本發(fā)明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種以聚丙烯為主要原料進行改性制備輕質(zhì)高比強度材料技術，制備的輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料可在汽車、家電、軌道交通、航空航天、輪船、潛艇等制造領域及現(xiàn)代海綿城市建設領域中廣泛應用。
背景技術：
聚丙烯是塑料產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最為迅速的品種之一，它具有力學性能好、比重輕、無毒、耐腐蝕、易加工等優(yōu)點，而且原料易得、價格低廉，因而在家電、汽車以及包裝等領域得到了廣泛的應用。但聚丙烯材料具有收縮率大，制品尺寸穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生翹曲變形；低溫易斷裂、低溫韌性差；耐光、耐熱老化性能差等缺點，必須對聚丙烯材料進行改性。改性聚丙烯常用方法有填充、增強、共混等物理改性法以及共聚、交聯(lián)、接枝等化學改性法，其中物理改性法應用最為普遍。目前，工業(yè)生產(chǎn)中一般會使用如滑石粉、云母、碳酸鈣、炭黑、硅灰石、玻璃纖維等無機礦物質(zhì)作為填充增強組份，通過共混改性改善聚丙烯材料的沖擊韌性及耐低溫性，提高聚丙烯材料的剛性、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性，以滿足最終塑料制品的使用要求。但是由于這些無機礦物質(zhì)填料的密度往往比聚丙烯的密度大，在聚丙烯中加入后會相對增加最終產(chǎn)品的比重。大量試驗表明，當聚丙烯中無機礦物質(zhì)填料填充量由0增加到40wt.％時，材料密度會由純聚丙烯的0.89g/cm3～0.92g/cm3迅速增加到1.20g/cm3～1.24g/cm3。
現(xiàn)今，塑料與鋼材、木材、水泥一同構成了現(xiàn)代工業(yè)的四大基礎材料，并且隨著材料技術的發(fā)展以及節(jié)能、低碳環(huán)保要求的不斷提高，其應用領域已遠遠超越另外三大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。以塑代鋼、以塑代木早已成為汽車、家電、軌道交通、航空航天、輪船、潛艇等輕量化的重要途徑。然而，針對塑料改性及加工成型的報道和專利隨處可見，針對塑料輕量化的研究和專利卻鳳毛麟角。雖然專利CN 104629174 A公開了一種輕質(zhì)聚丙烯材料、專利CN 104774377 A公開了一種輕質(zhì)環(huán)保聚丙烯復合料，但認真考察其配方組成可以發(fā)現(xiàn)，這些所謂的輕質(zhì)聚丙烯材料中并沒有真正能起到輕質(zhì)化的組分，且說明書中均未提到最終聚丙烯材料與常規(guī)市面材料在密度方面的優(yōu)勢。另一方面即便有少數(shù)國外產(chǎn)品能滿足要求，但價格十分昂貴，導致最終產(chǎn)品性價比較低，嚴格限制了該材料的大規(guī)模工業(yè)化實施和應用。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有改性聚丙烯材料密度大、性價比低、難以在工業(yè)上實施的缺陷，而提供一種性價比高、可大規(guī)模工業(yè)化實施的輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料。
本發(fā)明的目的還在于提供一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料的制備方法。
為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料采用以下技術方案：
本發(fā)明一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料是由以下組分、配比混合制備而成，原料各組分按質(zhì)量百分含量配比如下：
本發(fā)明一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料，原料各組分按質(zhì)量百分含量配比優(yōu)選為：
本發(fā)明一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料，原料各組分按質(zhì)量百分含量配比進一步優(yōu)選為：
所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或兩者的混合物，其熔體流動速率為10g/10min～100g/10min。
所述的增韌劑為三元乙丙橡膠、聚烯烴彈性體中的一種或兩者的混合物。
所述的輕質(zhì)粉體填料為粒徑分布在2μm～200μm之間、真密度不超過0.65g/cm3、抗氣壓強度≧10MPa的空心無機粉體填料，優(yōu)選漂珠、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠中的一種或兩種及以上的混合物。
所述的短切玻纖為長度在3.0mm～6.0mm、纖維直徑在10μm～13μm的聚丙烯專用無堿短切玻纖。
所述的相容劑為馬來酸酐接枝率在0.60％～0.95％之間的馬來酸酐接枝聚合物，優(yōu)選馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體中的一種或兩種及以上的混合物。
所述的潤滑劑為烴類、脂肪酸及其酯類、金屬皂類中的一種或兩種及以上的混合物。
所述的偶聯(lián)劑為含氨基類硅烷偶聯(lián)劑。
所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑的混合物。
本發(fā)明一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料的制備方法采用以下工藝步驟：
(1)將配方量的聚丙烯、增韌劑、相容劑、潤滑劑和抗氧劑在高速混合機中混合，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1500rpm，最終物料溫度控制在70℃～80℃，物料混合均勻后卸料備用；
(2)將配方量的輕質(zhì)粉體填料、偶聯(lián)劑加入高速混合機中進行輕質(zhì)粉體填料活化改性，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1000rpm，最終物料溫度控制在85℃～95℃；
(3)將步驟(2)制備的物料與短切玻纖在高速混合機中室溫下混合均勻，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在300rpm～500rpm；
