一种注塑级聚丙烯材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种注塑级聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
安全帽是防物体打击和坠落时头部碰撞的头部防护装置，其材质多种多样，其中材质为ABS工程塑料的安全帽具有高抗冲击性和防穿刺能力，广泛应用在电力、化工、石油、建筑、林业等行业。但是ABS材料具有比重高和成本高的缺陷，限制了其应用。聚丙烯作为一种常见的高分子材料，因其是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，且机械性能优异、耐多种溶剂腐蚀和耐酸碱，且密度较ABS低，但其刚性和低温韧性较差，未能达到ABS材料刚性，不能作为ABS材料的替代材料使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注塑级聚丙烯材料及其制备方法和应用，本发明提供的注塑级聚丙烯材料具有较高的刚性和韧性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种注塑级聚丙烯材料，包括如下质量百分含量的制备原料：高结晶度共聚聚丙烯79～89％，滑石粉5～10％，乙烯辛烯共聚物5～10％，辅助制剂1～5％。
优选地，所述高结晶度共聚聚丙烯为乙烯-丙烯共聚物，结晶度为60～70％，平均分子量为8000～12000，测试条件为230℃/2.16kg时，所述高结晶度共聚聚丙烯的熔体流动速率为0.2～10g/10min，常温冲击强度为3～60kJ/m2。
优选地，所述滑石粉的目数为2000～4000目。
优选地，所述乙烯辛烯共聚物的原料中辛稀含量为20～30％，所述乙烯辛烯共聚物的平均分子量为8000～12000。
优选地，所述辅助制剂包括抗氧剂、抗静电剂、光亮剂、光稳定剂和分散剂中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168；所述抗静电剂包括抗静电剂129，所述光亮剂包括TAS-2A光亮分散润滑剂；所述光稳定剂包括光稳定剂944和光稳定剂770；所述分散剂包括扩散粉EB-G。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
将高结晶度共聚聚丙烯、滑石粉、乙烯辛烯共聚物和辅助制剂混合后，依次进行熔融挤出和造粒，得到注塑级聚丙烯材料。
优选地，所述混合为干混，所述干混的混合速度为100～600rpm，干混的时间为5～10min。
优选地，所述熔融挤出过程分为十一个工作温区，具体为：一区180～200℃，二区190～220℃，三区200～220℃，四区210～220℃，五区210～230℃，六区210～230℃，七区210～230℃，八区210～230℃，九区210～230℃，十区210～230℃，机头区210～220℃；熔融挤出过程中的螺杆转速为300～450rpm。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级聚丙烯材料或上述技术方案所述的制备方法得到的注塑级聚丙烯材料在制备安全帽中的应用。
本发明提供了一种注塑级聚丙烯材料，包括如下质量百分含量的制备原料：高结晶度共聚聚丙烯79～89％，滑石粉5～10％，乙烯辛烯共聚物5～10％，辅助制剂1～5％。本发明以高结晶度共聚聚丙烯为主原料，具有较高的刚性，滑石粉可提高所得材料的弯曲强度，乙烯辛烯共聚物可提高所得材料的抗冲击强度，同时还可以改善材料的耐寒性和加工流动性，三者配合使用，所得材料具有刚性大和韧性好的优势，可作为ABS材料的替代材料，制备安全帽。此外，本发明的主原料相较于ABS成本低，因此具有成本低廉的优势。
具体实施方式
本发明提供了一种注塑级聚丙烯材料，包括如下质量百分含量的制备原料：高结晶度共聚聚丙烯79～89％，滑石粉5～10％，乙烯辛烯共聚物5～10％，辅助制剂1～5％。
在本发明中，以质量百分含量计，所述注塑级聚丙烯材料的制备原料包括高结晶度共聚聚丙烯79～89％，优选为82～86％；所述高结晶度共聚聚丙烯优选为乙烯-辛烯共聚物，结晶度优选为60～70％，更优选为70％；平均分子量优选为8000～12000，更优选为10000；测试条件为230℃/2.16kg时，所述高结晶聚丙烯的熔体流动速率优选为0.2～10g/10min(即熔融指数)，更优选为8g/10min；常温冲击强度优选为3～60kJ/m2，更优选为10kJ/m2。在本发明实施例中，所述高结晶度共聚聚丙烯优选为大韩油化公司的CB5108型号的产品。
