CN109385008A - 一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，涉及聚丙烯材料领域，包括以下步骤：(1)石墨烯粉体的制备；(2)聚丙烯粉体的制备；(3)石墨烯粉体和聚丙烯的分散混合；(4)二氧化碳超临界浸润；(5)聚丙烯‑石墨烯粒料的制备；(6)聚丙烯‑马来酸酐粒料的制备；(7)高性能聚丙烯复合材料的制备；本发明制备方法通过使用超临界二氧化碳浸润到石墨烯之间，提高石墨烯在聚丙烯中的均匀分散性，通过马来酸酐和成核剂与聚丙烯共混改善聚丙烯的柔韧性和相容性，共混熔融制得的聚丙烯复合材料具有良好的机械力学性能和热稳定性。

Description

一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料领域，具体涉及一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)由于它具有价廉、质轻、来源广以及加工性能好等优点而得到广泛的应用。但是由于PP的非极性、结晶性和表面能低，在熔融状态下冷却时易生成大球晶，致使冲击强度低，低温时易脆裂，粘合性、抗静电性、亲水性差以及与极性聚合物、金属或无机填料的相容性差等，因此限制了聚丙烯在应用领域的进一步拓展，然而聚丙烯低廉的价格和理想的加工性能，促使人们通过经济实用的改性方法来提高其性能。
中国专利申请文件CN200510002252.9公开了一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物及其制备方法。该组合物包括质量份数比90-98的聚丙烯均聚物、1-5的三元乙丙橡胶、1-5的超细丁苯粉末橡胶、0.1-1的山梨醇类成核剂、0.1-0.25受阻酚类主抗氧剂、0.2-0.5亚磷酸酯类助抗氧剂、0.1-0.2有机氟聚合物流变性能改进剂；其制备方法：在常温下将上述的物质混合3-5分钟，用喂料机加入平行同向双螺杆挤出机中混炼造粒即可。该组合物具有极高的冲击韧性，拉伸强度和刚性与聚丙烯基础树脂相当，且该组合物加工流变性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔体流动取向倾向减小，制品的纵向和横向收缩率差异也明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系，本发明组合物可以极大的改善聚丙烯材料的易脆碎性的缺点，提高聚丙烯材料的柔韧性，但是对聚丙烯材料的机械力学性能的提升并不是很明显。
中国专利CN105153545B公告了一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料，以重量百分数计，由以下组分组成：聚丙烯均聚物85～94.5％、马来酸酐接枝聚丙烯5％和细菌纤维素0.5～10％。本发明通过双螺杆挤出机将聚丙烯均聚物、马来酸酐接枝聚丙烯与细菌纤维素共混，所得聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料复合材料的拉伸强度与纯聚丙烯相比具有改善作用，可以提高聚丙烯的应用前景，但是仍存在耐热性和耐磨性差不够优异的缺点。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，本发明制备方法通过使用超临界二氧化碳浸润到石墨烯之间，提高石墨烯在聚丙烯中的均匀分散性，通过马来酸酐和成核剂与聚丙烯共混改善聚丙烯的柔韧性和相容性，共混熔融制得的聚丙烯复合材料具有良好的机械力学性能和热稳定性。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯置入乙醇溶液中，加入相当于其重量2-5％的十八烷基胺，搅拌混合均匀后，放置在超声波分散仪中超声分散1小时后，过滤，干燥，放置球磨机中研磨5-8小时，得石墨烯粉体；
(2)将聚丙烯置入真空干燥箱中干燥2小时，将干燥后的聚丙烯放入研磨机研磨成为微粉末，得聚丙烯粉体；
(3)将石墨烯粉体、聚丙烯粉体和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌混合均匀，形成悬浮液，以800-1500转/分钟的速度，搅拌5-8小时后，用真空抽滤泵抽滤后，放置在鼓风干燥箱中干燥5小时后，得混合物料1；
(4)将混合物料置入高压釜内，将高压釜温度升温至40摄氏度，将二氧化碳泵入高压釜内，至高压釜内压力至8-12MPa,二氧化碳开始循环流动，在超临界状态下，浸润6小时后，快速卸压至常压状态；
(5)将步骤(4)制得的产品加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料用去离子水清洗后，置入80-90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-石墨烯粒料；
