CN114213748A - 一种云母填充聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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陈平绪
叶南飚
程文建
姜向新
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Abstract

本发明提供了一种云母填充聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，涉及高分子材料技术领域。本发明提供的云母填充聚丙烯复合材料包括如下重量份数的组分：聚丙烯树脂65‑90份、云母10‑30份、马来酸酐接枝聚乙烯蜡0.3‑4份和助剂0‑1份，所述聚丙烯树脂按照ISO 1133‑2011在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为0.5‑60g/10min。本发明通过在云母填充聚丙烯复合材料基体中引入马来酸酐接枝聚乙烯蜡，不仅可以提高云母在聚丙烯树脂中的分散效果，使得复合材料的断裂伸长率得到明显提升；并且，还可在少量降低复合材料刚性的情况下显著提高复合材料的韧性，使材料达到良好的刚韧平衡。

Description

一种云母填充聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种云母填充聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯(PP)具有密度小、价格低、易加工等优点，已被广泛应用于汽车、家电等行业，但聚丙烯尺寸稳定性差、刚性低的缺点限制了其进一步应用，为此需要加入矿物填料进行改性。常用的矿物填料包括碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、云母等。相对于碳酸钙、滑石粉和硫酸钡，云母具有更好的刚性和尺寸稳定性，在实际中已经获得了应用，但云母属于片层结构，径厚比较大，表面极性基团较多，其与PP树脂的相容性较差。即便添加偶联剂或相容剂后，界面结合力有所增强，材料刚性得到提升，但PP复合材料的韧性始终偏低，制约了PP的应用范围。
中国专利文献CN102532691 A公开了一种云母改性聚丙烯复合材料，其主要特点是在体系中添加一定量的聚乙烯粉末提高云母粉的分散效果和材料增韧效果。聚乙烯粉末的添加虽然能在一定程度上提高材料韧性，但对云母粉与树脂间的相容性无明显改善，提升效果有限。中国专利文献CN105440307 A公开了一种润滑剂及使用该种润滑剂的云母填充聚丙烯复合物，其主要特点是通过润滑作用来减少云母粉的堆积效应，避免注塑过程中发生翘曲问题，但无法解决云母大尺寸造成的应力集中，冲击偏低的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种云母填充聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，旨在解决目前的云母填充聚丙烯复合材料难以实现刚性和韧性平衡的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种云母填充聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：聚丙烯树脂65-90份、云母10-30份、马来酸酐接枝聚乙烯蜡0.3-4份和助剂0-1份，所述聚丙烯树脂按照ISO 1133-2011在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为0.5-60g/10min。
本发明技术方案中，通过在云母填充聚丙烯复合材料基体中引入马来酸酐接枝聚乙烯蜡，不仅可以提高云母在聚丙烯树脂中的分散效果，使得复合材料的断裂伸长率得到明显提升；并且，还可在少量降低复合材料刚性(弯曲模量)的情况下显著提高复合材料的韧性(悬臂梁缺口冲击强度)，使材料达到良好的刚韧平衡。
需要注意的是，本申请所采用的聚丙烯树脂的熔融指数为0.5-60g/10min，当聚丙烯树脂的熔融指数高于60g/10min时，制备的云母填充聚丙烯复合材料的刚、韧性较差，而熔融指数低于0.5g/10min的聚丙烯树脂一般不用于注塑产品的制备。
作为本发明所述云母填充聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述马来酸酐接枝聚乙烯蜡的重量份数为1-2份。
发明人经过大量实验发现，马来酸酐接枝聚乙烯蜡在云母填充聚丙烯复合材料体系中的添加量在1-2重量份时，可以使制备的云母填充聚丙烯复合材料表现出更好的刚性和韧性水平。
