一種增韌增強聚丙烯制品的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種增韌增強聚丙烯制品的制備方法，將β成核劑與聚丙烯預混合，然后將混合物擠出造粒，再采用注塑形態控制儀制備聚丙烯樣條。目標制品具有高度取向α晶且不含β晶的堅硬皮層和包含大量β晶的堅韌芯層，這種“皮硬芯韌”的類竹子仿生結構使聚丙烯材料獲得了增韌增強的效果。本發明專利技術方法具有組分簡單，只需向等規聚丙烯中添加少量的β成核劑，成本較低，對加工成型工藝影響較小，容易實施的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及塑料注塑制品加工
，特別涉及聚丙烯注塑制品增韌增強的工藝方法

技術介紹
等規聚丙烯(iPP)作為五大通用塑料之一，原料來源豐富且價格低廉，綜合性能優異，如良好的電絕緣性、較小的介電率、良好的耐應力開裂、耐化學品性能以及優異的機械性能，因而廣泛應用于汽車工業、電器工業、日用品及家具行業、包裝行業等方面。但由于等規聚丙烯結晶度較大，在通常成型加工條件下生成的晶體尺寸較大，且晶體之間連接較少，導致等規聚丙烯的沖擊性能較低，即脆性大，特別是在低溫或高應變速率沖擊下，此缺 點更為明顯，因此大大限制了等規聚丙烯的應用領域。為了克服等規聚丙烯沖擊性能差的缺點，通常的做法是對其進行增韌改性。常用的增韌方法有三種，第一種方法是添加橡膠或者彈性體，如三元乙丙橡膠(EPDM)、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)和乙烯-I-辛烯共聚物彈性體(POE)等(Galli，P.；Vecellio, G. Prog. Polym. Sci. 2001, 26,1287. BucknalI, C. B. ；Soares, V. L. P. ；Yang, Η.Η. ；Zhang, X. C. MacromoI. Symp. 1996,101,265.)。其中將等規聚丙烯與三元乙丙橡膠選擇性交聯，當三元乙丙橡膠的含量達到30wt%時，在-10°C下等規聚丙烯沖擊強度從2. 4kJ/m2提高到了 28.5kJ/m2，提高了 10倍多。盡管添加橡膠或彈性體可以顯著地提高等規聚丙烯的韌性，但同時不可避免地引起共混物的模量、強度和熱變形溫度等性能明顯地下降。第二種方法是添加無機剛性粒子，如碳酸I丐(CaCO3)、二氧化娃(SiO2)和晶須等(Karnani, R.；Krishnan, M. ；Narayan, R. Polym. Eng. Sci. 1997，37，476. Thio, Y. S. ；Argon, A. S. ；Cohen,R. E. ；Weinberg, M. Polymer 2002，43，3661.)。當在等規聚丙烯中添加40wt%的硬脂酸改性的O. 7 μ m CaCO3時，共混物的缺口沖擊強度從2kJ/m2提高到了 50 60kJ/m2。無機剛性粒子與等規聚丙烯之間界面粘接極為關鍵，若界面粘接力較弱易導致剛性粒子成為共混體系的應力集中點，使共混物沖擊強度降低，從而不能起到增韌的作用。另外無機剛性粒子的大小、在等規聚丙烯基體中的分散程度以及表面改性劑的用量等對共混體系的性能影響較大。第三種方法是添加β成核劑，即利用β成核劑誘導等規聚丙烯生成一種韌性很好的特殊 β 晶型(Li’J.X. ；Cheung, ff. L. ； Jia, D. Polymer 1999,40,1219. Mathieu, C. ；Thierry,A. ；ffittmann, J. C. ；Lotz,B. J. Polym. Sci. ,Part B Polym. Phys. 2002,40, 2504.) 即使添加少量β成核劑(O. I O. 6wt% )，等規聚丙烯的沖擊強度也可以提高2倍。但是，利用添加β成核劑的方法對提高等規聚丙烯沖擊強度的幅度終究是很有限的，同時等規聚丙烯的強度和剛性也會相應的下降。綜上所述，目前增韌等規聚丙烯的方法都伴隨著強度和剛性的下降，且有著工藝調控復雜的問題。所以，開發一種調控容易、工藝簡單、效果顯著的增韌并且增強聚丙烯注塑制品的技術對實現聚丙烯的高性能化有著重要意義。從所查的專利文獻看，目前有關增韌增強聚丙烯注塑制品的專利并不多。相關專利主要包括納米粒子(如CaCO3> SiO2和晶須)、彈性體(如EPDM、SBS和POE等)與聚丙烯共混擠出；無機纖維(長玻璃纖維、短玻璃纖維)、彈性體與聚丙烯共混擠出；環氧樹脂、彈性體與聚丙烯共混擠出等。例如納米粒子增韌增強聚丙烯復合材料的制備方法(中國專利技術專利，公開號CN1307074);增強增韌抗老化聚丙烯/納米碳酸鈣復合材料及其制備方法(中國專利技術專利，公開號CN1966564)種礦物/晶須增韌增強聚丙烯組合物(中國專利技術專利，公開號CN1532221);—種增強增韌聚丙烯材料制備方法(中國專利技術專利，公開號CN1472246)。