沿界面层连续分布且β-晶片有序排列。β横晶层的厚度由成核剂种类、成核剂含量、结晶温度和纯PP层厚度决定。β横晶的含量是可控的，由纯聚丙烯层的层数和层厚、以及结晶温度共同决定。根据制备条件，β-聚丙烯层可被β横晶充满，也可不被β横晶充满。
（3）材料的总层数2n+1和界面层数量2n+1-1由微纳层状共挤装置中倍增器数量n决定，纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的厚度比由对应的挤出机转速粗调和熔体泵流量精确调控。材料的总厚度和宽度由出口模尺寸和牵引速度决定。材料的结晶温度由三辊压延机的辊温决定。
(4 ) 聚丙烯β横晶对材料的韧性有显著提升，通过调控体系中β横晶的含量即可得到具有高含量β横晶的高韧性聚丙烯材料。
本发明具有以下优点：
（1）本发明所提供的在聚丙烯材料中制备大量有序β横晶的方法，可以得到一层β球晶、一层β横晶交替排列的多层材料，对聚丙烯材料的韧性、力学性能等有明显改善。
（2）在本发明所提供的在聚丙烯材料中制备大量有序β横晶的方法中，PP层厚度可调（可通过熔体泵精确调控），可以研究PP横晶在不同尺度层状受限空间（微米级到纳米级）的成核和生长机制。
（3）本发明所制备的β横晶含量可调，可通过调节成核剂种类、成核剂含量、层状材料的层数、层间层厚比调控PP横晶的含量。
（4）本发明所制备的β横晶不同于一维纤维诱导的柱状横晶，在二维界面连续、有序排布，呈高度取向。
（5）由于是在挤出机中实现聚丙烯材料的制备，本发明提供的方法具有简单易操作，生产成本低，效率高，设备维护方便等特点。
（6）本发明提供的方法不使用溶剂，不需要后续处理，具有无毒、无污染的特点。
本发明产生的具体积极效果，可通过后面的实施例来进行说明。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1为本发明所涉及的微纳层状共挤装置的结构示意图。在图中，A，B：挤出机，C，D：熔体泵，E：分配器，F：层倍增器，G：出口模，H：三辊压延机，I：牵引机。
图2为交替层状PP膜结构示意图以及横晶的形成。在图中，总厚度为T，总宽度为D。
图3为交替层状PP和纯PP的DSC测试曲线。
图4为交替层状PP和纯PP的XRD测试曲线。
图5为交替层状PP膜的POM照片。
图6为交替层状PP膜的SEM照片。
图7为交替层状PP膜的2D-WAXD图像。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。在以下各实施例中，各组分的用量均为重量用量。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的原料包括以下组分及质量分数含量:
组分 质量分数
聚丙烯（PP） 50
β聚丙烯（β-PP） 50
其中，β-聚丙烯粒料由纯聚丙烯和0.3%质量分数的稀土类β成核剂（商品名WBG）干混后经双螺杆挤出机挤出并造粒后得到。
将纯聚丙烯和β-聚丙烯粒料分别投入由挤出机、熔体泵、分配器、倍增器、口模、三辊压延机和牵引机构成的微纳层状共挤装置的两台挤出机（A、B）中，熔融塑化后，两股熔体通过熔体泵（C、D）的加压和计量后在分配器(E)中叠合，经过n个倍增器（F）的切割和叠合后，从出口模（G）流出，再经过三辊压延机（H）的压制和牵引机（I）的牵引制得纯聚丙烯层和β-聚丙烯层交替排列的聚丙烯材料。挤出机A和挤出机B的转速比为1，熔体泵C和熔体泵D的流量比值与挤出机A和挤出机B的转速比值相同，倍增器的数量n=5，出口模的厚度为2mm，宽度为40mm，牵引机的牵引速度为1m/min；三辊压延机的辊温为130℃。挤出机(A、B)的加料口、输送段、熔融段、均化段、分配器（E）、层倍增器(F)的温度分别为180°C、190°C、200°C、200°C、200°C、195°C。
所制备的交替多层材料的总厚度为2mm；宽度为40mm;总层数为64(n= 5)；界面层数量为63(n= 5)；纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的层厚比为1。
对所制备的样品分别进行DSC、XRD、POM和SEM测试，测试结果分别如图3、图4、图5和图6所示。
各项测试的结果均现实，在纯PP层中得到了大量的β横晶，并且β横晶沿着垂直于层界面的方向对称生长，呈高度取向。DSC和XRD的结果显示，交替多层材料中，β晶体的含量达到90.4%，经过计算之后，β横晶的含量高达42.6%。
实施例2
一种一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的原料包括以下组分及质量分数含量:
组分 质量分数
聚丙烯（PP） 50
β聚丙烯（β-PP） 50
其中，β-聚丙烯粒料由纯聚丙烯和0.5%质量分数的酰胺类β成核剂（商品名TMB-5）干混后经双螺杆挤出机挤出并造粒后得到。