(6)将马来酸酐按照1:3的质量比加入丙酮中溶解后，与聚丙烯、引发剂和成核剂加入高速混合机中在70-90摄氏度下混合10-15分钟，得混合物料2；
(7)将混合物料2加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料用去离子水清洗后，置入80-90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-马来酸酐粒料；
(8)将聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料、聚丙烯粒料和抗氧剂加入高速混合机中混合均匀后，置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料用去离子水清洗后，置入80-90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，即得所述高性能聚丙烯复合材料。
优选地，所述步骤(1)中的研磨具体为：使用的介质为不锈钢球，球料比为8-20:1，研磨机转速为200-600转/分钟。
优选地，所述步骤(3)中的石墨烯粉体、聚丙烯和硅烷偶联剂的质量比为8-12:100:3-5。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或两种以上的组合。
优选地，所述步骤(6)中的马来酸酐、聚丙烯、引发剂和成核剂按照质量比3-7:100:0.8-2:2-5。
优选地，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或几种结合。
优选地，所述成核剂为无机成核剂和有机成核剂按照质量比3:1混合组成；
所述无机成核剂为600-1000目的滑石、碳酸钙、云母、粘土、碳纳米管和壳聚糖中的一种或几种混合组成。
所述有机成核剂为1,3,2,4-二(3,4-二甲基二苄叉)山梨醇、二(对乙基苄叉)山梨醇、二(对甲基苄叉)山梨酸、二(对氯取代苄叉)山梨醇和4,4-(二甲硫基二苄叉)山梨醇中的一种或几种结合。
优选地，所述步骤(8)中的高性能聚丙烯复合材料包括以下重量份计的原料：聚丙烯颗粒100份、聚丙烯-石墨烯粒料30-60份、聚丙烯-马来酸酐粒料15-45份和抗氧剂0.8-1.5份。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂300和抗氧剂168中的一种或几种结合。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为200-220摄氏度，螺杆转速为150-200转/分钟。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明制备方法通过使用超临界二氧化碳浸润到石墨烯之间，提高石墨烯在聚丙烯中的均匀分散性，通过马来酸酐和成核剂与聚丙烯共混改善聚丙烯的柔韧性和相容性，共混熔融制得的聚丙烯复合材料具有良好的机械力学性能和热稳定性。
(2)石墨烯在高分子材料基体中易团聚，分散性较差，直接影响材料的性能，本发明使用超临界二氧化碳零表面张力，高扩散系数以及优异的表面浸润性，扩散渗透到石墨烯片层间，降低是石墨烯层间的分子力，提高石墨烯在聚丙烯粉体中的分散性，提高了复合材料的力学性能和热稳定性。
(3)使用马来酸酐和引发剂与聚丙烯共混挤出造粒，同时通过与成核剂的复配作用，制备的聚丙烯-马来酸酐复合材料具有良好的柔韧性和抗机械冲击性，改善聚丙烯脆碎度高和相容性差的缺点。
(4)本发明首先将石墨烯和马来酸酐分别与部分聚丙烯粒料进行共混造粒后，在于聚丙烯粒料进行共混造粒，进行多次熔融挤出造粒，可以提高粒料的分散性和柔韧性，同时可以提高材料中组分的单一性，有助于提高材料的力学性能。
(5)本发明将经过改性处理后聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料和普通聚丙烯粒料共混挤出造粒，制得的聚丙烯复合材料，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、机械力学性能和柔韧性，材料性能优异，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯置入乙醇溶液中，加入相当于其重量2％的十八烷基胺，搅拌混合均匀后，放置在超声波分散仪中超声分散1小时后，过滤，干燥，放置球磨机中研磨5小时，得石墨烯粉体；
(2)将聚丙烯置入真空干燥箱中干燥2小时，将干燥后的聚丙烯放入研磨机研磨成为微粉末，得聚丙烯粉体；
(3)将石墨烯粉体、聚丙烯粉体和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌混合均匀，形成悬浮液，以800转/分钟的速度，搅拌5小时后，用真空抽滤泵抽滤后，放置在鼓风干燥箱中干燥5小时后，得混合物料1；
(4)将混合物料置入高压釜内，将高压釜温度升温至40摄氏度，将二氧化碳泵入高压釜内，至高压釜内压力至8MPa,二氧化碳开始循环流动，在超临界状态下，浸润6小时后，快速卸压至常压状态；
