一種高性能耐磨pp復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能耐磨PP復(fù)合材料，其原料配方由抗氧劑、增韌劑、抗磨損劑1、抗磨損劑2、PP組成。本發(fā)明的一種高性能耐磨PP復(fù)合材料表現(xiàn)出高抗沖、耐老化的性能，尤其表現(xiàn)出良好的耐寒性能，適用于家用電器、機(jī)床零件、緊固件、儀表元件、齒輪、汽車工業(yè)、航空工業(yè)零部件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉及轉(zhuǎn)子、船舶零部件及內(nèi)飾制造中的應(yīng)用。
【專利說明】一種高性能耐磨PP復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及PP聚合物材料領(lǐng)域，具體涉及一種高性能耐磨PP復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯(PP)是是一種高密度、無側(cè)鏈、高結(jié)晶的線性聚合物，相對(duì)于普通的塑料材料，常溫下的抗沖擊性能較高，同時(shí)具有耐熱、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于金屬材料，PP的質(zhì)量更低、更易于加工成型，在家用電器、汽車工業(yè)、航空工業(yè)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。在上述領(lǐng)域中，PP通常被用作制造軸承、圓齒輪、凸輪、傘齒輪、滑輪、泵葉輪、風(fēng)扇葉片、蝸輪、推進(jìn)器、螺釘、螺母、墊片等零件。但PP的韌性較低、抗沖擊性能差、耐磨性不能完全滿足高強(qiáng)度損耗的需求、易于損壞的缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制其應(yīng)用的推廣。提高PP復(fù)合材料耐磨性的傳統(tǒng)做法是在PP復(fù)合材料中加入耐磨劑PTFE或二硫化鑰同時(shí)與礦物復(fù)合，但是這種途徑所得的材料韌性及抗沖擊性能較差，在低溫環(huán)境中產(chǎn)品容易脆化、破碎，也更容易老化報(bào)廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種抗沖擊、不易老化、耐磨性能高的的PP復(fù)合材料。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供一種可大規(guī)模推廣、提高上述PP復(fù)合材料性能的制備方法。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種上述PP復(fù)合材料的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的通過以下方式實(shí)現(xiàn):
一種高性能耐磨PP復(fù)合材料，其原料配方由如下重量份的各組分組成:
抗氧劑0.3-0.5份；
增韌劑2-5份；
抗磨損劑I10-30份；
抗磨損劑25-10份
PP54.5-82.7 份；
所述抗氧劑為抗氧劑B215 ;所述增韌劑為POE接枝；所述抗磨損劑I為鈦酸鉀晶須；所述抗磨損劑2為UHMWPE全稱是Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150萬以上的聚乙烯；所述PP為均聚PP。
[0007]進(jìn)一步的，所述UHMWPE分子量為150萬-160萬。
[0008]上述原料中，PP為市售的均聚PP。
[0009]上述原料中，所述抗氧劑為抗氧劑B215為市售產(chǎn)品，是抗氧劑1010和抗氧劑168的混合物。在本發(fā)明中，抗氧劑B215可有效提高所述原料配方中各成分的加工穩(wěn)定性，并提高所制得的添加了抗磨損劑后的PP聚合物的抗氧化性能，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。
[0010]上述POE接枝為市售產(chǎn)品，能夠有效地提升本發(fā)明玻纖增強(qiáng)PA6聚合物的韌性。[0011]上述鈦酸鉀晶須原子排列高度有序，內(nèi)涵缺陷較小，通常被用作增強(qiáng)材料。鈦酸鉀的用量與產(chǎn)品的抗磨損效果呈正相關(guān)，但對(duì)產(chǎn)品的韌性、抗沖性能有較大影響。所述抗磨損劑為粒徑分子量在150萬-160萬間的UHMWPE。其具有較強(qiáng)的耐磨性及自潤(rùn)滑性能。但其作為助劑添加至塑料材料中時(shí)，往往會(huì)降低產(chǎn)品達(dá)流動(dòng)性，導(dǎo)致產(chǎn)品難以加工。此外，UHMWPE通常會(huì)降低產(chǎn)品的拉伸、抗沖等效用，添加了 UHMWPE的PP復(fù)合材料通常會(huì)表現(xiàn)出較大的脆性，容易老化，低溫之下抗沖擊性能差。發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，向添加了 UHMWPE的PP復(fù)合材料的原料配方中引入鈦酸鉀晶須，二者協(xié)效可大幅提升PP復(fù)合材料的耐磨性能，從而降低二者的用量。此外本發(fā)明引入POE接枝，并對(duì)UHMWPE和鈦酸鉀晶須、POE接枝的用量進(jìn)行優(yōu)化，所制成PP復(fù)合材料不但表現(xiàn)出良好的耐磨性能，其抗沖擊性能也有較大的提升。現(xiàn)有對(duì)UHMWPE的認(rèn)識(shí)是其用量越多、分子量越高，抗沖擊能力、耐老化性能將越低。但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)UHMWPE分子量為150萬-160萬時(shí)，本發(fā)明的PP聚合物比磨損量可達(dá)0.005，缺口抗沖擊強(qiáng)度為180J/M。
