[发明专利]一种高强高韧的聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强高韧的聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯由于具有比重小、强度高、耐化学药品性优良、易加工和价格低廉等优点大量用于化工、建筑、轻工、汽车制造、家电、包装材料等领域。目前聚丙烯分为均聚丙烯和共聚丙烯，均聚丙烯光泽性好、耐热性佳、热变形温度高、耐腐蚀性强、电绝缘性优良、无毒无味、易加工，且弹性模量、抗张强度和屈服强度均较高，但冲击强度较低。为了克服这一缺点，在聚合时引入一定含量的乙烯单体与丙烯共聚可制得嵌段共聚聚丙烯（PPB）和无规共聚聚丙烯（PPR），使聚丙烯的常温和低温冲击性能大为提高，但同时其强度也稍有下降。另外为了降低材料成本，常添加一定含量的无机填料，如碳酸钙、滑石粉、云母、玻璃微珠等，这些填料在降低材料成本的同时，还赋予材料某些特殊的性能，如提高材料的强度，改善成型加工性能，降低制品的收缩率，提高制品的热变形温度等等。专利200610045753.X添加滑石粉虽然可以明显提高聚丙烯的刚性，但材料的拉伸强度和冲击强度下降严重，需要通过添加弹性体来提高材料的冲击韧性，材料成本随之上升。专利200710044228.0采用纳米级滑石粉与微米级滑石粉协同改性聚丙烯，体系具有较好的刚韧平衡性，但纳米级滑石粉价格昂贵，材料配方成本较高。也有专利通过在滑石粉填充的聚丙烯中添加镁盐晶须（CN102516662A）或其它晶须如氧化铝晶须、硫酸钙晶须、氧化锌晶须等（CN 102070842 B）来进一步提高体系的强度。从专利看出，几乎所有添加滑石粉的聚丙烯体系都存在牺牲聚丙烯韧性的缺点，在韧性要求较高的制品中常常需要添加弹性体进行增韧。

实际上碳酸钙是聚丙烯良好的增刚增韧填料，碳酸钙不但廉价易得，还可提高聚丙烯的成型加工性能，降低制品的成型收缩率，是不可多得的无机刚性增韧粒子。与滑石粉相比，碳酸钙显著的特点在于其对聚丙烯的增韧效果明显，但在增刚方面弱于滑石粉填料。如专利CN 102391572 A将活化的碳酸钙填充到共聚丙烯中，提高了共聚丙烯的冲击强度，但弯曲模量增加不明显，添加30%的碳酸钙，共聚丙烯的弯曲模量也只提高了80%左右。也有专利（CN 102336955 A）将滑石粉和碳酸钙复合改性聚丙烯，事实上由于两种填料对聚丙烯具有不同的成核机理，在聚丙烯冷却结晶时它们之间相互干扰，破坏聚丙烯的结晶，导致材料的性能提高不明显。因此提高碳酸钙填充聚丙烯体系的刚性（如弯曲模量）是亟待解决的问题。

硫酸钙晶须，又叫石膏晶须，是一种单晶体形式生长的细长纤维，一般长度为10～200μm、直径为1～4μm、长径比在10~100左右。具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构，是一种几乎达到理想状态的微细结晶纤维，其力学性能远远超过目前大量使用的一般粒状填料，硫酸钙晶须集聚了增强纤维和超细无机填料二者的优势为一体，将其填充到塑料基体中具有一系列的优势：（1）硫酸钙晶须添加剂相关制品中，在微观上改变制品的同时，也使得制品显示各向同性，使其它在各种环境中的纵向和横向的收缩率差异较小，从而保证制品尺寸和形状的精密度；（2）提高制品的表面光洁度；(3)提高制品的耐热温度；(4)减少对设备的磨损，采用表面硬度和刚度高的玻璃纤维增强聚合物时，会使设备会受到相当严重的磨损，用硫酸钙晶须增强聚合物时，却不会造成设备的磨损，因为硫酸钙晶须不仅表面硬度比较低，而且具有细微的结构和良好的流动性。(5)提高模具的充满程度，在制品成型时，添加硫酸钙晶须比添加其他纤维有更好的流动性，能充满整个模具，使制品尺寸更加精确，并提高成材率；(6)增韧和增强效果好。

硫酸钙晶须的比重为2.69，但其表观密度为0.1～0.4，为蓬松状，不易流动，因此在硫酸钙晶须填充到塑料中时，若采用常规填料的添加方法如主喂料或侧喂料，极容易出现架桥不易下料等现象，致使硫酸钙晶须添加困难，硫酸钙在塑料中的添加比例发生较大波动。已不能满足人们的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高韧的聚丙烯复合材料及其制备方法，解决现有聚丙烯韧性较差，以及强度不佳的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高强高韧的聚丙烯复合材料，所述复合材料由下列重量百分比的组分组成：

聚丙烯                               35～75%

碳酸钙                               10～40%

硫酸钙晶须母粒                       8～25%