一种高硬度聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高硬度聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。该产品通过在组分中引入高流动改性剂和特殊填料高氧化铝含量中空玻璃微珠，在保障所得产品基础力学性能(拉伸强度、弯曲模量以及缺口冲击强度)及低密度的前提(填料质量百分含量占比≤25％的产品密度≤1g/cm3；填料质量百分含量占比≤45％的产品密度≤1.1g/cm3)下显著提升自身表面硬度；所得产品加工方便，组分单一，使用范围较广。本发明专利技术还公开了所述高硬度聚丙烯复合材料的制备方法及其应用。料的制备方法及其应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度聚丙烯复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种高硬度聚丙烯复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯简称PP，是一种无色、无臭、无毒、半透明固体物质。聚丙烯具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等优异性能，在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用。
[0003]聚丙烯具有很好的耐热性，但是存在表面硬度偏低的问题。现有技术中存在的提高聚丙烯的表面硬度的技术方案大致可以分为三类：(1)通过添加硬度较高的树脂(PVC、PC、ABS等)复合合金提高表面硬度，例如CN 104479218 A公开了一种低光泽高硬度聚丙烯复合材料和制备方法，通过在组分中添加PVC树脂、成核剂和金属粉末来提高聚丙烯复合材料的硬度，该产品的功能虽显著提升，但是PVC树脂的加入限制了材料的使用领域；(2)通过添加硬度高的矿物或者金属粉体提高材料的表面硬度，例如CN 106589552 A公开了一种高硬度塑料的制备方法，该方法通过添加金属、石墨、二氧化钛和玻璃纤维大幅提高塑料的硬度，然而该方法却使材料的冲击性能大幅下降，难以通过配方调整进行刚韧平衡；(3)通过在基体中添加交联剂，让聚丙烯发生交联提高耐热性和表面硬度，例如CN 111073158 A公开了一种高硬度聚丙烯热缩套基材及其制备方法，主要通过在组分中添加交联剂和成核剂再通过辐照交联制备产品，所得产品的表面硬度能够达到邵氏硬度(60D)以上，然而该产品制备工艺繁杂，难以实现工业化规模生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种高硬度聚丙烯复合材料，该产品无需引入诸如PVC树脂等组分制备复合合金，同时也不需要引入交联剂对聚丙烯基体进行改性，通过特殊的填料以及高流动性改性剂作为组分，所得产品在保障其力学性能的前提下，具有更低的密度及更高的表面硬度，使用范围广。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种高硬度聚丙烯复合材料，包含如下重量份的组分：聚丙烯树脂45～80份、增韧剂3～15份、中空玻璃微珠5～20份、高流动改性剂5～10份；
[0007]所述聚丙烯树脂根据ISO1133
‑
2011在2.16kg，230℃条件下熔融指数为1～30g/10min；
[0008]所述中空玻璃微珠中氧化铝含量为72％～78wt％；所述高流动改性剂为高熔指聚丙烯，熔融指数根据ISO1133
‑
2011使用2.16kg重量并在230℃的温度测量≥800g/10min，结晶度≥30％。
[0009]所述结晶度根据ASTM F2625
‑
2010标准采用DSC法进行测试(差示扫描量热法)。
[0010]高熔指聚丙烯的结晶度与熔融指数呈一定的反向关系，若其熔融指数过高，则可
能导致结晶度太低，同样造成产品的性能削弱。
[0011]当选用氧化铝含量为72％～78wt％的中空玻璃微珠作为本专利技术所述高硬度聚丙烯复合材料的填料材料时，其达到的提升效果远超其他类型的中空玻璃微珠，而其他的一些组分多为无机组分(如二氧化硅、氧化锆、氧化镁等)则对于其性能的影响较小。
[0012]本专利技术所述高硬度聚丙烯复合材料的组分中，高氧化铝含量的中空玻璃微珠相比于玻璃废渣或者常见的硅酸盐中空玻璃微珠具有更好的耐压强度和表面硬度，同时重量更轻、密度更小，可有效降低其在后续聚丙烯复合材料制备(注塑和挤出阶段)过程中的破损率；通过引入高流动改性剂，其在聚丙烯复合材料注塑过程中显现“皮芯”流动特性，可快速将组分中的中空玻璃微珠牵引至树脂表面并排列铺满，使中空玻璃微珠在聚丙烯树脂表面规律地形成一层“硬盔甲”，从而在保障所得产品基础力学性能(拉伸强度、弯曲模量以及缺口冲击强度)及低密度的前提下协同提升表面硬度，最高可达到洛氏硬度140；所得产品未引入合金树脂，使用范围较广。