[0012]上述一種高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法，其具體包括如下步驟:按照上述的比例將抗氧劑、增韌劑、抗磨損劑1、抗磨損劑2、PP裝入攪拌機(jī)中反復(fù)攪拌混合均勻后送入雙螺桿擠出機(jī)中，在190-220°C的溫度下熔融混煉，所得熔體由雙螺旋擠出機(jī)擠出后經(jīng)水槽冷卻，引入切粒機(jī)進(jìn)行切粒操作，所得粒料即為所述高性能耐磨PP復(fù)合材料。
[0013]所述反復(fù)攪拌是指反復(fù)攪拌三次，每次攪拌時(shí)間為30-50分鐘。所述攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為650-1000轉(zhuǎn)/分。
[0014]提高攪拌機(jī) 的轉(zhuǎn)速可使各原料組分混合更充分從而獲得質(zhì)地均勻的產(chǎn)品。但對(duì)于某些原料來說，過慢的攪拌速度難以使其充分混合，過高的攪拌轉(zhuǎn)速容易導(dǎo)致其自身結(jié)構(gòu)的裂解。上述攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速是發(fā)明人根據(jù)本發(fā)明各種原料組分的物性而優(yōu)選的，在此范圍內(nèi)，既能保證原料的各組分能夠混合均勻，又能有效防止原料發(fā)生裂解而失效。所述反復(fù)攪拌是指交替改變攪拌機(jī)的攪拌方向，如此便能夠在不增加轉(zhuǎn)速的情況下進(jìn)一步促進(jìn)各原料組分的混合。本發(fā)明的熔煉溫度是根據(jù)各類原料的性質(zhì)選定的，在該溫度范圍內(nèi)，各類原料均可熔化徹底而得以充分混融，不因溫度過低而熔融混煉不徹底，且不易因溫度過高而裂解、變質(zhì)。原料只有得到充分混融結(jié)合，才能協(xié)同作用獲得本發(fā)明所追求的優(yōu)質(zhì)性能。
[0015]所述雙螺旋擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為250-600轉(zhuǎn)/分。
[0016]所述熔體由雙螺旋擠出機(jī)擠出后經(jīng)水槽冷卻時(shí)，所用水槽溫度為60_75°C。
[0017]由于產(chǎn)品的性質(zhì)不同，其冷卻水溫也各不一致。一般來說，升高水槽內(nèi)的水溫能夠縮減粒料間的空隙使其不易碎裂，但過高的水溫將導(dǎo)致粒料粘結(jié)，影響產(chǎn)品品質(zhì)及外觀。因此在本發(fā)明中，設(shè)計(jì)人根據(jù)雙螺旋擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速、熔體的性質(zhì)設(shè)計(jì)出上述的水槽水溫范圍，在該溫度范圍內(nèi)生產(chǎn)出的本發(fā)明產(chǎn)品粒料間隙適中、不易粘結(jié)，具有良好的加工性能。
[0018]所述切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為600-900轉(zhuǎn)/分。
[0019]本發(fā)明設(shè)計(jì)人在研究實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),切粒機(jī)轉(zhuǎn)速過高會(huì)使粒料體積過小在后續(xù)的拉條工序中容易斷裂，而切粒機(jī)轉(zhuǎn)速過慢時(shí)則會(huì)是粒料肥大，影響最終粒料美觀的同時(shí)還會(huì)加大粒料應(yīng)用中的加工難度。而每一種成分的粒料均有其適宜的粒料大小，對(duì)于本發(fā)明而言，600-900轉(zhuǎn)/分的切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠最大程度地提升本發(fā)明產(chǎn)品的外觀及加工性能。
[0020]對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)測(cè)試表明，本發(fā)明的一種高性能耐磨PP復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐磨性能，比磨損量可達(dá)0.005 ;以及優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的韌性及抗沖擊性能，抗沖擊性能可達(dá)到180J/M;尤其適用于家用電器、機(jī)床零件、緊固件、儀表元件、齒輪、汽車工業(yè)、航空工業(yè)零部件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉及轉(zhuǎn)子、船舶零部件及內(nèi)飾制造中的應(yīng)用。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
1.本發(fā)明特別選用了鈦酸鉀晶須、UHMWPE作為抗磨損劑，二者協(xié)效可使本發(fā)明的PP復(fù)合材料獲得優(yōu)異的耐磨性能，從而降低二者的用量，降低對(duì)產(chǎn)品伸展性、缺口抗沖擊性能的影響；此外本發(fā)明還特別使用了 POE接枝，其與上述鈦酸鉀晶須、UHMWPE協(xié)效作用，使本發(fā)明的PP復(fù)合材料在維持較高的耐磨性能的同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的缺口抗沖擊效果。
[0022]2.本發(fā)明向PP復(fù)合材料中添加了抗氧劑B215，其能夠有效延緩本發(fā)明PP復(fù)合材料氧化分解，令產(chǎn)品長(zhǎng)期使用仍能具有較高的抗沖擊效果，避免其因老化而脆化、毀損，有效地延長(zhǎng)所制得產(chǎn)品的使用壽命。