作为本发明所述云母填充聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述云母为绢云母，目数为40-500目，径厚比为70-90。
发明人经过大量实验发现，马来酸酐接枝聚乙烯蜡与目数较低(40-500目)的云母配合使用时，制备的云母填充聚丙烯复合材料相较于采用马来酸酐接枝聚乙烯蜡与目数较高(大于500目)的云母配合使用制备的云母填充聚丙烯复合材料的刚韧性更佳。
作为本发明所述云母填充聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述助剂包括抗氧剂；所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种。
第二方面，本发明还提出一种云母填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯树脂、云母、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和助剂加入到高混机中混合均匀，再转移至双螺杆挤出机中，挤出温度为200-220℃，电流占比控制在70-80％，挤出造粒得到所述云母填充聚丙烯复合材料。
第三方面，本发明还提出一种云母填充聚丙烯复合材料在制备注塑产品中的应用。其中，所述注塑产品包括汽车塑料制件、家电塑料制件等对材料刚、韧性要求较高的零部件，如洗碗机底座，扫地机水箱的零部件。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明技术方案通过在云母填充聚丙烯复合材料基体中引入马来酸酐接枝聚乙烯蜡，不仅可以提高云母在聚丙烯树脂中的分散效果，使得复合材料的断裂伸长率得到明显提升；并且，还可在少量降低复合材料刚性的情况下显著提高复合材料的韧性，使材料达到良好的刚韧平衡。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例和对比例所用原材料如下：
聚丙烯1：熔融指数为28g/10min(ISO 1133-2011)，牌号为PP EP548R，购自中海壳牌；
聚丙烯2：熔融指数为60g/10min(ISO 1133-2011)，牌号为PP BX3900，购自SK化学；
聚丙烯3：熔融指数为100g/10min(ISO 1133-2011)，牌号为PP K7100，购自中国石化；
马来酸酐接枝聚乙烯蜡：牌号为K6105，购自广州市欧颖化工有限公司；
乙烯-辛烯共聚物：牌号为POE ENGAGE 8842，购自陶氏化学；
马来酸酐接枝聚乙烯：牌号为MC218，购自宁波能之光；
云母1：40目，牌号为AY-03N，购自江门精达云母材料有限公司；
云母2：325目，牌号为云母粉-P-325目，购自江门精达云母材料有限公司；
云母3：500目，牌号为HYC500，购自江门精达云母材料有限公司；
云母4：600目，牌号为W-600，购自灵寿县华晶云母有限公司；
云母5：1250目，牌号为W-1250，购自灵寿县华晶云母有限公司；
抗氧剂：抗氧剂1010，市售；
抗氧剂168，市售；
其中，抗氧剂1010和抗氧剂168按照1:1的比例添加。
本发明实施例和对比例中的云母填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯树脂、云母、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和助剂加入到高混机中混合均匀，再转移至双螺杆挤出机中，挤出温度为200-220℃，电流占比控制在70-80％，挤出造粒得到所述云母填充聚丙烯复合材料。
本发明实施例和对比例中相关性能测试标准或方法如下：
一、云母分散效果
云母分散效果与材料的断裂伸长率相关，材料的断裂伸长率越高，反映云母在聚丙烯树脂中的分散效果越好。断裂伸长率：按照国家标准GB/T1040-2018测试；
二、材料韧性
悬臂梁缺口冲击强度：按照国家标准GB/T1843-2008测试，A型缺口；
三、材料刚性
1、弯曲强度：按照国家标准GB/T9341-2008测试；
2、弯曲模量：按照国家标准GB/T9341-2008测试。
表1.实施例1-7、对比例1-6的原料组成情况(按重量份数计)及性能测试结果
Figure BDA0003356227540000041
Figure BDA0003356227540000051
由表1可知，实施例1-7与对比例1-2相比，实施例1-7中马来酸酐接枝聚乙烯蜡的添加量在0.3-4份，其制备的云母填充聚丙烯复合材料的刚、韧性均表现出良好的性能。