(5)将步骤(4)制得的产品加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为215摄氏度，螺杆转速为150转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入80摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-石墨烯粒料；
(6)将马来酸酐按照1:3的质量比加入丙酮中溶解后，与聚丙烯、引发剂和成核剂加入高速混合机中在70摄氏度下混合10分钟，得混合物料2；
(7)将混合物料2加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为200摄氏度，螺杆转速为160转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入80摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-马来酸酐粒料；
(8)将聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料、聚丙烯粒料和抗氧剂加入高速混合机中混合均匀后，置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为218摄氏度，螺杆转速为185转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入80摄氏度的烘箱中，干燥12小时，即得所述高性能聚丙烯复合材料。
步骤(1)中的研磨具体为：使用的介质为不锈钢球，球料比为8:1，研磨机转速为200转/分钟。
步骤(3)中的石墨烯粉体、聚丙烯和硅烷偶联剂的质量比为8:100:3。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲基硅烷。
步骤(6)中的马来酸酐、聚丙烯、引发剂和成核剂按照质量比3:100:0.8:2。
引发剂为过氧化苯甲酰。
成核剂为无机成核剂和有机成核剂按照质量比3:1混合组成；
无机成核剂为600目的滑石和600目的碳酸钙按照质量比1:1混合组成。
有机成核剂为1,3,2,4-二(3,4-二甲基二苄叉)山梨醇。
步骤(8)中的高性能聚丙烯复合材料包括以下重量份计的原料：聚丙烯颗粒100份、聚丙烯-石墨烯粒料30份、聚丙烯-马来酸酐粒料15份和抗氧剂0.8份。
抗氧剂为抗氧剂1076。
实施例2
一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯置入乙醇溶液中，加入相当于其重量5％的十八烷基胺，搅拌混合均匀后，放置在超声波分散仪中超声分散1小时后，过滤，干燥，放置球磨机中研磨8小时，得石墨烯粉体；
(2)将聚丙烯置入真空干燥箱中干燥2小时，将干燥后的聚丙烯放入研磨机研磨成为微粉末，得聚丙烯粉体；
(3)将石墨烯粉体、聚丙烯粉体和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌混合均匀，形成悬浮液，以1500转/分钟的速度，搅拌8小时后，用真空抽滤泵抽滤后，放置在鼓风干燥箱中干燥5小时后，得混合物料1；
(4)将混合物料置入高压釜内，将高压釜温度升温至40摄氏度，将二氧化碳泵入高压釜内，至高压釜内压力至12MPa,二氧化碳开始循环流动，在超临界状态下，浸润6小时后，快速卸压至常压状态；
(5)将步骤(4)制得的产品加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为212摄氏度，螺杆转速为175转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-石墨烯粒料；
(6)将马来酸酐按照1:3的质量比加入丙酮中溶解后，与聚丙烯、引发剂和成核剂加入高速混合机中在85摄氏度下混合13分钟，得混合物料2；
(7)将混合物料2加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为208摄氏度，螺杆转速为190转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入88摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-马来酸酐粒料；
(8)将聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料、聚丙烯粒料和抗氧剂加入高速混合机中混合均匀后，置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为220摄氏度，螺杆转速为200转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入80-90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，即得所述高性能聚丙烯复合材料。
