專利名稱：快速成型聚丙烯復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑料材料領(lǐng)域，尤其涉及一種快速成型聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，更具體是涉及一種通過添加成核劑和導(dǎo)熱劑以加速結(jié)晶和快速導(dǎo)熱的方式得到的快速成型聚丙烯復(fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯(PP)是塑料產(chǎn)業(yè)中發(fā)展地最為迅速的的塑料品種之一，具有力學(xué)性能好、 比重輕、無毒、易加工、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，而且原料來源廣、價(jià)格低廉，在家電、汽車以及包裝等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前聚丙烯領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，需要尋求降低成本的方式。目前，聚丙烯復(fù)合材料降低成本的方式主要有添加填料、選擇經(jīng)濟(jì)的回料聚丙烯或助劑等，但是填料的選擇和添加量是受限的，填料必須根據(jù)材料的需要有針對(duì)性的選擇， 不能一味地選擇更經(jīng)濟(jì)的填料，另外填料的添加量有特定范圍，不能過多或過少，否則不能滿足材料性能的要求；而選擇經(jīng)濟(jì)的回料聚丙烯或助劑有風(fēng)險(xiǎn)性，材料的物理性能、成型外觀、氣味總碳可能不合格。因此有必要找出一種方式，不僅保持材料原有的優(yōu)良性能，同時(shí)不受材料內(nèi)添加物的種類和含量的限制，同時(shí)材料的性能比較穩(wěn)定、生產(chǎn)成本也較低。中國(guó)專利CN200910191936. 6公開了高光澤快速成型聚丙烯及其制備方法，它是通過添加成核劑來提高成型速率；中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司2008年在《合成樹脂與塑料》雜志報(bào)道了快速成型耐翹曲PP樹脂，它也是通過添加成核劑來提高成型速率。 通過在PP中加入成核劑可以產(chǎn)生大量異相晶核，使球晶細(xì)化，提高PP結(jié)晶的溫度，同時(shí)加快結(jié)晶的速度，從而提高成型速率，但是實(shí)際應(yīng)用中，注塑時(shí)溫度很高，而PP導(dǎo)熱系數(shù)小，產(chǎn)生的熱量很難快速散去，因此成型速率提高不甚明顯。為了克服上述缺陷，本發(fā)明采用提高生產(chǎn)效率的方式降低生產(chǎn)成本，具體公開了一種新型助劑，該助劑使得材料基本物性保持原樣，而成型速率較快，這是因?yàn)樵撝鷦┰谔岣呓Y(jié)晶速率的基礎(chǔ)上再提高導(dǎo)熱系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述問題，提供一種快速成型聚丙烯復(fù)合材料，通過添加成核劑和導(dǎo)熱劑，制備出一種快速成型聚丙烯復(fù)合材料。同時(shí)，本發(fā)明的另一個(gè)目的還在于提供快速成型聚丙烯材料的制備方法。本發(fā)明是在聚丙烯材料的基礎(chǔ)配方中加入一種成核劑和導(dǎo)熱劑，成核劑可以產(chǎn)生大量異相晶核，使球晶細(xì)化，提高PP結(jié)晶的溫度，同時(shí)加快結(jié)晶的速度；導(dǎo)熱劑可以將注塑時(shí)產(chǎn)生的熱量迅速的散去，減少冷卻時(shí)間，兩者的結(jié)合提高了材料的成型速率，從而制得了快速成型聚丙烯。成核劑和導(dǎo)熱劑對(duì)聚丙烯復(fù)合材料的其他特性，如力學(xué)性能，熱氧穩(wěn)定性等不會(huì)產(chǎn)生影響。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于由以下重量配比的原料制備成
聚丙烯
填料
增韌劑
成核劑
導(dǎo)熱劑
熱穩(wěn)定劑
抗氧劑
0. 1-1. 0% ； 0. 1-1. 0%。
60-86% ； 5-20% ； 5-25% 0. 3-0. 5% ； 2-5% ；
前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，所述成核劑為β晶型成核劑Υ-619。前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，所述導(dǎo)熱劑為包覆型納米熱導(dǎo)材料，包覆型納米熱導(dǎo)材料由普通礦粉填料層和包覆于礦粉填料表面的納米熱導(dǎo)材料層構(gòu)成。普通礦粉莫氏硬度小于3，如滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、彭潤(rùn)土等。前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，所述的納米熱導(dǎo)材料為納米級(jí)氮化鋁或氮化硼。
前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，所述聚丙烯為不同流動(dòng)性的均聚或共聚的聚丙烯。前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，對(duì)于共聚的聚丙烯，共聚單體為乙烯，乙烯含量在4-lOmoW)的范圍內(nèi)，聚丙烯在230°C X2. 16kg的溫度和壓力下，熔體流動(dòng)速率為 5-50g/10min，更常見的為 5_30g/10min。前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，所述填料為滑石粉、碳酸鈣、硫酸鎂晶須、硅灰石的一種或幾種，填料粒徑范圍為1-10微米。前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，所述增韌劑為橡膠彈性體。前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，所述的橡膠彈性體為POE或EPDM。制備前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于包括以下步驟
