[发明专利]一种轻质高模量聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质高模量聚丙烯复合材料及其制备方法。该复合材料包括聚丙烯85～95份，空心玻璃微珠5～15份，硅烷偶联剂0.15份，抗氧剂0.4份，润滑剂0.3份。制备方法具体为，称取所需质量的各组分原料后混合均匀，投入双螺杆挤压机，200℃熔融挤出并冷却，即得到聚丙烯轻质复合材料。本发明采用易获得原料，制备工艺简单，对成型要求不高，适于工业化生产；将改性空心玻璃微珠填充到聚丙烯中，制备出轻质高模量复合材料，可以用于航空航天、船舶和新能源汽车等诸多领域，相比传统聚丙烯材料，能达到减少能源消耗的目的，具有较高的经济效益，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于高分子改性技术领域，具体涉及一种轻质高模量的聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯是一种白色蜡状材料，具有耐化学性、耐热性、高机械性能等优点，在机械、汽车、电子电器、建筑等诸多领域得到广泛应用,是五大通用合成树脂中增长速度最快、开发最活跃的产品之一。聚丙烯(PP)材料存在低温脆性大、刚性低、成型收缩率大等缺点，限制了聚丙烯材料的进一步拓展应用。因此需要对其进行表面处理。目前对聚丙烯材料主要的改性方法主要有微米无机粒子填充改性，纳米无机粒子填充改性、橡胶弹性体改性等，微米无机粒子填充改性降低了成本，同时提高了材料的刚性、韧性；纳米无机粒子改性成本很高，且难以实现在基体中的均匀分散，橡胶弹性体改性增加了聚合物材料的韧性，但同时降低了复合材料的刚性、尺寸稳定性和耐热性。

空心玻璃微珠是一种直径为数微米到数百微米的微小圆球状玻璃粉末，其重量轻、体积大、分散性好等优点，现在常被用于填充聚丙烯树脂等材料中，

现有技术中，专利CN112409701A利用空心玻璃微珠、聚丙烯和MWCNT 等原料，按照一定比例经挤出机得到低密度导电聚丙烯复合材料，其最低密度为0.928kg/m³，属于低密度高导电材料，但制备成本较高；专利 CN110330725A采用聚丙烯、橡胶、碳纤维和空心玻璃微珠等原料，制备出低密度复合材料，其最低密度为0.693g/cm³，但其原料使用品种较多，导致工艺难度和成本较高；专利CN112063053A利用聚丙烯、硅橡胶和无机粒子等原料，制备出改性聚丙烯波峰双壁管，该类方法制备出的双壁管密度最低为 0.914g/cm³，但工艺复杂，需将空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨，容易破坏微珠空心结构，增加了制作难度，且双螺杆挤出的加热工艺过于繁琐，导致成型时间长，加热温度增加，意味着需要更多的能源，不利用实际生产；专利CN111073040A以玻璃微珠、CNTs和聚丙烯等为原料，制备出一种轻质抗静电的复合材料，其最低密度降低至0.74g/cm³，但是对于拉伸强度却降低至12MPa，弯曲模量也降低至1260MPa，在降低密度的同时明显恶化了其力学性能。

上述文献提到的方法都对PP树脂进行优化处理，虽然密度都得到不同程度的降低，赋予了复合材料更多的功能，但都存在加工工艺复杂，原料成本不易得等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种轻质高模量聚丙烯复合材料，该材料在密度降低的同时，力学性能与树脂基体相当，为后续开发性能更加优异的材料提供了物质条件。

本发明采用了以下技术方案：

一种轻质高模量聚丙烯复合材料，包括以下质量份数的原料：

聚丙烯85～95份；

空心玻璃微珠5～15份；

硅烷偶联剂0.15份；

抗氧剂0.4份；

润滑剂0.3份。

优选的，所述聚丙烯为通用塑料聚丙烯，包括等规聚丙烯和/或间规聚丙烯和/或无规聚丙烯。

优选的，所述空心玻璃微珠的密度为0.32～0.46g/cm³。