步骤(1)中的研磨具体为：使用的介质为不锈钢球，球料比为20:1，研磨机转速为600转/分钟。
步骤(3)中的石墨烯粉体、聚丙烯和硅烷偶联剂的质量比为12:100:5。
硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
步骤(6)中的马来酸酐、聚丙烯、引发剂和成核剂按照质量比7:100:2:5。
引发剂为过氧化月桂酰。
成核剂为无机成核剂和有机成核剂按照质量比3:1混合组成；
无机成核剂为1000目的云母。
有机成核剂为二(对乙基苄叉)山梨醇。
步骤(8)中的高性能聚丙烯复合材料包括以下重量份计的原料：聚丙烯颗粒100份、聚丙烯-石墨烯粒料60份、聚丙烯-马来酸酐粒料45份和抗氧剂1.5份。
抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例3
一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯置入乙醇溶液中，加入相当于其重量3.5％的十八烷基胺，搅拌混合均匀后，放置在超声波分散仪中超声分散1小时后，过滤，干燥，放置球磨机中研磨6.5小时，得石墨烯粉体；
(2)将聚丙烯置入真空干燥箱中干燥2小时，将干燥后的聚丙烯放入研磨机研磨成为微粉末，得聚丙烯粉体；
(3)将石墨烯粉体、聚丙烯粉体和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌混合均匀，形成悬浮液，以1200转/分钟的速度，搅拌7小时后，用真空抽滤泵抽滤后，放置在鼓风干燥箱中干燥5小时后，得混合物料1；
(4)将混合物料置入高压釜内，将高压釜温度升温至40摄氏度，将二氧化碳泵入高压釜内，至高压釜内压力至10MPa,二氧化碳开始循环流动，在超临界状态下，浸润6小时后，快速卸压至常压状态；
(5)将步骤(4)制得的产品加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为216摄氏度，螺杆转速为168转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入88摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-石墨烯粒料；
(6)将马来酸酐按照1:3的质量比加入丙酮中溶解后，与聚丙烯、引发剂和成核剂加入高速混合机中在82摄氏度下混合13分钟，得混合物料2；
(7)将混合物料2加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为210摄氏度，螺杆转速为175转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入87摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-马来酸酐粒料；
(8)将聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料、聚丙烯粒料和抗氧剂加入高速混合机中混合均匀后，置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为218摄氏度，螺杆转速为185转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入86摄氏度的烘箱中，干燥12小时，即得所述高性能聚丙烯复合材料。
步骤(1)中的研磨具体为：使用的介质为不锈钢球，球料比为15:1，研磨机转速为400转/分钟。
步骤(3)中的石墨烯粉体、聚丙烯和硅烷偶联剂的质量比为10:100:3.8。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
步骤(6)中的马来酸酐、聚丙烯、引发剂和成核剂按照质量比5:100:1.5:3.2。
引发剂为过氧化二叔丁基。
成核剂为无机成核剂和有机成核剂按照质量比3:1混合组成；
无机成核剂为800目的粘土。
有机成核剂为二(对氯取代苄叉)山梨醇。
步骤(8)中的高性能聚丙烯复合材料包括以下重量份计的原料：聚丙烯颗粒100份、聚丙烯-石墨烯粒料50份、聚丙烯-马来酸酐粒料30份和抗氧剂1.2份。
抗氧剂为抗氧剂300。
实施例4
一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯置入乙醇溶液中，加入相当于其重量4.8％的十八烷基胺，搅拌混合均匀后，放置在超声波分散仪中超声分散1小时后，过滤，干燥，放置球磨机中研磨7.5小时，得石墨烯粉体；
(2)将聚丙烯置入真空干燥箱中干燥2小时，将干燥后的聚丙烯放入研磨机研磨成为微粉末，得聚丙烯粉体；
