本发明专利技术公开了一种高强度、超高韧性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，其中聚丙烯纳米复合材料由以下原料按重量百分比组成：聚丙烯40～97％，纳米级填料1～15％，微米级填料1～25％，相容剂0～3％，弹性体增韧剂1～25％，稳定剂0.1～2％，其它添加剂0～5％。通过纳米级填料、微米级填料和弹性体增韧剂的协同改性作用，获得刚韧平衡性极佳、兼具高强度、超高韧性及其它优异性能的聚丙烯纳米复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚丙烯纳米复合材料；具体为一种高强度、超高韧性的聚丙烯纳米复合材料，以及其制备方法；属于聚合物改性和加工领域。
技术介绍
作为三大重要基础材料之一的高分子复合材料，随着我国国民经济的快速发展， 各行业对其需求量急速攀升。近年来，随着我国汽车工业的迅猛发展和新能源汽车产业的战略性布局，迫切需要大量高性能的高分子复合材料予以支撑。同时对内外饰件、结构件中大量应用的以聚丙烯为基体的复合材料提出了更高的要求，即在强调美观、舒适的同时， 更加注重其高性能化、高安全性，尤其是用于无缝气囊硬质仪表板的改性聚丙烯材料，代表了车用聚丙烯复合材料的最高性能水平，要求材料具有高强度、高韧性甚至超高韧性，同时兼顾高流动性、低气味、低散发、耐刮擦、耐光照等加工及应用性能。随着车用材料性能要求的逐年提高，需要材料在刚性不继续下降的条件下进一步提高材料韧性，尤其是低温韧性，因此常规的改性方法已经无法达到刚性和韧性的最佳平衡从而满足标准要求了，而近年来发展迅速的纳米技术为解决这一难题提供了新的思路。 由于纳米粒子具有特殊的量子尺寸效应和表面效应，只需添加适量纳米级填料，就可以显著提高塑料的刚性，并具有协同增韧的效果，达到理想的刚韧平衡，将材料的综合性能提升了一个台阶，使得聚丙烯材料高强度和超高韧性的并存成为可能。一般来说，纳米复合材料是指分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。 纳米复合材料的特殊功能主要来源于粒子的小尺寸效应和界面效应，纳米颗粒通过熔融混合或原位聚合的方式加入到聚合物中，可以改善聚合物的热力学性能，阻隔性能，以及阻燃性能，并且可以获得比常规填料增强的聚合物材料高得多的耐热性能、尺寸稳定性能等。近年来，由于纳米技术的蓬勃发展、日趋完善以及纳米复合材料所显示出的其较传统材料更为优异的性能，以高分子为基体的纳米复合材料已成为国外汽车公司和相关研究单位竞相开发的新材料体系。而从增韧机理上来说，聚合物受力变形时，无机纳米粒子的存在产生应力集中效应，引发其周围的基体屈服(空穴、银纹、剪切带)，这种基体的屈服将吸收大量变形功，产生增韧作用；另一种增韧机理则认为，无机纳米粒子的存在能阻碍裂纹的扩展或钝化而终止裂纹，其原因是普遍认为的“钝化机制”和“钉扎效应”。即当材料受外力作用时，分散相粒子垂直于应力方向所产生的压缩应力的作用，当该压缩应力足够大时，刚性分散相粒子会发生脆-韧转变，其平均伸长率达100%以上，这种类似玻璃态聚合物的冷拉形变吸收大量的能量，从而使材料的韧性提高，或引起分散相粒子周围基体的屈服，并在形变过程中吸收大量能量从而表现出提高韧性。综合以上分析可以看出，正因为纳米粒子具有特殊纳米效应，使其在与高分子复合材料复合时，不仅能够显著提高高分子复合材料的力学强度、冲击、抗刮擦等性能，同时还可以减轻材料重量和赋予材料很好的表面特性。因此，将功能性纳米填料通过先进的纳米分散与复合技术应用于高强度、超高韧性聚丙烯复合材料的开发与生产上将是提高产品品质的最佳途径之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发一种高强度、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，以达到改性聚丙烯材料最大极限的刚韧平衡。本专利技术的另一个目的是为了提供这种聚丙烯纳米复合材料的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现一种高强度、超高韧性聚丙烯纳米复合材料，由下列重量百分比的原料组成聚丙烯40-97%纳米级填料1-15%微米级填料1-25%相容剂0-3%弹性体增韧剂1-25%稳定剂0. 1-2%其它添加剂0-5% ο其中，所述的聚丙烯为熔体流动速率O30°c，2. 16kg测试条件下)在0. 5-60g/10min 之间的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在 4-10mol%范围内。