将纯聚丙烯和β-聚丙烯粒料分别投入由挤出机、熔体泵、分配器、倍增器、口模、三辊压延机和牵引机构成的微纳层状共挤装置的两台挤出机（A、B）中，熔融塑化后，两股熔体通过熔体泵（C、D）的加压和计量后在分配器(E)中叠合，经过n个倍增器（F）的切割和叠合后，从出口模（G）流出，再经过三辊压延机（H）的压制和牵引机（I）的牵引而纯聚丙烯层和β-聚丙烯层交替排列的聚丙烯材料。挤出机A和挤出机B的转速比为1，熔体泵C和熔体泵D的流量比值与挤出机A和挤出机B的转速比值相同，倍增器的数量n=1、3 、5，出口模的厚度为1mm，宽度为80mm，牵引机的牵引速度为2m/min；三辊压延机的辊温为130℃。挤出机(A、B)的加料口、输送段、熔融段、均化段、分配器（E）、层倍增器(F)的温度分别为180°C、190°C、200°C、200°C、200°C、195°C。
所制备的交替多层材料的总厚度为1mm；宽度为80mm;总层数为4、16、64(n= 5)；界面层数量3、15、63(n= 5)；纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的层厚比为1。
对所制备的样品进行测试，DSC和XRD的结果显示随着层数的增加，β晶含量增加。结合偏光和电镜的结果可以确认，增加的β晶是在界面处生长的β横晶。经过计算之后，在4层、16层和64层样品中的β横晶的含量分别是21.1%，36.8%和43.1%。
2D-WAXD的结果如图7所示，a, b, c, d图分别是4层，16层，64层和普通共混样的二维衍射图。从结果中可以看出，普通共混样是不存在取向的，而对于层状样品，随着层数的增加，取向程度增加。这种取向是β横晶的生长造成的，说明β横晶呈现出有序、高度取向的结构。
综上所述，我们制备出了横晶含量可以调控，且横晶呈现出连续、有序、高度取向的晶体结构的交替多层材料。
实施例3
一种一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的原料包括以下组分及质量分数含量:
组分 质量分数
聚丙烯（PP） 75
β聚丙烯（β-PP） 25
其中，β-聚丙烯粒料由纯聚丙烯和0.1%质量分数的酰胺类β成核剂（商品名TMB-5）干混后经双螺杆挤出机挤出并造粒后得到。
将纯聚丙烯和β-聚丙烯粒料分别投入由挤出机、熔体泵、分配器、倍增器、口模、三辊压延机和牵引机构成的微纳层状共挤装置的两台挤出机（A、B）中，熔融塑化后，两股熔体通过熔体泵（C、D）的加压和计量后在分配器(E)中叠合，经过n个倍增器（F）的切割和叠合后，从出口模（G）流出，再经过三辊压延机（H）的压制和牵引机（I）的牵引而纯聚丙烯层和β-聚丙烯层交替排列的聚丙烯材料。挤出机A和挤出机B的转速比为3:1，熔体泵C和熔体泵D的流量比值与挤出机A和挤出机B的转速比值相同，倍增器的数量n=6，出口模的厚度为1.5mm，宽度为200mm，牵引机的牵引速度为2m/min；三辊压延机的辊温为130℃。挤出机(A、B)的加料口、输送段、熔融段、均化段、分配器（E）、层倍增器(F)的温度分别为180°C、190°C、200°C、200°C、200°C、195°C。
所制备的交替多层材料的总厚度为1.5mm；宽度为200mm;总层数为128(n= 6)；界面层数量127(n= 6)；纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的层厚比为3:1。
对所制备的样品进行测试，β横晶的含量达到74.5%，且呈现出连续有序的晶体结构。与普通共混制备的β-聚丙烯相比，拉伸断裂伸长率由103.5%提升至623.7%，材料的韧性得到显著改善。
实施例4
一种一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的原料包括以下组分及质量分数含量:
组分 质量分数
聚丙烯（PP） 75
β聚丙烯（β-PP） 25
其中，β-聚丙烯粒料由纯聚丙烯和1%质量分数的酰胺类β成核剂（商品名TMB-5）干混后经双螺杆挤出机挤出并造粒后得到。
将纯聚丙烯和β-聚丙烯粒料分别投入由挤出机、熔体泵、分配器、倍增器、口模、三辊压延机和牵引机构成的微纳层状共挤装置的两台挤出机（A、B）中，熔融塑化后，两股熔体通过熔体泵（C、D）的加压和计量后在分配器(E)中叠合，经过n个倍增器（F）的切割和叠合后，从出口模（G）流出，再经过三辊压延机（H）的压制和牵引机（I）的牵引而纯聚丙烯层和β-聚丙烯层交替排列的聚丙烯材料。挤出机A和挤出机B的转速比为3:1，熔体泵C和熔体泵D的流量比值与挤出机A和挤出机B的转速比值相同，倍增器的数量n=6，出口模的厚度为1.5mm，宽度为200mm，牵引机的牵引速度为2m/min；三辊压延机的辊温为110℃。挤出机(A、B)的加料口、输送段、熔融段、均化段、分配器（E）、层倍增器(F)的温度分别为180°C、190°C、200°C、200°C、200°C、195°C。
所制备的交替多层材料的总厚度为1.5mm；宽度为200mm;总层数为128(n= 6)；界面层数量127(n= 6)；纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的层厚比为3:1。
因为把三辊压延机的辊温调整到110℃（β晶体生长的最适宜温度为130℃），对所制备的样品进行测试，β横晶依然呈现出连续有序的晶体结构，但是β横晶的含量降低到50.3%。与普通共混制备的β-聚丙烯相比，拉伸断裂伸长率由103.5%提升至546.3%，材料的韧性得到显著改善。
