[发明专利]高性能纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，尤其是一种高分子材料及其制备方法。

背景技术

聚烯烃/水滑石纳米复合材料因为具有比传统复合材料更为优异的力学性能、阻隔性能、热稳定性和阻燃性能，而引起人们的广泛关注。目前在高密度聚乙烯（HDPE）/水滑石（LDH）纳米复合材料的制备中，通常加入的是有机改性过的LDH，如十二烷基磺酸钠、衣康酸等插层LDH。但在有机改性的过程中难免产生副反应，有游离单体残留于聚合物中，并且有些多官能团化合物具有强的腐蚀性和刺激性而限制了复合材料的应用。更重要的是复合材料刚性和阻燃性能的提高，往往是以牺牲其韧性为代价的。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高性能纳米复合材料及其制备方法，它能在不降低刚性的条件下，使高密度聚乙烯/水滑石纳米复合材料的韧性大幅度提高，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：高性能复合材料，按重量份数计算，它包括100份高密度聚乙烯，2～10份水滑石及20份乙烯丙烯酸共聚物。

高性能纳米复合材料的制备方法，先将乙烯丙烯酸共聚物与水滑石在高速混合机中充分混合，经双螺杆挤出机挤出造粒得乙烯丙烯酸/水滑石母粒；再将乙烯丙烯酸/水滑石母粒与高密度聚乙烯混合均匀，经双螺杆挤出机挤出即得高性能高密度聚乙烯/水滑石纳米复合材料。

所述的水滑石及乙烯丙烯酸/水滑石母粒使用前在80℃下干燥16h。在挤出前烘干水分，既能避免挤出时水分蒸发气体的瞬间膨胀造成的危险，又能避免挤出的料中有气泡而影响性能。

双螺杆挤出机的螺杆转速为300转/分钟，挤出温度控制在170～205℃。

为了验证本发明的技术效果，对采用本发明的方法所制备的高密度聚乙烯/水滑石纳米复合材料进行测试：

1、材料选用：

水滑石：镁铝碳酸根型，层间阴离子为CO₃^2-，表面未改性，平均粒径小于2um，分子式[Mg_0.68Al_0.32(0H)₂](CO₃)_0.16·0.7H₂O）；分别取量2、4、6份；

乙烯丙烯酸共聚物（EAA）：牌号1430，丙烯酸含量9.7%，熔融流动速率5g/10min，取量20份；

高密度聚乙烯：牌号5200B，熔融流动速率0.35g/10min，密度0.968g/cm³。

2、样品的制备：

将2、4、6份水滑石分别与20份乙烯丙烯酸共聚物在高速混合机中充分混合5分钟，再经同向双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆转速为300转/分钟，挤出温度为：170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃；挤出造粒得乙烯丙烯酸/水滑石母粒，乙烯丙烯酸/水滑石母粒在80℃下干燥16小时；将制备的3种母粒分别与100份高密度聚乙烯充分混合，经挤出机挤出造粒得高密度聚乙烯/水滑石纳米复合材料；所得到的复合材料80℃下烘干16h，然后注塑（190~210℃）成测试样条，样条在恒温恒湿生化箱中放置24h（温度23℃，湿度80%）。

将制得样条的力学性能进行验证和测试：

表1  HDPE/LDH纳米复合材料的力学性能

从表1中可又看出，较纯高密度聚乙烯，高密度聚乙烯/水滑石纳米复合材料的刚性变化不大，韧性却提高很多。

对所制备的高密度聚乙烯/水滑石纳米复合材料进行微观表征。图1为复合材料的SEM图，从图中可以看出，本发明制备的复合材料中，水滑石粒子与高密度聚乙烯基体之间有纤维状物质连接，并形成了规整的网状结构，这是材料冲击后的拔丝现象，是典型的韧性断裂；水滑石粒子尺寸小、大小较均一，均匀分散在复合材料中；基体与粒子间的界面变得模糊，说明界面粘结大大增强，断裂时材料从分散粒子的中部断开破坏，而不是在界面处破坏，吸收了大量的冲击能。说明乙烯丙烯酸共聚物的加入起到了较好的增容作用，有效地改善了界面相互作用，抑制水滑石粒子的团聚，促进了粒子在基体中的有效分散。