(3)将石墨烯粉体、聚丙烯粉体和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌混合均匀，形成悬浮液，以1400转/分钟的速度，搅拌7.5小时后，用真空抽滤泵抽滤后，放置在鼓风干燥箱中干燥5小时后，得混合物料1；
(4)将混合物料置入高压釜内，将高压釜温度升温至40摄氏度，将二氧化碳泵入高压釜内，至高压釜内压力至11MPa,二氧化碳开始循环流动，在超临界状态下，浸润6小时后，快速卸压至常压状态；
(5)将步骤(4)制得的产品加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为220摄氏度，螺杆转速为180转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入87摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-石墨烯粒料；
(6)将马来酸酐按照1:3的质量比加入丙酮中溶解后，与聚丙烯、引发剂和成核剂加入高速混合机中在85摄氏度下混合13分钟，得混合物料2；
(7)将混合物料2加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为215摄氏度，螺杆转速为190转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入84摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-马来酸酐粒料；
(8)将聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料、聚丙烯粒料和抗氧剂加入高速混合机中混合均匀后，置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为213摄氏度，螺杆转速为160转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，即得所述高性能聚丙烯复合材料。
步骤(1)中的研磨具体为：使用的介质为不锈钢球，球料比为17:1，研磨机转速为500转/分钟。
步骤(3)中的石墨烯粉体、聚丙烯和硅烷偶联剂的质量比为10:100:4.2。
硅烷偶联剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。
步骤(6)中的马来酸酐、聚丙烯、引发剂和成核剂按照质量比6.4:100:1.8:4.5。
引发剂为过氧化二异丙苯。
成核剂为无机成核剂和有机成核剂按照质量比3:1混合组成；
无机成核剂为1000目碳纳米管。
有机成核剂为二(对氯取代苄叉)山梨醇。
步骤(8)中的高性能聚丙烯复合材料包括以下重量份计的原料：聚丙烯颗粒100份、聚丙烯-石墨烯粒料48份、聚丙烯-马来酸酐粒料28份和抗氧剂1.1份。
抗氧剂为抗氧剂168。
实施例5
一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯置入乙醇溶液中，加入相当于其重量3.8％的十八烷基胺，搅拌混合均匀后，放置在超声波分散仪中超声分散1小时后，过滤，干燥，放置球磨机中研磨7.2小时，得石墨烯粉体；
(2)将聚丙烯置入真空干燥箱中干燥2小时，将干燥后的聚丙烯放入研磨机研磨成为微粉末，得聚丙烯粉体；
(3)将石墨烯粉体、聚丙烯粉体和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌混合均匀，形成悬浮液，以1300转/分钟的速度，搅拌6.5小时后，用真空抽滤泵抽滤后，放置在鼓风干燥箱中干燥5小时后，得混合物料1；
(4)将混合物料置入高压釜内，将高压釜温度升温至40摄氏度，将二氧化碳泵入高压釜内，至高压釜内压力至10MPa,二氧化碳开始循环流动，在超临界状态下，浸润6小时后，快速卸压至常压状态；
(5)将步骤(4)制得的产品加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为210摄氏度，螺杆转速为185转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入87摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-石墨烯粒料；
(6)将马来酸酐按照1:3的质量比加入丙酮中溶解后，与聚丙烯、引发剂和成核剂加入高速混合机中在82摄氏度下混合13分钟，得混合物料2；
(7)将混合物料2加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为220摄氏度，螺杆转速为170转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入84摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-马来酸酐粒料；