实施例5
一种一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的原料包括以下组分及质量分数含量:
组分 质量分数
聚丙烯（PP） 25
β聚丙烯（β-PP） 75
其中，β-聚丙烯粒料由纯聚丙烯和0.7%质量分数的稠环类β成核剂干混后经双螺杆挤出机挤出并造粒后得到。
将纯聚丙烯和β-聚丙烯粒料分别投入由挤出机、熔体泵、分配器、倍增器、口模、三辊压延机和牵引机构成的微纳层状共挤装置的两台挤出机（A、B）中，熔融塑化后，两股熔体通过熔体泵（C、D）的加压和计量后在分配器(E)中叠合，经过n个倍增器（F）的切割和叠合后，从出口模（G）流出，再经过三辊压延机（H）的压制和牵引机（I）的牵引而纯聚丙烯层和β-聚丙烯层交替排列的聚丙烯材料。挤出机A和挤出机B的转速比为1:3，熔体泵C和熔体泵D的流量比值与挤出机A和挤出机B的转速比值相同，倍增器的数量n=3，出口模的厚度为1mm，宽度为20mm，牵引机的牵引速度为3m/min；三辊压延机的辊温为135℃。挤出机(A、B)的加料口、输送段、熔融段、均化段、分配器（E）、层倍增器(F)的温度分别为180°C、190°C、200°C、200°C、200°C、195°C。
所制备的交替多层材料的总厚度为1mm；宽度为20mm;总层数为16(n= 3)；界面层数量15(n= 3)；纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的层厚比为1:3。
对所制备的样品进行测试，发现β横晶依然可以在纯PP层中长满，而且呈现出连续有序的晶体结构。因为β-聚丙烯层的厚度较厚，β横晶在整个体系中的含量只有21.7%。与普通共混制备的β-聚丙烯相比，拉伸断裂伸长率由103.5%提升至342.8%，材料的韧性得到显著改善。

Claims (6)

1.一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
第一步，将聚丙烯颗粒和β成核剂按照质量分数配比99.9％-99.0％:0.1％-1.0％进行配料得到原料组分；
第二步，将原料组分干燥、预混合、造粒，干燥后得到β-聚丙烯颗粒；
第三步，将第二步得到的β-聚丙烯颗粒和纯聚丙烯颗粒分别投入由挤出机(A、B)、熔体泵(C、D)、分配器(E)、倍增器(F)、口模(G)、三辊压延机(H)和牵引机(I)构成的微纳层状共挤装置的两台挤出机(A、B)中，熔融塑化后，两股熔体通过熔体泵(C、D)的加压和计量后在分配器(E)中叠合，经过n个倍增器(F)的切割和叠合后，从出口模(G)流出，再经过三辊压延机(H)的压制和牵引机(I)的牵引而得到2n+1层含有含量可控且连续有序β横晶的纯聚丙烯层和β-聚丙烯层交替排列的高韧性聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于在上述第二步与第三步之间增设如下步骤：将第二步得到的β-聚丙烯颗粒与纯聚丙烯配比混合后投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，干燥后得到精确含量的β-聚丙烯颗粒；再将所得到的β-聚丙烯颗粒投入到第三步中的微纳层状共挤装置中的的挤出机中。
3.根据权利要求1所述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于β成核剂为稠环类化合物、有机酸及其盐类、酰胺类、稀土类、高分子类和无机物类中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于微纳层状共挤装置的挤出机(A)和挤出机(B)的转速比范围为0.1≤转速比≤10，熔体泵(C)和熔体泵(D)的流量比值与挤出机(A)和挤出机(B)的转速比值相同；倍增器的数量n＝0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14；出口模的厚度为0.1-4mm，宽度为20-1500mm；牵引机的牵引速度为0.1-10m/min；三辊压延机的辊温为100-140℃。
5.根据权利要求1所述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于制备的聚丙烯材料的总厚度为0.05-4mm；宽度为18-1500mm；总层数为2n +1，界面层数量为2n+1-1，其中n＝0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14；纯聚丙烯层和β-聚丙烯层的层厚比范围为0.1≤厚度比≤10。
6.根据权利要求1所述的一种含有含量可控且连续有序β横晶层的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于挤出机(A、B)的加料口、输送段、熔融段、均化段、分配器(E)、层倍增器(F)的温度分别为100～180℃、160～240℃、160～240℃、160～240℃、160～240℃、160～240℃。
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