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種增韌增強聚丙烯注塑制品的制備方法，該方法以β成核劑，等規聚丙烯為原料，通過熔融共混擠出造粒并采用動態保壓注塑技術制備等規聚丙烯制品。該制品的芯層具有大量的β晶，而皮層沒有β晶，只有大量的取向α晶體。取向晶體可提高制品的強度，而β晶可提高制品的韌性，這種“皮硬芯韌”的結構，可同時實現聚丙烯制品的增韌和增強。其具體手段如下 ，采用包含聚丙烯PP及含量為PP重量的O. I O. 4%的β成核劑β-NA材料，制備得到皮層只有取向的α晶體，芯層選擇性地分布有β晶體的聚丙烯注塑制品目標產物，包括如下工藝步驟(I) β -NA與PP的預混合將干燥冷卻后的β -NA與PP按重量配比O. 001 O. 004 100在常溫下攪動進行預混合，使β成核劑均勻地分布在PP中；(2) β -ΝΑ/PP混合物擠出選擇單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機中的一種設備對步驟(2)中的預混物擠出造粒；采用典型的擠出機熔融混合工藝，擠出機料筒和口模的溫度控制在150 210°C之間，螺桿轉速為30 lOOrpm，擠出物后的料條使用切粒機切成顆粒，其長度為2 5mm ；(3) β -ΝΑ/PP混合物注塑將⑵步驟后的物料干燥，采用動態保壓注塑機進行加工，注塑機料筒和噴嘴的溫度控制在160 210°C之間，熱流道溫度為180 210°C，模具溫度為25 80°C，中子振動壓力為5 12MPa，振動頻率為2 6s ;所述聚丙烯注塑制品目標產品的性能通過β成核劑含量，中子振動壓力、頻率以及注塑溫度調節。本專利技術涉及到的方法所成型的注塑制品包括兩種組分β成核劑和等規聚丙烯。動態保壓注塑模具提供的剪切場能在注塑制品的皮層誘導形成大量的取向α晶體，但卻抑制了皮層中β成核劑對β晶的誘導作用，使皮層中不存在β晶。而在注塑制品的芯層，由于剪切場的衰減β成核劑才發揮作用誘導大量的β晶形成，最終形成“皮硬芯韌”的類竹子仿生結構。本專利技術通過二維寬角X射線衍射檢測注塑制品不同厚度處等規聚丙烯的晶體結構，包括晶體取向和晶型。通過該方法制備的等規聚丙烯制品其皮層具有大量的取向α晶體，而沒有β晶，芯層具有大量的β晶，形成“皮硬芯軟”結構。根據ASTM D-638中提供的方法測量，拉伸速率為50mm/min，實驗溫度為23° C，動態保壓注塑制品拉伸強度達到55. 6MPa，明顯高于純等規聚丙烯普通注塑制品的拉伸強度(約36. 3MPa)。根據GB/T1843-96懸臂梁沖擊性能測試，動態保壓注塑制品的沖擊強度達到29. 2kJ/m2，是純等規聚丙烯普通注塑制品(4. lkj/m2)的7倍多。另外，本專利技術還具有以下優點I)本專利組分簡單，只需向等規聚丙烯中添加少量的β成核劑，成本較低，對加工成型工藝影響較小。2)本專利容易實施，使用普通的單螺桿或雙螺桿擠出機，采用普通的等規聚丙烯熔融加工工藝即可制備出等規聚丙烯/β成核劑的原料。附圖說明圖I為動態保壓注塑成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種增韌增強聚丙烯制品的制備方法，其特征在于，采用包含聚丙烯PP及含量為PP重量的0.1～0.4％的β成核劑β？NA材料，制備得到皮層只有取向的α晶體，芯層選擇性地分布有β晶體的聚丙烯注塑制品目標產物，包括如下工藝步驟：(1)β？NA與PP的預混合：將干燥冷卻后的β？NA與PP按重量配比0.001～0.004∶100在常溫下攪動進行預混合，使β成核劑均勻地分布在PP中；(2)β？NA/PP混合物擠出：選擇單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機中的一種設備對步驟(2)中的預混物擠出造粒；采用典型的擠出機熔融混合工藝，擠出機料筒和口模的溫度控制在150～210℃之間，螺桿轉速為30～100rpm，擠出物后的料條使用切粒機切成顆粒，其長度為2～5mm；(3)β？NA/PP混合物注塑：將(2)步驟后的物料干燥，采用動態保壓注塑機進行加工，注塑機料筒和噴嘴的溫度控制在160～210℃之間，熱流道溫度為180～210℃，模具溫度為25～80℃，中子振動壓力為5～12MPa，振動頻率為2～6s；所述聚丙烯注塑制品目標產品的性能通過β成核劑含量，中子振動壓力、頻率以及注塑溫度調節。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李忠明，陳妍慧，雷軍，鐘淦基，陳晨，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：