(1)按重量配比秤取原料；
(2)將原料在高速混合器中干混3-5分鐘；
(3)將混合后的原料置于雙螺桿機(jī)，經(jīng)熔融擠出造粒，制得增強(qiáng)型填料填充的復(fù)合材料；原料經(jīng)過雙螺桿機(jī)的多個(gè)溫區(qū)，擠出溫度為215 225°C，雙螺桿機(jī)內(nèi)壓力為12-18MPa， 原料在雙螺桿機(jī)停留時(shí)間為1-2分鐘。前述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，雙螺桿機(jī)的分為多個(gè)溫區(qū)，依次為一區(qū) 180 190°C，二區(qū) 200 210°C，三區(qū) 200 210°C，四區(qū) 210 215°C，五區(qū) 210 215，六區(qū)210 215°C，七區(qū)215 225°C，八區(qū)215 225°C，九區(qū)215 225°C，十區(qū)215 225 °C。本發(fā)明在在聚丙烯材料的基礎(chǔ)配方中加入一種成核劑和導(dǎo)熱劑，一方面，可以產(chǎn)生大量異相晶核，使球晶細(xì)化，提高PP結(jié)晶的溫度，同時(shí)加快結(jié)晶的速度；另一方面，可以將注塑時(shí)產(chǎn)生的熱量迅速的散去，減少冷卻時(shí)間，這兩方面的結(jié)合提高了聚丙烯復(fù)合材料的成型速率；本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、提高了生產(chǎn)效率、降低了成本；本發(fā)明所制得的快速成型聚丙烯復(fù)合材料在提高成型速率的同時(shí)，材料的各項(xiàng)物理力學(xué)性能優(yōu)異。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明?？焖俪尚途郾?fù)合材料按以下重量配比的原料配制成(％)
聚丙烯60-86 ；填料5-20 ；增韌劑5-25成核劑0. 3-0. 5 ；導(dǎo)熱劑2-5 ；熱穩(wěn)定劑DSTP0. 1-1. 0 ；抗氧劑10100. 1-1. 0 ；抗氧劑1680. 1-0. 5。使用的材料要求聚丙烯為不同流動(dòng)性的均聚或共聚的聚丙烯，用量為60-86%， 其中共聚丙烯的共聚單體常見為乙烯，乙烯含量在4-lOmoW)的范圍內(nèi)，聚丙烯的熔體流動(dòng)速率(230°C X 2. 16kg)為5-50g/10min，更為常用為5-30g/10min ；所述的填料為滑石粉， 它的粒徑范圍為1-10微米；所述成核劑為β晶型成核劑Υ-619，為余姚天喏塑化有限公司產(chǎn)；所述導(dǎo)熱劑為包覆型納米熱導(dǎo)材料，即普通礦粉填料表面包覆一層納米熱導(dǎo)材料，其中納米熱導(dǎo)材料指納米級(jí)氮化鋁Α1Ν、氮化硼B(yǎng)N等，普通礦粉的莫氏硬度小于3，如滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、彭潤(rùn)土等；增韌劑POE為陶氏(DOW)公司生產(chǎn)，商品牌號(hào)為Engage 8842，化學(xué)名稱為乙辛橡膠；抗氧劑1010為Ciki公司產(chǎn)，商品牌號(hào)為Irganox 1010，化學(xué)名稱為四〔 β- (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯；抗氧劑168為Ciki公司產(chǎn)，商品牌號(hào)為Irgafos 168，化學(xué)名稱為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯；熱穩(wěn)定劑DSTP為英國(guó) ICE公司產(chǎn)，商品牌號(hào)為Negonox DSTP，化學(xué)名稱為硫代二丙酸十八酯。納米熱導(dǎo)材料一氮化鋁、氮化硼納米材料從徐州宏武納米材料有限公司購(gòu)買，將氮化鋁/氮化硼材料和礦粉填料按重量比例1 4混合，通過高速剪切分散機(jī)旋轉(zhuǎn)剪切實(shí)現(xiàn)， 具體工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速1500-3000轉(zhuǎn)/分，溫度80-150°C，壓力3_8MPa，停留時(shí)間為5_10分鐘，從而制得包覆型納米熱導(dǎo)材料，即制得導(dǎo)熱劑。實(shí)施例分為三組，第一組實(shí)施例公開了本發(fā)明的快速成型聚丙烯復(fù)合材料(加了導(dǎo)熱劑和成核劑)的具體配方和制備過程，配方與材料性能測(cè)試結(jié)果見表1。實(shí)施例1
按重量比取聚丙烯60%、滑石粉20%、P0E 16%、成核劑0. 3%、導(dǎo)熱劑2. 7%、熱穩(wěn)定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中干混3_5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料的粒料，其工藝控制條件為一區(qū)180 190°C，二區(qū) 200 210°C，三區(qū) 200 210°C，四區(qū) 210 215°C，五區(qū) 210 215°C，六區(qū) 210 215°C，七區(qū) 215 225°C，八區(qū) 215 225°C，九區(qū) 215 225°C，十區(qū) 215 225°C; 停留時(shí)間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。實(shí)施例2