[0013]优选地，所述中空玻璃微珠的D50为5～10μm，振实密度为0.4～0.7g/cc；所述振实密度采用HNT301振实密度仪测试，测试的标准参照为ISO3953
‑
1993。
[0014]中空玻璃微珠的粒径大小，振实密度以及抗压强度都对所得产品的力学性能、密度及表面硬度有所影响：中空玻璃微珠的粒径过小，相同质量下颗粒排列过于密集，则可能导致产品的密度提升，而粒径过大则会使产品的抗压强度不足，加工过程中容易破碎，造成产品密度提升的同时表面硬度也会下降；中空玻璃微珠的振实密度过小，其在引入聚丙烯树脂基体后过于分散，难以加工成型，产品的表面硬度降低，而振实密度过大则可能导致其颗粒聚丙烯树脂表面排列过于密集，加工过程中可能造成破碎，因此在表面硬度提升的同时产品的实际密度可能也会上升。而专利技术人发现，在选用上述优选参数限定下的中空玻璃微珠后可保障所得聚丙烯复合材料具有最佳的综合性能，维持在更低的密度和更高的表面硬度范围。
[0015]优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。
[0016]优选地，所述增韧剂为三元乙丙橡胶EPDM、聚烯烃弹性体POE、聚丙烯弹性体POP、聚丙烯接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐、乙烯丁烯共聚物接枝马来酸酐中的至少一种。
[0017]优选地，所述高硬度聚丙烯复合材料的组分中还包括矿物填充剂0～20份以及加工助剂0～2份；
[0018]更优选地，所述矿物填充剂为滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维中的至少一种；
[0019]除了采用中空玻璃微珠作为特殊填料外，采用上述矿物填充剂作为常规填料引入组分中可使制备的聚丙烯复合材料性能可调控性更高，使用范围更广。
[0020]更优选地，所述加工助剂为抗氧剂、润滑剂、偶联剂中的至少一种；
[0021]更优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为金属皂类润滑剂、硬脂酸复合酯类润滑剂、酰胺类润滑剂中的至少一种；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
[0022]本专利技术的另一目的在于提供所述高硬度聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023]将除中空玻璃微珠外的其他组分按配比混合均匀并加入至双螺杆挤出机，随后在
双螺杆挤出机侧喂料口加入中空玻璃微珠混合挤出造粒，即得所述高硬度聚丙烯复合材料。
[0024]本专利技术所述高硬度聚丙烯复合材料的制备方法操作步骤简单，不含预交联处理等繁杂步骤，可实现工业化规模生产。
[0025]本专利技术的再一目的在于提供所述高硬度聚丙烯复合材料在制备玩具积木、机械结构骨架或汽车装饰部件中的应用。
[0026]本专利技术所述高硬度聚丙烯复合材料具有组分单一、密度低、表面硬度大的特点，加工方便，可有效替代ABS树脂制备需要反复拔插，对材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度聚丙烯复合材料，其特征在于，包含如下重量份的组分：聚丙烯树脂45～80份、增韧剂3～15份、中空玻璃微珠5～20份、高流动改性剂5～10份；所述聚丙烯树脂在2.16kg，230℃条件下熔融指数为1～30g/10min；所述中空玻璃微珠中氧化铝含量为72％～78wt％；所述高流动改性剂为高熔指聚丙烯，在2.16kg，230℃条件下熔融指数≥800g/10min，结晶度≥30％。2.如权利要求1所述高硬度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述中空玻璃微珠的D50为5～10μm，振实密度为0.4～0.7g/cc。3.如权利要求1所述高硬度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。4.如权利要求1所述高硬度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为三元乙丙橡胶EPDM、聚烯烃弹性体POE、聚丙烯弹性体POP、聚丙烯接枝马...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵治国，陈平绪，叶南飚，杨霄云，陆湛泉，李栋栋，王爱东，谢修好，
申请(专利权)人：金发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：