(8)将聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料、聚丙烯粒料和抗氧剂加入高速混合机中混合均匀后，置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为208摄氏度，螺杆转速为180转/分钟，粒料用去离子水清洗后，置入87摄氏度的烘箱中，干燥12小时，即得所述高性能聚丙烯复合材料。
步骤(1)中的研磨具体为：使用的介质为不锈钢球，球料比为16:1，研磨机转速为500转/分钟。
步骤(3)中的石墨烯粉体、聚丙烯和硅烷偶联剂的质量比为10:100:4.5。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲基硅烷。
步骤(6)中的马来酸酐、聚丙烯、引发剂和成核剂按照质量比5.2:100:1.5:3.6。
引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。
成核剂为无机成核剂和有机成核剂按照质量比3:1混合组成；
无机成核剂为800目的壳聚糖。
有机成核剂为4,4-(二甲硫基二苄叉)山梨醇。
步骤(8)中的高性能聚丙烯复合材料包括以下重量份计的原料：聚丙烯颗粒100份、聚丙烯-石墨烯粒料45份、聚丙烯-马来酸酐粒料45份和抗氧剂1.3份。
抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例1：普通聚丙烯材料
对比例2：未添加聚丙烯-石墨烯粒料，其余制备方法和原料与实施例1相同；
对比例3：未添加聚丙烯-马来酸酐粒料，其余制备方法和原料与实施例1相同；
对比例4：未添加成核剂，其余制备方法和实施例1相同；
对比例5：直接将石墨烯和聚丙烯共混熔融挤出造粒，且使用原料量与实施例1相同，制备聚丙烯-石墨烯粒料，其余制备方法和原料与实施例1相同；
将实施例1-5制得的高性能聚丙烯复合材料和对比例1的普通聚丙烯材料以及对比例2-5制得的聚丙烯复合材料，进行性能测试，结果如下表1：
有上表1数据，进行如下分析：
(1)对比实施例1和对比例1的数据可以看出，实施例1制得的高性能聚丙烯复合材料比对比例1的普通聚丙烯材料的拉伸强度提高了84.0％，弯曲强度提高了149.8％，缺口冲击强度降低了69.5％，热分解温度提高了20.4％,说明本发明制得的高性能聚丙烯复合材料在材料的机械力学性能和热稳定性上，具有显著的提升。
(2)对比实施例1和对比例2的数据可以看出，实施例1制得的高性能聚丙烯复合材料比对比例2制得的聚丙烯复合材料的拉伸强度提高了44.3％，弯曲强度提高了68.2％，缺口冲击强度降低了57.0％，热分解温度提高了16.8％，从分析数据中可以看出在聚丙烯材料中加入石墨烯，对材料的力学性能和热稳定性有明显的改善作用。
(3)对比实施例1和对比例3,实施例1制得的高性能聚丙烯复合材料比对比例3制得的聚丙烯复合材料的拉伸强度提高了48.7％,弯曲强度提高了50.0％，缺口冲击强度降低了51.1％，热分解温度提高了10.0％，说明聚丙烯-马来酸酐复合粒料的加入材料的综合性能提升有着重要的影响。
(4)对比实施例1和对比例4,实施例1制得的高性能聚丙烯复合材料比对比例4制得的聚丙烯复合材料的拉伸强度提高了16.1％,弯曲强度提高了19.8，缺口冲击强度降低了20.1％，热分解温度提高了4.5％，说明成核剂的加入对复合材料的力学性能和热稳定性有着改善作用。
(5)对比实施例1和对比例5,实施例1制得的高性能聚丙烯复合材料比对比例5制得的聚丙烯复合材料的拉伸强度提高了32.8％，弯曲强度提高了44.9％，缺口冲击强度降低了33.3％，热分解温度提高了14.9％，实施例1中的进行二氧化碳超临界浸润相比对比例5中直接使用石墨烯进行共混，力学性能和热稳定性具有明显的提高。说明本发明使用的石墨烯和聚丙烯的混合方法对材料的综合性能有着明显改善的作用。
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备方法通过使用超临界二氧化碳浸润到石墨烯之间，提高石墨烯在聚丙烯中的均匀分散性，通过马来酸酐和成核剂与聚丙烯共混改善聚丙烯的柔韧性和相容性，共混熔融制得的聚丙烯复合材料具有良好的机械力学性能和热稳定性。
(2)石墨烯在高分子材料基体中易团聚，分散性较差，直接影响材料的性能，本发明使用超临界二氧化碳零表面张力，高扩散系数以及优异的表面浸润性，扩散渗透到石墨烯片层间，降低是石墨烯层间的分子力，提高石墨烯在聚丙烯粉体中的分散性，提高了复合材料的力学性能和热稳定性。
(3)使用马来酸酐和引发剂与聚丙烯共混挤出造粒，同时通过与成核剂的复配作用，制备的聚丙烯-马来酸酐复合材料具有良好的柔韧性和抗机械冲击性，改善聚丙烯脆碎度高和相容性差的缺点。
(4)本发明首先将石墨烯和马来酸酐分别与部分聚丙烯粒料进行共混造粒后，在于聚丙烯粒料进行共混造粒，进行多次熔融挤出造粒，可以提高粒料的分散性和柔韧性，同时可以提高材料中组分的单一性，有助于提高材料的力学性能。