按重量比取聚丙烯70%、滑石粉6%、P0E 20%、成核劑0. 3%、導(dǎo)熱劑2. 7%、熱穩(wěn)定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中干混3_5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料的粒料，其工藝控制條件為一區(qū)180 190°C，二區(qū) 200 210°C，三區(qū) 200 210°C，四區(qū) 210 215°C，五區(qū) 210 215°C，六區(qū)210 215°C，七區(qū) 215 225°C，八區(qū) 215 225°C，九區(qū) 215 225°C，十區(qū) 215 225°C; 停留時(shí)間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。實(shí)施例3
按重量比取聚丙烯75%、滑石粉10%、P0E 11%、成核劑0. 3%、導(dǎo)熱劑2. 7%、熱穩(wěn)定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中干混3_5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料的粒料，其工藝控制條件為一區(qū)180 190°C，二區(qū) 200 210°C，三區(qū) 200 210°C，四區(qū) 210 215°C，五區(qū) 210 215°C，六區(qū) 210 215°C，七區(qū) 215 225°C，八區(qū) 215 225°C，九區(qū) 215 225°C，十區(qū) 215 225°C; 停留時(shí)間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。實(shí)施例4
按重量比取聚丙烯80%、滑石粉5%、P0E 11%、成核劑0. 3%、導(dǎo)熱劑2. 7%、熱穩(wěn)定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中干混3_5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料的粒料，其工藝控制條件為一區(qū)180 190°C，二區(qū) 200 210°C，三區(qū) 200 210°C，四區(qū) 210 215°C，五區(qū) 210 215°C，六區(qū) 210 215°C，七區(qū) 215 225°C，八區(qū) 215 225°C，九區(qū) 215 225°C，十區(qū) 215 225°C; 停留時(shí)間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。實(shí)施例5
按重量比取聚丙烯85%、滑石粉5%、POE 6%、成核劑0. 3%、導(dǎo)熱劑2. 7%、熱穩(wěn)定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中干混3_5分鐘，之后，再在雙螺桿擠出機(jī)中經(jīng)熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料的粒料，其工藝控制條件為一區(qū)180 190°C，二區(qū) 200 210°C，三區(qū) 200 210°C，四區(qū) 210 215°C，五區(qū) 210 215°C，六區(qū) 210 215°C，七區(qū) 215 225°C，八區(qū) 215 225°C，九區(qū) 215 225°C，十區(qū) 215 225°C; 停留時(shí)間為1-2分鐘，壓力為12-18MPa。第二組實(shí)施例的導(dǎo)熱劑由滑石粉替代，公開了只加成核劑、不加導(dǎo)熱劑的聚丙烯復(fù)合材料的制備過程，其余配方組成及工藝條件與第一組一樣，配方與材料性能測(cè)試結(jié)果見表2。第三組實(shí)施例的成核劑和導(dǎo)熱劑由滑石粉替代，公開了不加成核劑、不加導(dǎo)熱劑的聚丙烯復(fù)合材料的制備過程，其余配方組成及工藝條件與第一組一樣，配方與材料性能測(cè)試結(jié)果見表3。
性能評(píng)價(jià)方式及實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)
將按上述三組實(shí)施例完成造粒的粒子材料事先在90 100°C的鼓風(fēng)烘箱中干燥2 3 小時(shí)，然后再將干燥好的粒子材料在注射成型機(jī)上進(jìn)行注射成型制樣。試樣檢測(cè)環(huán)境溫度 23°C，濕度 50%。拉伸性能測(cè)試按ISO 527-2進(jìn)行，試樣尺寸為150*10*4mm，拉伸速度為50mm/min ； 彎曲性能測(cè)試按ISO 178進(jìn)行，試樣尺寸為80*10*4mm，彎曲速度為2mm/min，跨距為64mm ； 簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度按ISO 179進(jìn)行，試樣尺寸為80*6*4mm，缺口深度為試樣厚度的三分之一； 熱變形溫度按ISO 75進(jìn)行，試樣尺寸為120*10*3. 0mm，載荷為1. SMPa ；材料的熱氧老化性能按IS04577進(jìn)行，試樣尺寸為50*10*10mm，測(cè)試溫度為150°C ；結(jié)晶溫度通過差示掃描量