(4)將步驟(1)和步驟(2)制備的物料及短切玻纖，或者步驟(1)和步驟(3)制備的物料分別從主喂料口和側(cè)喂料口送入雙螺桿擠出機中熔融、混煉、造粒；擠出加工時，機筒溫度控制在180℃～240℃。
通過以上技術方案的實施，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料及其制備方法具有諸多優(yōu)點：
1.預先通過偶聯(lián)劑對輕質(zhì)粉體填料進行表面活化處理，有效改善了無機填料在有機樹脂中的分散性及其與有機樹脂間的結合牢度，并且通過側(cè)喂料口引入確保了空心無機粉體填料的結構完整性，達到材料輕質(zhì)化的目的。
2.采用剛性輕質(zhì)粉體填料作為減輕劑，能夠在改善材料機械性能的同時精確控制材料密度，有效防止玻纖外漏，并且所用原材料來源廣泛，國產(chǎn)產(chǎn)品即可滿足要求，所得材料性價比高。
3.本發(fā)明充分利用輕質(zhì)粉體填料與短切玻纖的協(xié)同效果，在降低材料低密度的同時有效提高了材料的機械強度。
4.本發(fā)明材料密度低、強度高，可滿足汽車、家電、軌道交通、航空航天、輪船、潛艇等制造領域及現(xiàn)代海綿城市建設領域絕大多數(shù)塑料性能要求，促進上述領域節(jié)能減排及低碳環(huán)保發(fā)展，且制備工藝簡單，可大規(guī)模工業(yè)化實施。
具體實施方式
為更好地描述本發(fā)明，下面結合實施例，對本發(fā)明用于種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料及其制備方法做進一步詳細說明。但本發(fā)明并不局限于實施例。實施例中所涉及百分比均按重量百分比計。
實施例1：
一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料，其配方如下：
其制備方法包括以下步驟：
a.將配方量的M2600R、EPDM3745P、馬來酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蠟和抗氧劑1010在高速混合機中混合，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1500rpm，最終物料溫度控制在70℃～80℃，物料混合均勻后卸料備用；
b.將配方量的GS60、KH-550加入高速混合機中進行活化改性，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1000rpm，最終物料溫度控制在85℃～95℃；
c.將步驟b制備的物料與T438在高速混合機中室溫下混合均勻，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在300rpm～500rpm；
d.將步驟a和步驟b制備的物料及T438，或者步驟a和步驟c制備的物料分別從主喂料口和側(cè)喂料口送入雙螺桿擠出機中熔融、混煉、造粒，擠出加工時，機筒溫度控制在180℃～240℃。
實施例2：
一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料，其配方如下：
其制備方法包括以下步驟：
a.將配方量的Y3000、POE5371、馬來酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蠟和抗氧劑1010在高速混合機中混合，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1500rpm，最終物料溫度控制在70℃～80℃，物料混合均勻后卸料備用；
b.將配方量的GS60、KH-550加入高速混合機中進行活化改性，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1000rpm，最終物料溫度控制在85℃～95℃；
c.將步驟b制備的物料與S508A在高速混合機中室溫下混合均勻，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在300rpm～500rpm；
d.將步驟a和步驟b制備的物料及S508A，或者步驟a和步驟c制備的物料分別從主喂料口和側(cè)喂料口送入雙螺桿擠出機中熔融、混煉、造粒，擠出加工時，機筒溫度控制在180℃～240℃。
實施例3：
一種輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料，其配方如下：
其制備方法包括以下步驟：
a.將配方量的K9920、K2420、POE5371、馬來酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯蠟和抗氧劑1010在高速混合機中混合，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1500rpm，最終物料溫度控制在70℃～80℃，物料混合均勻后卸料備用；
b.將配方量的GS60、KH-550加入高速混合機中進行活化改性，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在500rpm～1000rpm，最終物料溫度控制在85℃～95℃；
c.將步驟b制備的物料與S508A在高速混合機中室溫下混合均勻，高速混合機轉(zhuǎn)速控制在300rpm～500rpm；
d.將步驟a和步驟b制備的物料及S508A，或者步驟a和步驟c制備的物料分別從主喂料口和側(cè)喂料口送入雙螺桿擠出機中熔融、混煉、造粒，擠出加工時，機筒溫度控制在180℃～240℃。
以上實施例1～實施例3所制得的輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料的物性參數(shù)如表1所示：
表1實施例1～3制得的輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料的物性參數(shù)
從表1可以看出，本發(fā)明所得輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料具有較低的密度和優(yōu)異的機械性能，與現(xiàn)有技術相比具有實質(zhì)特點和顯著的進步。本發(fā)明所得輕質(zhì)高比強度改性聚丙烯材料適合于汽車、家電、軌道交通、航空航天、輪船、潛艇等制造領域及現(xiàn)代海綿城市建設領域絕大多數(shù)塑料性能要求。
以上實施例僅供本發(fā)明說明之用，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，熟悉該領域的技術人員根據(jù)本發(fā)明的精神實質(zhì)還可以做出各種變換或修飾，因此所有同等的技術方案也都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。