CN1175038C - 微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料 - Google Patents

微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明是提供一种微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料，其原料组分包括(按重量份计)聚丙烯70～100，微纤维5～30，无机微米或纳米粒子0.5～20，助剂0.05～20。其中，聚丙烯是无规共聚丙烯、嵌段共聚丙烯或其它管材级聚丙烯中的一种或一种以上；微纤维是无碱玻璃纤维，碳酸钙晶须、硫酸镁晶须及钛酸钾晶须中的一种或一种以上；无机超微细粉末是硅灰石、滑石、碳酸钙、云母粉、高岭土、有机化层状硅酸盐及二氧化硅中的一种或一种以上。该材料强度、刚度及韧性兼顾，主要用作管材。

Description

微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料
本发明涉及一种离分子复合材料，特别是涉及一种微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料。
聚丙烯是一种产量大应用广泛的热塑塑料，无毒、吸水性低、化学稳定性好，并具有较高的力学强度，易加工，价格便宜，但聚丙烯结晶倾向大，抗低温脆性差，尺寸收缩率大，热变形温度和模量较低。目前，通过填充、增强、共混、及复合技术对聚丙烯进行改性，提高和改善了聚丙烯的力学强度、冲击韧性、模量、耐热及尺寸稳定性等，使其得到广泛应用。如中国专利CN99113506公开了一种挤出级玻璃纤维增强聚丙烯组合物，其组分含量按重量份计包括均聚聚丙烯500～700，玻璃纤维200～400，相容剂30～120，偶联剂10～15，抗氧剂1～3，其它助剂1～200。其热学、力学性能较好，耐化学性能及加工性能良好，适于挤出成型各种管材、棒材、异型材等。
本发明目的在于提供一种同时采用微纤维和无机超微细粉末对聚丙烯改性，获得韧性、强度、刚度及热膨胀性能兼顾平衡，主要用作管材的微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料。
本发明微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料的原料组分按重量份计，包括聚丙烯70～100、微纤维5～30、无机超微细粉末0.5～20、助剂0.05～20。其中，聚丙烯是无规共聚丙烯(PPR)、嵌段共聚丙烯(PPB)或其它管材级聚丙烯中的一种或一种以上；微纤维是直径2～11μm、长径比为30～300的无碱玻璃纤维或直径0.1～3μm、长径比为20～60的碳酸钙晶须、硫酸镁晶须及钛酸钾晶须中的一种或一种以上；无机超微细粉末是平均粒度0.5～10μm的硅灰石、滑石、碳酸钙、云母粉及高岭土或粒度1～500nm的有机化层状硅酸盐、硅灰石、滑石、二氧化硅及碳酸钙超微细粉末中的一种或一种以上。其中，有机化层状硅酸盐的制备方法是，将商品级纳基蒙脱土(细度300～500目，阳离子交换容量30～150meg/100g)，先进行真空干燥后，取5～10份，加入由去离子水600～1200份、乙醇20～200份、长链烷基季铵盐阳离子表面活性剂(如十八烷基三甲氧基氯化铵、十四烷基溴化吡啶、十二烷基二甲基苄基氯化铵、烷基甲基聚氧乙烯醚季铵盐)1～20份和盐酸0.1～1份组成的解离剂混合物分散介质中，在70～90℃温度下高速搅拌5～10小时，然后分离出解离的蒙脱土湿物料，再用去离子水洗涤数次至分离液中不含氯或溴离子，最后真空干燥和粉碎研磨制得；助剂是偶联剂、增容剂、抗氧剂、光屏蔽剂或紫外线吸收剂、加工流动改性剂，其用量为现有技术中的常规用量。其中，偶联剂包括如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷(KH-570)、磺酰叠氮三甲氧基硅烷(S3046)及含酰基的钛酸酯(NDZ-101)等。增容剂包括如聚丙烯与马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯及不饱和有机硅氧烷的接枝物等，如聚丙烯-马来酸酐接枝物(PP-g-MAH)、聚丙烯-丙烯酸接枝物(PP-g-AA)、聚丙烯-丙烯酸乙酯接枝物(PP-g-EA)、聚丙烯-丙烯酸丁酯接枝物(PP-g-BA)、聚丙烯-乙烯基三乙氧基硅烷接枝物(PP-g-VTES)、聚丙烯-乙烯基三甲氧基硅烷(PP-g-VTMS)等。偶联剂和增容剂的作用是对玻璃纤维、无机超微细粉末进行表面修饰处理，改善它们与聚丙烯间的相容性及聚丙烯熔体在微纤维和无机超微细粉末表面的浸润包复效果，提高微纤维和无机超微细粉末在聚丙烯基体中的分散性及均匀性，并调节或增强复合材料中组分间界面上的相互作用，从而改善和提高复合材料的力学性能和热性能。抗氧剂包括如抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂CA、抗氧剂330等。光屏蔽剂或紫外线吸收剂包括金红石型(R型)钛白粉(R-TiO2)、氧化锌(ZnO)和UV-327等。抗氧剂、光屏蔽剂或紫外线吸收剂的作用是改善聚丙烯的热稳定性和光稳定性，防止聚丙烯材料在加工、制备和管材复合成型过程中的热氧降解及使用过程中的光降解，从而防止和减少由于降解作用导致复合材料及管材性能劣化。加工流动改性剂的作用是调整由于复合材料中微纤维和无机超微细粉末物质对复合材料加工性能，特别是对其流动行为和熔流指数的影响。它包括具有不同熔流指数的氧化聚丙烯低聚物、聚丙烯蜡、或乙撑双硬脂酰胺(EBS-C)等。
本发明微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料的优点在于，由于采用微纤维和无机超微细粉末同时对聚丙烯改性，使该复合材料的强度、刚度、韧性及热膨胀性能兼顾平衡，物理力学性能优异，主要用作管材。
下面详细说明本发明实施例。
实施例1：
原料组分配比如下：
嵌段共聚丙烯(PPB)                                       78份
玻璃纤维(直径9∽10μm，长径比30∽60)                    15份