在本发明中，以质量百分含量计，所述注塑级聚丙烯材料的制备原料包括滑石粉5～10％，优选为5～8％；所述滑石粉的目数优选为2000～4000目，更优选为3000目。在本发明中，所述滑石粉作为填料，与其他组分配合，有利于提高产品的弯曲强度，且滑石粉用量少。
在本发明中，以质量百分含量计，所述注塑级聚丙烯材料的制备原料包括乙烯辛烯共聚物5～10％，优选为5～8％；所述乙烯辛烯共聚物的原料中辛烯的含量优选为20～30％，所述乙烯辛烯共聚物的平均分子量优选为8000～12000，更优选为10000。在本发明中，所述乙烯辛烯共聚物作为增韧剂，与其他组分配合，不仅可提高产品的抗冲击强度，同时还可以改善产品的耐寒性和加工流动性。在本发明实施例中，所述乙烯辛烯共聚物优选为购买自沙比克公司的5070D型号的产品。
在本发明中，以质量百分含量计，所述注塑级聚丙烯材料的制备原料包括辅助制剂1～5％，优选为3～4％，上述辅助制剂的含量为所有辅助制剂的总含量；所述辅助制剂优选包括抗氧剂、抗静电剂、光亮剂、光稳定剂和分散剂中的至少一种，更优选地包括抗氧剂、抗静电剂、光稳定剂和分散剂，或包括抗氧剂、光亮剂、光稳定剂和分散剂；所述抗氧剂优选包括抗氧剂1010和抗氧剂168，所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:1，所述抗氧剂优选购买自巴斯夫；所述抗静电剂优选包括抗静电剂129，所述抗静电剂优选购买自佳华化学股份有限公司，所述光亮剂优选包括TAS-2A光亮分散润滑剂，所述光亮剂优选购买自广州源雅化工有限公司；所述光稳定剂优选包括光稳定剂944和光稳定剂770，所述光稳定剂944和光稳定剂770的质量比为1:1；所述光稳定剂优选购买自巴斯夫；所述分散剂优选包括扩散粉EB-G，所述分散剂优选购买自日本花王。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
将高结晶度共聚聚丙烯、滑石粉、乙烯辛烯共聚物和辅助制剂混合后，依次进行熔融挤出和造粒，得到注塑级聚丙烯材料。
本发明所提供的制备方法工艺简单，适合工业化应用。
在本发明中，所述混合优选为干混，所述干混的混合速度优选为100～600rpm，更优选为600rpm；干混的时间优选为5～10min。在本发明实施例中，所述混合优选在高速混合器中进行，所述高速混合器优选为立式混合器。
在本发明中，所述熔融挤出过程优选分为十一个工作温区，具体为：一区180～200℃，二区190～220℃，三区200～220℃，四区210～220℃，五区210～230℃，六区210～230℃，七区210～230℃，八区210～230℃，九区210～230℃，十区210～230℃，机头区210～220℃；熔融挤出过程中的螺杆转速优选为300～450rpm；所述熔融挤出的产量优选为10～100kg/h。
在本发明中，所述熔融挤出优选在双螺杆熔融挤出机上进行。
造粒完成后，本发明优选还包括干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为90～100℃，时间优选为2～3h。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级聚丙烯材料或上述技术方案所述的制备方法得到的注塑级聚丙烯材料在制备安全帽中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的一种注塑级聚丙烯材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例中，原料为：
高结晶度共聚聚丙烯：乙烯-丙烯共聚物，结晶度为70％，平均分子量为10000，测试条件为230℃/2.16kg时，熔体流动速率为8g/10min，常温冲击强度为10kJ/m2；购买自大韩油化公司的CB5108型号的产品；
滑石粉：目数为3000目；
乙烯辛烯共聚物的原料中辛烯的含量为20％～30％，所述乙烯辛烯共聚物的平均分子量为10000；购买自沙比克公司的5070D型号的产品；
