[發明專利]一種高強度、超高韌性聚丙烯納米復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110407243.3
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102516663A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張鍇;張鷹;張祥福;周文
• 申請（專利權）人: 上海普利特復合材料股份有限公司
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L23/14;C08L23/20;C08K3/26;C08K3/34;B29C47/92
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術領域

本發明涉及一種聚丙烯納米復合材料；具體為一種高強度、超高韌性的聚丙烯納米復合材料，以及其制備方法；屬于聚合物改性和加工領域。

背景技術

作為三大重要基礎材料之一的高分子復合材料，隨著我國國民經濟的快速發展，各行業對其需求量急速攀升。近年來，隨著我國汽車工業的迅猛發展和新能源汽車產業的戰略性布局，迫切需要大量高性能的高分子復合材料予以支撐。同時對內外飾件、結構件中大量應用的以聚丙烯為基體的復合材料提出了更高的要求，即：在強調美觀、舒適的同時，更加注重其高性能化、高安全性，尤其是用于無縫氣囊硬質儀表板的改性聚丙烯材料，代表了車用聚丙烯復合材料的最高性能水平，要求材料具有高強度、高韌性甚至超高韌性，同時兼顧高流動性、低氣味、低散發、耐刮擦、耐光照等加工及應用性能。

隨著車用材料性能要求的逐年提高，需要材料在剛性不繼續下降的條件下進一步提高材料韌性，尤其是低溫韌性，因此常規的改性方法已經無法達到剛性和韌性的最佳平衡從而滿足標準要求了，而近年來發展迅速的納米技術為解決這一難題提供了新的思路。由于納米粒子具有特殊的量子尺寸效應和表面效應，只需添加適量納米級填料，就可以顯著提高塑料的剛性，并具有協同增韌的效果，達到理想的剛韌平衡，將材料的綜合性能提升了一個臺階，使得聚丙烯材料高強度和超高韌性的并存成為可能。

一般來說，納米復合材料是指分散相尺寸至少有一維小于100納米的復合材料。納米復合材料的特殊功能主要來源于粒子的小尺寸效應和界面效應，納米顆粒通過熔融混合或原位聚合的方式加入到聚合物中，可以改善聚合物的熱力學性能，阻隔性能，以及阻燃性能，并且可以獲得比常規填料增強的聚合物材料高得多的耐熱性能、尺寸穩定性能等。近年來，由于納米技術的蓬勃發展、日趨完善以及納米復合材料所顯示出的其較傳統材料更為優異的性能，以高分子為基體的納米復合材料已成為國外汽車公司和相關研究單位競相開發的新材料體系。

而從增韌機理上來說，聚合物受力變形時，無機納米粒子的存在產生應力集中效應，引發其周圍的基體屈服(空穴、銀紋、剪切帶)，這種基體的屈服將吸收大量變形功，產生增韌作用；另一種增韌機理則認為，無機納米粒子的存在能阻礙裂紋的擴展或鈍化而終止裂紋，其原因是普遍認為的“鈍化機制”和“釘扎效應”。即當材料受外力作用時，分散相粒子垂直于應力方向所產生的壓縮應力的作用，當該壓縮應力足夠大時，剛性分散相粒子會發生脆-韌轉變，其平均伸長率達100％以上，這種類似玻璃態聚合物的冷拉形變吸收大量的能量，從而使材料的韌性提高，或引起分散相粒子周圍基體的屈服，并在形變過程中吸收大量能量從而表現出提高韌性。綜合以上分析可以看出，正因為納米粒子具有特殊納米效應，使其在與高分子復合材料復合時，不僅能夠顯著提高高分子復合材料的力學強度、沖擊、抗刮擦等性能，同時還可以減輕材料重量和賦予材料很好的表面特性。因此，將功能性納米填料通過先進的納米分散與復合技術應用于高強度、超高韌性聚丙烯復合材料的開發與生產上將是提高產品品質的最佳途徑之一。

發明內容

本發明的目的在于開發一種高強度、超高韌性聚丙烯納米復合材料，以達到改性聚丙烯材料最大極限的剛韌平衡。

本發明的另一個目的是為了提供這種聚丙烯納米復合材料的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種高強度、超高韌性聚丙烯納米復合材料，由下列重量百分比的原料組成：

其中，

所述的聚丙烯為熔體流動速率(230℃，2.16kg測試條件下)在0.5-60g/10min之間的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚單體常見為乙烯，其含量在4-10mol％范圍內。

所述納米級填料為平均粒徑10-200nm的無機填料，進而所述無機填料選自滑石粉、碳酸鈣、云母、蒙脫土、高嶺土、硫酸鋇、二氧化硅、二氧化鈦中的一種或兩種以上的組合物，優選平均粒徑60-100nm的碳酸鈣。

所述微米級填料為滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇中的一種或兩種以上的組合物，其平均粒徑為0.5-20μm；優選平均粒徑為0.5-10μm的滑石粉。優選的含量為15-25％。