一种聚烯烃复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种聚烯烃复合材料及其制备方法。

背景技术

聚烯烃是一种重要的热塑性材料，由于原料丰富，价格低廉，容易加工成型，综合性能优良，因此是一类产量最大，应用十分广泛的高分子材料。其中以聚乙烯、聚丙烯最为重要。主要品种有聚乙烯以及以乙烯为基础的一些共聚物，如乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸或丙烯酸酯的共聚物，还有聚丙烯和一些丙烯共聚物、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯、环烯烃聚合物。聚烯烃由于其质轻、无毒、无臭、吸水性好等优点，被广泛应用于汽车、家用电器、机械配件、办公用品和通讯器材等领域。但在一些特定的材料应用领域内，对聚烯烃有更高的物理性能的要求，如力学性能，此时普通聚烯烃材料已经无法满足此要求。

目前聚烯烃的增强改性主要是在聚烯烃基体中加入增强填料，如云母等，虽然云母具有成本低，是一种很好的塑料增强填料，但云母与聚合物表面性质不同，相容性差，在聚合物中容易分散不均匀、团聚，导致复合材料力学性能差。因此，在利用云母对聚烯烃进行增强改性时，同时还需要加入相容剂、交联剂等助剂，对云母和聚烯烃的相容性有一定改善，但改善有限，制得的聚烯烃/云母材料力学性能仍然不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种聚烯烃材料及其制备方法，通过利用三聚氰酸三烯丙酯对云母进行改性处理，从而提高聚烯烃复合材料的力学性能，解决了现有技术中存在的力学性能不佳的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚烯烃复合材料，其由聚烯烃80份-100份、改性填料10份-16份和抗氧剂0.1份-0.5份按照重量份制备而成，其中，所述改性填料为改性云母，所述改性云母由三聚氰酸三烯丙酯、丙酮和云母制备而成。

进一步的，所述聚烯烃包括聚丙烯或聚乙烯。

进一步的，所述改性云母的具体制备步骤为：

将三聚氰酸三烯丙酯加入至丙酮中，搅拌均匀，制得混合溶液；

将所述混合溶液与云母充分混合，过滤干燥制得所述改性云母。

进一步的，所述云母的粒径为6-10μm，长径比为190-210。

进一步的，所述三聚氰酸三烯丙酯和丙酮的质量比为(20-30)：(120-160)。

进一步的，所述混合溶液与所述云母的质量比为(100-160)：(30-40)。

进一步的，将所述混合溶液与云母充分混合的步骤，具体为：在转速200-320r/min条件下混合20-30min；

所述干燥的温度为100-120℃。

进一步的，所述抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或两种以上的混合。

本发明还提供了如前所述的聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照重量份配比将聚烯烃、改性填料和抗氧剂充分混合，制得均匀的混合料，可以理解的是，这里的充分混合的目的是将原料混匀，其共混的方式和时间可以不做具体的限定，只要能实现混匀的目的即可；

将所述混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得所述聚烯烃复合材料。可以理解的是，双螺杆挤出机的加工参数，如温度、转速等，根据基体材料及原料的不同可进行调整，因此，可不做具体的限定，在本发明的一些优选的实施方式中，所述双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度180～210℃，二区温度200～230℃，三区温度200～230℃，四区温度200～230℃，五区温度200～230℃，六区温度200～230℃，机头温度200～230℃，螺杆转速230～280r/min。

与现有技术相比，本发明中的聚烯烃复合材料利用三聚氰酸三烯丙酯改性云母后将其添加到聚烯烃复合体系中，由于三聚氰酸三烯丙酯中的-N＝C＝O官能团和云母中的硅羟基在常温下发生化学反应，从而改善了云母在聚烯烃基体中的分散，不易发生团聚，从而使得制得聚烯烃复合材料物理性能也更优异。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以下实施例和对比例中所用的原料为：

三聚氰酸三烯丙酯，南京永宏化工有限公司；丙酮，济南凯创化工有限公司；云母，济南贝贝化工科技有限公司；PP(型号Z30S)，茂名石化；PE(型号5070)，盘锦乙烯；抗氧剂(型号Irganox168、Irganox1010、Irganox1330)，德国巴斯夫；硬脂酸，南京化学试剂股份有限公司。

实施例以及对比例所用拉伸样条型号为(170.0±5.0)mm*(10.0±0.5)mm*(4.0±0.2)mm，拉伸速率50mm/min；所用弯曲样条型号为(80.0±5.0)mm*(10.0±0.5)mm*(4.0±0.2)mm，弯曲速率2mm/min；所用悬臂梁缺口冲击强度样条型号为：(80.0±5.0)mm*(10.0±0.5)mm*(4.0±0.2)mm，缺口用机械加工，缺口深度(2.0±0.2)mm。

实施例1

制备改性云母：称取200g三聚氰酸三烯丙酯、1.2kg丙酮，将三聚氰酸三烯丙酯加入至丙酮中，混合均匀，制成混合溶液；

称取1.0kg混合溶液和300g云母(粒径6μm，长径比190)，在高速搅拌机里进行混合，以200r/min混合20min，过滤后于110℃干燥，得到改性云母。

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取80份的PP、10份改性云母和0.1份Irganox1010加入混合机中进行混合10min，得到混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PP复合材料，记为X1，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度210℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃，螺杆转速280r/min。