(5)本发明将经过改性处理后聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料和普通聚丙烯粒料共混挤出造粒，制得的聚丙烯复合材料，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、机械力学性能和柔韧性，材料性能优异，具有广泛的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将石墨烯置入乙醇溶液中，加入相当于其重量2-5％的十八烷基胺，搅拌混合均匀后，放置在超声波分散仪中超声分散1小时后，过滤，干燥，放置球磨机中研磨5-8小时，得石墨烯粉体；
(2)将聚丙烯置入真空干燥箱中干燥2小时，将干燥后的聚丙烯放入研磨机研磨成为微粉末，得聚丙烯粉体；
(3)将石墨烯粉体、聚丙烯粉体和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌混合均匀，形成悬浮液，以800-1500转/分钟的速度，搅拌5-8小时后，用真空抽滤泵抽滤后，放置在鼓风干燥箱中干燥5小时后，得混合物料1；
(4)将混合物料置入高压釜内，将高压釜温度升温至40摄氏度，将二氧化碳泵入高压釜内，至高压釜内压力至8-12MPa,二氧化碳开始循环流动，在超临界状态下，浸润6小时后，快速卸压至常压状态；
(5)将步骤(4)制得的产品加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料用去离子水清洗后，置入80-90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-石墨烯粒料；
(6)将马来酸酐按照1:3的质量比加入丙酮中溶解后，与聚丙烯、引发剂和成核剂加入高速混合机中在70-90摄氏度下混合10-15分钟，得混合物料2；
(7)将混合物料2加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料用去离子水清洗后，置入80-90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，得到聚丙烯-马来酸酐粒料；
(8)将聚丙烯-石墨烯粒料、聚丙烯-马来酸酐粒料、聚丙烯粒料和抗氧剂加入高速混合机中混合均匀后，置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料用去离子水清洗后，置入80-90摄氏度的烘箱中，干燥12小时，即得所述高性能聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的研磨具体为：使用的介质为不锈钢球，球料比为8-20:1，研磨机转速为200-600转/分钟。
3.根据权利要求1所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的石墨烯粉体、聚丙烯和硅烷偶联剂的质量比为8-12:100:3-5。
4.根据权利要求3所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中的马来酸酐、聚丙烯、引发剂和成核剂按照质量比3-7:100:0.8-2:2-5。
6.根据权利要求5所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或几种结合。
7.根据权利要求5所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述成核剂为无机成核剂和有机成核剂按照质量比3:1混合组成；
所述无机成核剂为600-1000目的滑石、碳酸钙、云母、粘土、碳纳米管和壳聚糖中的一种或几种混合组成。
所述有机成核剂为1,3,2,4-二(3,4-二甲基二苄叉)山梨醇、二(对乙基苄叉)山梨醇、二(对甲基苄叉)山梨酸、二(对氯取代苄叉)山梨醇和4,4-(二甲硫基二苄叉)山梨醇中的一种或几种结合。
8.根据权利要求1所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中的高性能聚丙烯复合材料包括以下重量份计的原料：聚丙烯颗粒100份、聚丙烯-石墨烯粒料30-60份、聚丙烯-马来酸酐粒料15-45份和抗氧剂0.8-1.5份。
9.根据权利要求8所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂300和抗氧剂168中的一种或几种结合。
10.根据权利要求1所述的高性能聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的挤出温度为200-220摄氏度，螺杆转速为150-200转/分钟。
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