所述纳米级填料为平均粒径10-200nm的无机填料，进而所述无机填料选自滑石粉、碳酸钙、云母、蒙脱土、高岭土、硫酸钡、二氧化硅、二氧化钛中的一种或两种以上的组合物，优选平均粒径60-100nm的碳酸钙。所述微米级填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡中的一种或两种以上的组合物，其平均粒径为0. 5-20 μ m ；优选平均粒径为0. 5-10 μ m的滑石粉。优选的含量为15-25%。所述相容剂为接枝聚烯烃，进而所述接枝聚烯烃为接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝聚苯乙烯、接枝ABS、接枝POE中的一种或两种以上的组合物；进而所述接枝基团为马来酸酐、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种或两种以上的组合物；优选为马来酸酐接枝聚丙烯， 密度为0. 89-0. 91g/cm3，熔点为170_190°C，熔体流动速率(230°C, 2. 16kg的测试条件下) 为10-50g/10min，接枝率为0. 5-1. 0 %，为任意均聚或嵌段共聚丙烯经马来酸酐熔融挤出改性所得。所述弹性体增韧剂为任何合适的聚烯烃弹性体，包括但不限于聚丁二烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、乙烯-辛烯共聚物(POE)等中的一种或两种以上的组合物，优选POE弹性体，熔体流动速率O30°C，2. 16kg的测试条件下)为0. 5-50g/10min。所述稳定剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧齐U，包括但不限于3114 (化学名称为1，3，5-三(3，5- 二叔丁基-4-羟基苄基)_1，3，5-三嗪-2，4，6三酮)、1010 (化学名称为四季戊四醇酯)、DSTP(化学名称为硫代二丙酸硬脂醇酯)中的一种或两种以上的组合物；辅助抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂，包括但不限于618(化学名称为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯)、168(化学名称为亚磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯)酯)中的一种或两种组合。所述其它添加剂包括本领域技术人员认为所需的着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、加工助剂、抗静电助剂、抗微生物助剂、润滑剂中的一种或以上的组合物。上述高强度、超高韧性聚丙烯纳米复合材料的制备方法，其步骤如下1)按重量配比称取原料；2)将聚丙烯、弹性体增韧剂、纳米级填料、微米级填料、相容剂、稳定剂和其它助剂在高速混合器中干混3-15分钟，将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒；3)另一种优选的方法为将聚丙烯、微米级填料、相容剂、弹性体增韧剂、稳定剂以及其它添加剂在高速混合器中干混3-15分钟制得混合物A，将混合物A从螺杆尾部主喂料口加入双螺杆挤出机，纳米级填料从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒；其中螺筒内温度为一区190-200°C，二区190-210°C，三区190-210°C，四区 190-210°C，机头190-220°C，双螺杆挤出机转速为100-1000转/分。本专利技术的优点是1、使用纳米级填料、微米级填料和弹性体增韧剂协同改性聚丙烯材料，与传统改性聚丙烯材料相比，本专利技术制得的复合材料兼具高强度和超高韧性，刚韧平衡性极佳，拓宽了改性聚丙烯材料的应用领域。2、利用纳米级填料的小尺寸效应和刚性粒子增韧效果，在不损失甚至提高材料刚性的同时，获得更高的抗冲击性能，并表现出超强的低温韧性。3、采用分段进料方式，将纳米级填料在螺杆下游加入挤出机，最大限度的避免了熔融共混过程中其它组分对纳米颗粒的剪切和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张锴，张鹰，张祥福，周文，
申请(专利权)人：上海普利特复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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