6法測(cè)得；成型時(shí)間是以注塑改款大眾PASSAT的門板為基準(zhǔn)的成型時(shí)間。材料的綜合力學(xué)性能通過測(cè)試所得的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲模量、熱變性溫度以及沖擊強(qiáng)度的數(shù)值進(jìn)行評(píng)判；材料的熱氧老化性能根據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)定的耐熱氧老化時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行評(píng)判時(shí)間越長(zhǎng)，材料的耐熱氧老化性能越好；材料的生產(chǎn)效率通過成型時(shí)間評(píng)判成型時(shí)間越短，生產(chǎn)效率越高。三組實(shí)施例的配方及材料各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果見下各表1-3 表1 第一組實(shí)施例的配方及材料性能表
權(quán)利要求
1.快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在干由以下重量配比的原料制備成聚丙烯60-86% ；填料5-20% ；增韌劑5-25%成核劑0. 3-0. 5% ；導(dǎo)熱劑2-5% ；熱穩(wěn)定劑0. 1-1. 0% ；抗氧劑0. 1-1. 0%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在干所述成核劑為日晶 型成核劑Y-619。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述導(dǎo)熱劑為包覆 型納米熱導(dǎo)材料，包覆型納米熱導(dǎo)材料由普通礦粉填料層和包覆于礦粉填料表面的納米熱 導(dǎo)材料層構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征是所述的納米熱導(dǎo)材料 為納米級(jí)氮化鋁或氮化硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述聚丙烯為均聚 或共聚的聚丙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于對(duì)于共聚的聚丙烯， 共聚單體為乙烯，乙烯含量在4-lOmoW)的范圍內(nèi)，聚丙烯在230°C X2. 16kg的溫度和壓カ 下，熔體流動(dòng)速率為5-50g/10min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述填料為滑石粉、 碳酸鈣、硫酸鎂晶須、硅灰石的一種或幾種，填料粒徑范圍為1-10微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述增韌劑為橡膠 弾性體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述的橡膠弾性體 為 POE 或 EPDM。
10.制備權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的快速成型聚丙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于 包括以下步驟(1)按重量配比秤取原料；(2)將原料在高速混合器中干混3-5分鐘；(3)將混合后的原料置于雙螺桿機(jī)，經(jīng)熔融擠出造粒，制得增強(qiáng)型填料填充的復(fù)合材 料；原料經(jīng)過雙螺桿機(jī)的多個(gè)溫區(qū)，擠出溫度為215 225°C，雙螺桿機(jī)內(nèi)壓カ為12-18MPa， 原料在雙螺桿機(jī)停留時(shí)間為1-2分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于塑料材料領(lǐng)域，尤其涉及一種快速成型聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，由以下重量配比的原料制備成聚丙烯60-86%；填料5-20%；增韌劑5-25%；成核劑0.3-0.5%；導(dǎo)熱劑2-5%；熱穩(wěn)定劑0.1-1.0%；抗氧劑0.1-1.0%；成核劑為β晶型成核劑Y-619；導(dǎo)熱劑為包覆型納米熱導(dǎo)材料，包覆型納米熱導(dǎo)材料由普通礦粉填料層和包覆于礦粉填料表面的納米熱導(dǎo)材料層構(gòu)成。本發(fā)明在在聚丙烯材料的基礎(chǔ)配方中加入成核劑和導(dǎo)熱劑，成核劑提高PP結(jié)晶的溫度、加快結(jié)晶速度，導(dǎo)熱劑將注塑時(shí)產(chǎn)生的熱量迅速的散去、減少冷卻時(shí)間，因而提高了聚丙烯復(fù)合材料的成型速率；本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、提高了生產(chǎn)效率、降低了成本，制得的材料各項(xiàng)物理力學(xué)性能優(yōu)異。
文檔編號(hào)C08K3/38GK102532711SQ201110452729
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者丁賢麟, 汪理文, 翁永華 申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)潤(rùn)佳工程塑料有限公司