有机化层状硅酸盐(阳离子交换容量50∽90meg/100g)           7份
偶联剂(KH-550)                                     0.2份
抗氧剂1010                                         0.08份
抗氧剂168                                          0.16份
氧化锌                                             2份
UV-327                                             0.01份
聚丙烯-马来酸酐接枝物(PP-g-MAH)                    0.4份
聚丙烯蜡(PPWax)                                    0.3份
将玻璃纤维用偶联剂进行表面修饰处理后，与上述其余组份在混合机中混合均匀，加入双螺杆挤出机料筒中，控制加料口至机头的各段温度分别为180∽190℃、190∽200℃、200∽210℃、210∽220℃、220∽230℃、225∽235℃、235∽240℃、和210∽230℃，螺杆转速60～90转/分，真空脱气口真空度为400mm水柱，进行熔体共混，挤出物经冷却、切粒和干燥后得本发明。其主要物理力学性能如表1所示。
实施例2：
原料组分配比如下：
无规共聚丙烯(PPR)                               76份
硫酸镁晶须(直径0.8～1μm，长径比25～30)         18份
硅灰石(粒度5μm)                                6份
偶联剂(NDZ-101)                                 0.4份
抗氧剂1010                                      0.08份
抗氧剂168                                       0.16份
钛白粉                                          3份
聚丙烯-丙烯酸乙酯接枝物(PP-g-EA)                0.5份
氧化聚丙烯                                      0.2份
其制备方法同实施例1，其主要物理力学性能如表1所示。
实施例3～8的原料组分配比及物理力学性能均列于表1中，其制备工艺同实施例1。
表1：本发明主要物理力学性能
  实施例 组成及用量(份)   拉伸强度MPa  悬臂梁缺口冲击强度KJ/m2 热变形温度(1.82MPa)℃   热膨胀系数×10-4℃
1 玻璃纤维 15、有机层状硅酸盐 7PPB 78、PP-g-MAH 0.4、氧化锌 2抗氧剂1010 0.08、抗氧剂168 0.16、UV-327 0.01、聚丙烯腊 0.3、KH-550 0.2 34.2 27.2 78 0.58
2 硫酸镁晶须 18、硅灰石(5μm)6PPR 76、抗氧剂1010 0.08、NDZ-101 0.4、抗氧剂168 0.16、PP-g-EA 0.5、氧化聚丙烯(F20)0.2、钛白粉 3 34.8 28.5 83 0.75
3 玻璃纤维 18、硅灰石(0.8μm) 6、PPR 76、PP-g-EA 0.5、抗氧剂CA 0.1抗氧剂168 0.2、钛白粉 3、KH-550 0.5氧化聚丙烯(F25) 0.3 36.6 22.6 81 0.71
4 碳酸钙晶须 16、云母(5μm) 8、PPB 76PP-g-MA 0.5、抗氧剂1010 0.1、抗氧剂168 0.2、钛白粉 3、S3046 0.5、EBS-C 0.4 30.4 18.1 76 0.62
5 玻璃纤维 15、滑石(3μm) 7、PPB 78PP-g-AA 0.4、抗氧剂330 0.15、抗氧剂168 0.2、氧化锌 3、KH-570 0.4、氧化聚丙烯(F30) 0.5 39.2 20.8 85 0.68
6 玻璃纤维 16、SiO2(35nm) 5、KH-550 0.5PPR 75、PP-g-BA 0.4、硅灰石 4、抗氧剂1010 0.08、抗氧剂168 0.18钛白粉 3、聚丙烯蜡 0.2 33.4 24.2 81 0.55
7 钛酸钾晶须 18、高岭土(5μ) 6PPB 76、PP-g-MAH 0.4、NDZ-101 0.4抗氧剂CA 0.18、抗氧剂168 0.24氧化锌 2、聚丙烯蜡 0.2 29.5 23.0 76 0.7
8 玻璃纤维 16、碳酸钙(90nm) 8PPB 76、PP-g-MAH 0.4、NDZ-101 0.4抗氧剂1010 0.15、抗氧剂168 0.30钛白粉 2、氧化聚丙烯(F20) 0.3 29.8 24.0 78 0.63

Claims (3)

1、一种微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料，其特征在于原料组分按重量份计包括：聚丙烯70～100，微纤维5～30，无机超微细粉末0.5～20，助剂0.05～20；微纤维是直径为2～11μm、长径比为30～300的无碱玻璃纤维或直径0.1～3μm、长径为20～60的碳酸钙晶须、硫酸镁晶须及钛酸钾晶须中的一种或一种以上；无机超微细粉末是平均粒度0.5～10μm的硅灰石、滑石、碳酸钙、云母粉及高岭土或粒度为1～500nm的有机化层状硅酸盐、硅灰石、滑石、二氧化硅及碳酸钙超微细粉末中的一种或一种以上。
2、如权利要求1所述的微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料，其特征在于：聚丙烯是无规共聚丙烯、嵌段共聚丙烯或其它管材级聚丙烯中的一种或一种以上。
3、如权利要求1所述的微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料，其特征在于：助剂是偶联剂、增容剂、抗氧剂、光屏蔽剂或紫外线吸收剂、加工流动改性剂。
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