[0023]3.本發(fā)明的高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法，是依據(jù)各原料組分的特點(diǎn)對(duì)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、熔煉溫度、水槽水溫、切粒機(jī)轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)優(yōu)化而得，保證所制得的PP復(fù)合材料材料能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所追尋的技術(shù)效果。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合對(duì)比例及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種高性能耐磨PP復(fù)合材料，其原料配方由如下重量份的各組分組成: 抗氧劑0.42份；
增韌劑3.3份；` 抗磨損劑I26份；
抗磨損劑26份
PP64.28 份；
所述抗氧劑為抗氧劑B215 ;所述增韌劑為POE接枝；所述抗磨損劑I為鈦酸鉀晶須；所述抗磨損劑2為UHMWPE全稱是Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150萬以上的聚乙烯；所述PP為均聚PP。
[0025]進(jìn)一步的，所述UHMWPE分子量為155萬。
[0026]上述一種高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法，其具體包括如下步驟:按照上述的比例將抗氧劑、增韌劑、抗磨損劑1、抗磨損劑2、PP裝入攪拌機(jī)中反復(fù)攪拌混合均勻后送入雙螺桿擠出機(jī)中，在200°C的溫度下熔融混煉，所得熔體由雙螺旋擠出機(jī)擠出后經(jīng)水槽冷卻，引入切粒機(jī)進(jìn)行切粒操作，所得粒料即為所述高性能耐磨PP復(fù)合材料。
[0027]所述反復(fù)攪拌是指反復(fù)攪拌三次，每次攪拌時(shí)間為45分鐘。所述攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為780轉(zhuǎn)/分。
[0028]所述雙螺旋擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為240轉(zhuǎn)/分。
[0029]所述熔體由雙螺旋擠出機(jī)擠出后經(jīng)水槽冷卻時(shí)，所用水槽溫度為68°C。
[0030]所述切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為790轉(zhuǎn)/分。
[0031]將本實(shí)施例的產(chǎn)品采用ASTM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試其結(jié)果如表1所示:
表1實(shí)施例1的性能測(cè)試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種高性能耐磨PP復(fù)合材料，其原料配方由如下重量份的各組分組成: 抗氧劑0.3-0.5份； 增韌劑2-5份； 抗磨損劑110-30份； 抗磨損劑25-10份 PP54.5-82.7 份； 所述抗氧劑為抗氧劑B215 ;所述增韌劑為POE接枝；所述抗磨損劑I為鈦酸鉀晶須；所述抗磨損劑2為UHMWPE全稱是Ultra-high molecular weight PE,即分子量在150萬以上的聚乙烯；所述PP為均聚PP。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能耐磨PP復(fù)合材料，其特征在于:所述UHMWPE分子量為150萬-160萬。
3.一種權(quán)利要求1所述一種高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法，其具體包括如下步驟:按照權(quán)利要求1所述的比例將抗氧劑、增韌劑、抗磨損劑1、抗磨損劑2、PP裝入攪拌機(jī)中反復(fù)攪拌混合均勻后送入雙螺桿擠出機(jī)中，在190-220°C的溫度下熔融混煉，所得熔體由雙螺旋擠出機(jī)擠出后經(jīng)水槽冷卻，引入切粒機(jī)進(jìn)行切粒操作，所得粒料即為所述高性能耐磨PP復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述反復(fù)攪拌是指反復(fù)攪拌三次，每次攪拌時(shí)間為30-50分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法,其特征在于:所述攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為650-1000轉(zhuǎn)/分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述雙螺旋擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為250-600轉(zhuǎn)/分。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法,其特征在于:所述熔體由雙螺旋擠出機(jī)擠出后經(jīng)水槽冷卻時(shí)，所用水槽溫度為60-75°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能耐磨PP復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速為600-900轉(zhuǎn)/分。
9.權(quán)利要求1所述的高性能耐磨PP復(fù)合材料在家用電器、機(jī)床零件、緊固件、儀表元件、齒輪、汽車工業(yè)、航空工業(yè)零部件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉及轉(zhuǎn)子、船舶零部件及內(nèi)飾制造中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B29B9/06GK103724803SQ201310692129
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】林湖彬 申請(qǐng)人:林湖彬