[发明专利]一种高韧性聚丙烯/弹性体复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种高韧性聚丙烯/弹性体复合材料及制备方法，其中复合材料由聚丙烯、弹性体、β成核剂和碳纳米管组成。其制备方法是先将碳纳米管、β成核剂、弹性体和聚丙烯预混合，然后将预混物通过挤出机熔融共混造粒，然后采用注塑机制备出高韧性聚丙烯/弹性体复合材料制品。本发明同时添加了碳纳米管、β成核剂和弹性体增韧聚丙烯，由于三者的协同增韧作用，使聚丙烯复合材料表现出优异的韧性。本方法操作工艺简单，使用工业用常规双螺杆挤出机和注塑机来制备聚丙烯复合材料，生产成本低，适用于大规模的工业化生产。

技术领域

本发明属于高分子材料改性和加工领域，涉及一种高韧性聚丙烯/弹性体复合材料及制备方法。

背景技术

聚丙烯作为五大通用塑料之一，因良好的化学稳定性和力学性能、易加工、低成本等一系列优点，在汽车、家用电器、电子、建材家居和化工设备等行业具有广泛的应用。但聚丙烯的韧性差、缺口冲击强度低，尤其是在低温或高应变速率下，因此极大地限制了聚丙烯应用的深化与拓展。

目前，物理共混增韧改性是提升聚丙烯韧性的有效方法之一。通过物理共混改性引入到聚丙烯的增韧物主要有三种。第一种为橡胶或者弹性体，如三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-1-辛烯共聚物弹性体(POE)和苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)等(Ryzhikova,I.G.；Bauman,N.A.；Volkov,A.M.Russ.J.Appl.Chem.2015,88,1679.Liu,G.M.；Zhang,X.Q.；Li,X.H.J.Appl.Polym.Sci.2012,125,666.)。第二种是β成核剂，通过β成核剂诱导聚丙烯形成具有优异韧性的β晶型(Li,J.X.；Cheung,W.L.；Jia,D.Polymer 1999,40,1219.Karnani,R.；Krishnan,M.；Narayan,R.Polym.Eng.Sci.1997,37,476.)。无论是加入弹性体还是β成核剂对聚丙烯的冲击强度提升幅度都较为有限，且会导致聚丙烯强度和刚性明显地下降。第三种是刚性纳米粒子，如碳纳米管、二氧化硅、碳酸钙和晶须等(Karnani,R.；Krishnan,M.；Narayan,R.Polym.Eng.Sci.1997,37,476.胡静.湖南大学.2005.)。刚性纳米粒子的引入可在一定程度上提高聚丙烯韧性，拉伸强度和弹性模量会有所上升。

上述方法中，添加弹性体增韧聚丙烯效果最显著，但提升幅度仍不能满足聚丙烯高韧性的应用需求。有研究者同时将弹性体与刚性粒子，弹性体与β成核剂引入到聚丙烯基体，对聚丙烯协同增韧。(Kotek,J.；Scudla,J.；Slouf,M.J Appl.Polym.Sci.2007,103,3539.Hu,X.；Geng,C.Z.；Yang,G.H.Rsc.Adv.2015,5,54488.)。杨等将碳纳米管加入到聚丙烯/EPDM共混物中，2wt％的碳纳米管将60wt％聚丙烯/40wt％EPDM共混物的冲击强度从45kJ/m²提高到了60kJ/m²，提高了33.3％，且碳纳米管可以诱导聚丙烯/EPDM共混物在EPDM含量更低时发生脆韧转变(Yang,C.J.,Huang,T.Compos.Sci.Technol.2017,139,109.)。王等研究了β成核剂对聚丙烯/POE共混物力学性能的影响。结果表明，将0.05wt％的β成核剂引入到90wt％聚丙烯/10wt％POE共混物中，聚丙烯/POE共混物的冲击强度从10kJ/m²提高到了50kJ/m²，是纯聚丙烯冲击强度的15倍(Wang,F.F.,Du,H.N.Polym.Test.2015,45,1.)。由此可见，碳纳米管或β成核剂与弹性体同时存在时可对聚丙烯协同增韧，且碳纳米管或β成核剂的加入可以减少弹性体的用量，减缓材料模量和强度的下降。但上述方法仍存在刚性粒子添加量大，成本增加；复合材料拉伸强度与刚性仍不够高；且冲击强度仍未达到理想值等问题。