实施例2

制备改性云母：称取300g三聚氰酸三烯丙酯和1.6kg丙酮，将三聚氰酸三烯丙酯加入至丙酮中，制成混合溶液；

称取1.6kg混合溶液和400g云母(粒径10μm，长径比210)，在高速搅拌机里进行混合，以320r/min的转速混合30min，过滤后于100℃干燥，制得改性云母。

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取100份的PP、16份改性云母、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.1份Irganox1330加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PP复合材料，记为X2，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度210℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃,螺杆转速280r/min。

对比例1

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取80份的PP、10份云母(粒径6μm，长径比190)和0.1份Irganox1010加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PP复合材料，记为D1，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度210℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃,螺杆转速280r/min。

对比例2

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取100份的PP、16份云母(粒径10μm，长径比210)、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.2份Irganox1330加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，即得到PP复合材料，记为D2，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度210℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃,螺杆转速280r/min。

将实施例1-2和对比例1-2中的复合材料用注塑机注塑成样条进行性能测试，测试结果如表1中所示的：

表1实施例1-2和对比例1-2中的复合材料性能测试结果

由表1中的测试结果可以看出，与PP/未改性云母相比，PP/改性云母的物理性能要好。

实施例3

制备改性云母：称取250g三聚氰酸三烯丙酯和1.4kg丙酮，将三聚氰酸三烯丙酯加入至丙酮中，混合均匀，制成混合溶液；

称取1.3kg混合溶液和350g云母(粒径7μm，长径比200)，在高速搅拌机里进行混合，以260r/min混合25min，过滤后于120℃干燥，制得改性云母。

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取90份的PE、13份改性云母、0.1份Irganox1010和0.2份Irganox168加入混合机中混合10min，制得混合料；

将所述混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PE复合材料，记为X3，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度180℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃,螺杆转速230r/min。

实施例4

制备改性云母：称取180g三聚氰酸三烯丙酯和1.4kg丙酮，将三聚氰酸三烯丙酯加入至丙酮中，混合均匀，制得混合溶液。

称取1.3kg混合和350g云母(粒径7μm，长径比200)，在高速搅拌机里进行混合，以260r/min转速混合25min，过滤后于120℃干燥，制得改性云母。

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取90份的PE、13份改性云母、0.1份Irganox1010和0.2份Irganox168加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PE复合材料，记为X4，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度180℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃,螺杆转速230r/min。

将实施例3和实施例4中的复合材料利用注塑机注塑制成样条，进行性能测试，测试结果如表2所示的：

表2实施例3和实施例4中复合材料的性能测试结果

由表2中的测试结果可以看出，在优选的比例范围内，PE/改性云母的物理性能更好。

实施例5

制备改性云母：称取260g三聚氰酸三烯丙酯和1.5kg丙酮，将三聚氰酸三烯丙酯加入至丙酮中，混合均匀，制得混合溶液；

称取1.5kg混合溶液和330g云母(粒径9μm，长径比200)，在高速搅拌机里进行混合，以270r/min的转速混合21min，过滤后于100℃干燥，制得改性云母。

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取95份的PE、15份改性云母、0.1份Irganox1010和0.2份Irganox168加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PE复合材料，记为X5，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度180℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃,螺杆转速230r/min。

对比例4

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取95份的PE、15份云母(粒径9μm，长径比200)、0.1份Irganox1010和0.2份Irganox168加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机，将熔融、挤出造粒，制得PE复合材料，记为D4，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度180℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃，螺杆转速230r/min。

对比例5

制备改性云母：称取330g云母(粒径9μm，长径比200)和3.3g硬脂酸，加入至高混机中80℃高混处理20min，得到改性云母。

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取95份的PE、15份改性云母、0.1份Irganox1010和0.2份Irganox168加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PE复合材料，记为D5，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度180℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃,螺杆转速230r/min。

对比例6

制备聚烯烃复合材料：按照重量份称取95份的PE、9份云母、6份三聚氰酸三烯丙酯、0.1份Irganox1010和0.2份Irganox168加入混合机中进行混合10min，制得混合料；

将混合料加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出造粒，制得PE复合材料，记为D6，其中，双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为；一区温度180℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃，螺杆转速230r/min。

将实施例5、对比例4、5和6中的复合材料利用注塑机注塑成样条进行性能测试，测试结果如表3所示的：

表3实施例5、对比例4、5和6中的复合材料的性能测试结果

根据表3中的测试结果可以看出，与PE/未改性云母相比，PE/改性云母的物理性能要好；硬脂酸改性云母虽然也具有云母防止团聚的作用，与PE/硬脂酸改性云母相比，本发明中的PE/改性云母的性能更好；此外，对比例6将三聚氰酸三烯丙酯和云母直接共混加入聚烯烃体系中，经过测试可以看出其物理性能并没有本发明中的聚烯烃复合材料有益，充分说明本发明中将云母改性后添加到聚烯烃体系中产生了优异的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。