一种高刚高韧的聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，特别地，涉及一种高刚高韧的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
传统的聚丙烯材料通常采用橡胶或热塑性弹性体进行增韧。虽然增韧效果很好，但是会使聚丙烯的刚性大幅度下降。目前解决办法通常是配合一定的无机刚性粒子作为补强剂，来避免刚性大幅度下降，但是这又会影响增韧效果，且对于聚丙烯基体有一定选择性。比如对于高流动性聚丙烯，受限于无机刚性粒子分散性较差的问题，增韧效果并不理想。目前对于聚丙烯无法同时兼顾韧性与刚性，尤其是保证刚性的同时对于低温下的增韧效果不佳。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高刚高韧的聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，该高刚高韧的聚丙烯纳米复合材料在保证刚性的前提下具有较好的增韧效果，尤其是低温下的增韧效果。
为了实现上述目的，本发明采用下列技术方案。
一种聚丙烯纳米第合材料，包括以下质量份的组分：
优选地，其中硅灰石为3-15份，更优选地硅灰石为5份。
进一步地，聚丙烯为高流动性聚丙烯或高韧性聚丙烯。此处所指高流动性聚丙烯指熔体流动指数大于或等于30g/10min(230℃下砝码重量为2.16Kg/)，此处所指高韧性聚丙烯指常温下的缺口冲击强度大于30kJ/m2。
进一步地，聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯的高聚物(POE)、乙烯-丁烯的高聚物或三元乙丙橡胶。
进一步地，纳米碳酸钙为表面改性的纳米碳酸钙。
进一步地，该纳米碳酸钙的粒径为30-100nm。
进一步地，聚丙烯纳米复合材料还包括0.5-2质量份的抗氧化剂。
进一步地，抗氧化剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以1∶2的比例(质量比)混合的混合物、N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺或β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。
本发明还提供一种高刚高韧的聚丙烯复合材料的制备方法。该制备方法包括：
将30-80份聚丙烯、0-30份聚烯烃弹性体、5-70份纳米碳酸钙、0-10份埃洛石纳米管、0-15份硅灰石干燥，然后加入混合机内高速搅拌混合得预混料；将该预混料加入挤出机中熔融共混挤出，得到产物。
进一步地，挤出机的工艺条件为：螺杆转速为200至400转/分钟，温度为180℃至220℃。
本发明的有益效果
本发明的聚丙烯复合材料具有较好的常温冲击性能以及优异的低温冲击性能，制备方法简单，易于实现工业化，原材料成本低。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明进行说明。
实施例1
将64份高流动性聚丙烯(中海壳牌的EP548R)、13份乙烯-辛烯共聚物、3份埃洛石纳米管、7份纳米碳酸钙(粒径30-100nm)、12份硅灰石、1份抗氧化剂(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以1∶2的比例混合的混合物)在80℃下干燥8小时，然后将干燥后的各组分加入高速混合机中机械混合均匀，混合时间为10分钟，将得到的混料加入双螺杆挤出机中，设置螺杆转速为300转/分钟，挤出机的温度为220℃，熔融共混并造粒后得到粒料。表1列出了该粒料的力学性能，以及以上述工艺获得的纯高流动性均聚聚丙烯粒料的力学性能。对于高流动性聚丙烯而言，改性后的聚丙烯常温下和低温下的韧性都得到极大提高，流动性也并没有受到影响。
表1
实施例2
将74份高韧性共聚聚丙烯、2份埃洛石纳米管、18份纳米碳酸钙(粒径30-100nm)、5份硅灰石、1份抗氧化剂(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以1∶2的比例混合的混合物)在80℃下干燥8小时，然后将干燥后的各组分加入高速混合机中机械混合均匀，混合时间为10分钟，将得到的混料加入双螺杆挤出机中，设置螺杆转速为300转/分钟，挤出机的温度为220℃，熔融共混并造粒后得到粒料。
对比例1
重复实施例2，其不同仅在于其中碳酸钙的粒径为0.3-0.7μm，获得粒料。
表2列出了实施例2和对比例1的粒料的力学性能，以及以上述工艺获得的纯高高韧性共聚聚丙烯粒料的力学性能。可见改性后的复合材料韧性得到提高，尤其是低温冲击韧性得到了大幅度提高，且并未对刚性带来不利的影响。
表2
实施例3
将64份无规共聚聚丙烯(PPR)、2份埃洛石纳米管、30份纳米碳酸钙(粒径30-100nm)、3份硅灰石、1份抗氧化剂(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以1∶2的比例混合的混合物)在80℃下干燥8小时，然后将干燥后的各组分加入高速混合机中机械混合均匀，混合时间为10分钟，将得到的混料加入双螺杆挤出机中，设置螺杆转速为300转/分钟，挤出机的温度为220℃，熔融共混并造粒后得到粒料。
对比例2
重复实施例3，其不同仅在于其中碳酸钙的粒径为0.3-0.7μm，获得粒料。
表3列出了实施例3和对比例2的粒料的力学性能，以及以上述工艺获得的纯无规共聚聚丙烯粒料的力学性能。
表3
将如表4中列出质量份的各组分在80℃下干燥8小时，然后将干燥后的各组分加入高速混合机中机械混合均匀，混合时间为10分钟，将得到的混料加入双螺杆挤出机中，设置螺杆转速为300转/分钟，挤出机的温度为220℃，熔融共混并造粒后得到粒料。
表4
其中抗氧化剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯以1∶2的比例混合的混合物。纳米碳酸钙粒径为30-100nm。
将上述实施例和对比例获得的粒料进行力学性能测试，结果如下表5所示。
表5
实施例7
将30份聚丙烯、15份乙烯-丁烯的高聚物、5份纳米碳酸钙、10份硅灰石、0.5份β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯在80℃下干燥8小时，然后将干燥后的各组分加入高速混合机中机械混合均匀，混合时间为15分钟，将得到的混料加入双螺杆挤出机中，设置螺杆转速为200转/分钟，挤出机的温度为180℃，熔融共混并造粒后得到粒料。
实施例8
将80份聚丙烯、30份乙丙橡胶、70份纳米碳酸钙、10份埃洛石纳米管、15份硅灰石、2份N，N′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺在80℃下干燥8小时，然后将干燥后的各组分加入高速混合机中机械混合均匀，混合时间为20分钟，将得到的混料加入双螺杆挤出机中，设置螺杆转速为400转/分钟，挤出机的温度为220℃，熔融共混并造粒后得到粒料。
应当理解，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。这里无法对所有的实施方式予以穷举，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，比如实施例的简单合并等。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或改变仍处于本发明的保护范围之列。