实施例1、4-6及对比例1-2中，云母的添加量均为20重量份，所不同的是聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯蜡的添加量不同。对比例1中不添加任何马来酸酐接枝聚乙烯蜡其对应的云母填充聚丙烯复合材料的刚性较高，但韧性较低。随着马来酸酐接枝聚乙烯蜡的添加量逐渐增多，对应的云母填充聚丙烯复合材料的韧性逐渐提高，与此同时，刚性缓慢降低，实施例1、4-6中对应的云母填充聚丙烯复合材料的刚、韧性良好。实施例4-5中马来酸酐接枝聚乙烯蜡的添加量分别为1、2重量份，其对应的云母填充聚丙烯复合材料的刚、韧性相较于实施例1、实施例6更佳，表明，本发明的云母填充聚丙烯复合材料体系中，马来酸酐接枝聚乙烯蜡的添加量为1-2重量份为最佳。需要注意的是，在云母的添加量为20重量份的条件下，材料具有良好刚、韧性平衡的一般标准为：悬臂梁缺口冲击强度>9MPa，弯曲强度>26MPa，弯曲模量>1800MPa。而对比例2过量添加马来酸酐接枝聚乙烯蜡，其对应的云母填充聚丙烯复合材料，材料的韧性虽然有所提升，但刚性发生明显程度的下滑，不能达到刚、韧平衡的要求。
实施例4、实施例7、对比例6中，聚丙烯的熔融指数不同，随着聚丙烯熔融指数的提高，材料的韧性逐渐降低，对比例6中采用熔融指数为100g/10min的聚丙烯，制备的云母填充聚丙烯复合材料的刚、韧性低于实施例4、实施例7对应的云母填充聚丙烯复合材料，并且，对比例6制备的云母填充聚丙烯复合材料的断裂伸长率明显降低，表明在云母在对比例6中分散效果较差。
与实施例2-4相比，对比例3中聚丙烯和云母的添加量不在要求保护的范围内，其对应的云母填充聚丙烯复合材料的刚性较高，但韧性、断裂伸长率明显降低；
对比例4、对比例5中分别采用乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯替换实施例4中的马来酸酐接枝聚乙烯蜡，其对应的云母填充聚丙烯复合材料分别少量提高韧性，但大幅度降低刚性；或者是韧性降低，刚性有所提高，效果与马来酸酐接枝聚乙烯蜡完全相反。
表2.实施例4、8-11的原料组成情况(按重量份数计)及性能测试结果
Figure BDA0003356227540000061
表2中仅调变云母的目数，其它组分均保持相同，由实验结果可知，随着云母目数的增加，云母填充聚丙烯复合材料的断裂伸长率逐渐上升，复合材料的韧性也逐渐增强，但与此同时，复合材料的弯曲强度和弯曲模量逐渐降低，实施例10中采用600目的云母，其对应的云母填充聚丙烯复合材料的弯曲强度和弯曲模量相较于实施例9的弯曲强度和弯曲模量大幅降低，复合材料的刚、韧性平衡遭到破坏。由此表明，在本发明中，马来酸酐接枝聚乙烯蜡与目数较低(40-500目)的云母配合使用时，制备的云母填充聚丙烯复合材料相较于采用马来酸酐接枝聚乙烯蜡与目数较高(大于500目)的云母配合使用制备的云母填充聚丙烯复合材料的刚韧性更佳。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种云母填充聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：聚丙烯树脂65-90份、云母10-30份、马来酸酐接枝聚乙烯蜡0.3-4份和助剂0-1份，所述聚丙烯树脂按照ISO 1133-2011在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为0.5-60g/10min。
2.如权利要求1所述的云母填充聚丙烯复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯蜡的重量份数为1-2份。
3.如权利要求1所述的云母填充聚丙烯复合材料，其特征在于，所述云母为绢云母，目数为40-500目。
4.如权利要求1所述的云母填充聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧剂。
5.如权利要求4所述的云母填充聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种。
6.如权利要求1-5任一项所述的云母填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯树脂、云母、马来酸酐接枝聚乙烯蜡和助剂加入到高混机中混合均匀，再转移至双螺杆挤出机中，挤出温度为200-220℃，电流占比控制在70-80％，挤出造粒得到所述云母填充聚丙烯复合材料。
7.如权利要求1-5任一项所述的云母填充聚丙烯复合材料在制备注塑产品中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述注塑产品包括汽车塑料制件、家电塑料制件中的至少一种。
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