辅助制剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、TAS-2A光亮分散润滑剂、光稳定剂944、光稳定剂770、抗静电剂129、扩散粉EB-R；其中抗氧剂1010和抗氧剂168、光稳定剂944、光稳定剂770购买自巴斯夫，扩散粉EB-R购买自日本花王，抗静电剂购买自佳华化学股份有限公司。
实施例1
按照如下质量百分比称量原料：高结晶度共聚聚丙烯87％，滑石粉5％，乙烯辛烯共聚物5％，辅助制剂3％，其中辅助制剂中的TAS-2A光亮分散润滑剂的含量为2％，抗氧剂1010、抗氧剂168、抗静电剂129、光稳定剂944和光稳定剂770的含量均为0.2％。
将称量好的原料在立式高速混合机中，以转速为600rpm的速度搅拌10min，然后输送至双螺杆挤出机进行熔融挤出、造粒和干燥，得到注塑级聚丙烯材料；挤出机的各温区的温度为：一区180℃，二区190℃，三区200℃，四区210℃，五区210℃，六区210℃，七区220℃，八区220℃，九区210℃，十区210℃，机头区210℃；熔融挤出过程中的螺杆转速为400rpm，熔融挤出产量为30kg/h，干燥的温度为100℃，时间为2h。
实施例2
采用与实施例1相同的原料，按照如下质量百分比称量原料：高结晶度共聚聚丙烯84％，滑石粉8％，乙烯辛烯共聚物5％，辅助制剂3％，其中辅助制剂中的抗氧剂1010、抗氧剂168、光稳定剂944、光稳定剂770、扩散粉EB-G、抗静电剂129各占0.5％。
按照实施例1的制备工艺制备注塑级聚丙烯材料。
实施例3
采用与实施例1相同的原料，按照如下质量百分比称量原料：高结晶度共聚聚丙烯84％，滑石粉5％，乙烯辛烯共聚物8％，辅助制剂3％，其中辅助制剂中的抗氧剂1010、抗氧剂168、光稳定剂944、光稳定剂770、扩散粉EB-G、TAS-2A光亮分散润滑剂各0.5％。
按照实施例1的制备工艺制备注塑级聚丙烯材料。
实施例4
采用与实施例1相同的原料，按照如下质量百分比称量原料：高结晶度共聚聚丙烯81％，滑石粉8％，乙烯辛烯共聚物8％，辅助制剂3％，其中辅助制剂中的抗氧剂1010、抗氧剂168、光稳定剂944、光稳定剂770、扩散粉EB-G、TAS-2A光亮分散润滑剂各0.5％。
按照实施例1的制备工艺制备注塑级聚丙烯材料。
对比例1
按照如下质量百分比称量原料：ABS%2085％，永久抗静电剂12％，辅助制剂抗氧剂(抗氧剂1010和168按照质量比为1:1复配得到)和光稳定剂(光稳定剂944和光稳定剂770按照质量比1:1复配得到)各1.5％，其中ABS为购买于奇美公司的PA-757K型号的产品。
按照实施例1的制备工艺制备注塑级聚丙烯材料。
对比例2
按照实施例1的方法制备注塑级聚丙烯材料，不同之处在于将高结晶度共聚聚丙烯替换为常规共聚聚丙烯(结晶度为45％)，共聚聚丙烯购买自中海壳牌为548R型号。
将实施例1～4和对比例1～2所得产品在注射成型机上进行注射成型制样，测试性能，具体的测试方法如下：
拉伸性能：按照ISO527-2进行，试样尺寸为150mm×10mm×4mm，拉伸速度为50mm/min；
弯曲性能：按照ISO%20178进行，试样尺寸为80mm×10mm×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；
悬臂梁梁冲击强度：按照ISO%20179进行，试样尺寸为80mm×6mm×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；
光泽度：按照ISO%202813进行，试样尺寸为80mm×80mm×3mm，光泽度测试仪60°。
测试结果如表1所示。由表1可知，实施例1～4所得产品的低温耐冲击性与对比例1相当，而常温冲击强度优于对比例1，说明其韧性优于对比例1的ABS材料，而实施例1～4所得产品的弯曲强度和弯曲模量与对比例1相当，说明其刚性与对比例1相当，实施例1～4所得产品的密度比对比例1小，可见实现了轻量化。此外，实施例1～4所得产品的拉伸强度和光泽度与对比例1相当，断裂伸长率优于对比例1，可见本发明所提供的注塑级聚丙烯材料可作为ABS材料的替代品使用，以制备安全帽，可极大程度地降低安全帽的成本。
由表1还可知实施例1～4所得产品的各项性能均优于对比例2，说明高密度共聚聚丙烯的加入有利于提高注塑级聚丙烯材料的综合性能。
表1实施例1～4和对比例1～2所得产品的性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
