本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，尤其是一高熔體強(qiáng)度的聚丙烯材料及其制備方法與裝置。

背景技術(shù)：

高熔體強(qiáng)度聚丙烯(hmspp)既克服了普通聚丙烯熔體的強(qiáng)度低和耐熔垂體性差的缺點(diǎn)，又繼承了普通聚丙烯的優(yōu)良特性，具有較高的熔體強(qiáng)度和優(yōu)異的物理機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于擠出發(fā)泡、熱成型、擠出涂布以及吹塑薄膜等領(lǐng)域。目前，hmspp的制備途徑主要是通過(guò)直接聚合、射線輻照法、硅烷接枝交聯(lián)法、共混改性法使聚丙烯產(chǎn)生支化結(jié)構(gòu),形成長(zhǎng)支鏈聚丙烯,最終得到hmspp。但是所需要的加工改性的成本高，并且其中還伴隨很多的副產(chǎn)物的產(chǎn)生，對(duì)聚丙烯的物理性能帶來(lái)很多負(fù)面影響。所以開(kāi)發(fā)一種工藝簡(jiǎn)便、成本低廉的高熔體強(qiáng)度聚丙烯的新型制備方法具有重要工業(yè)應(yīng)用意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種高熔體強(qiáng)度的聚丙烯材料及其制備方法與裝置，它的熔體強(qiáng)度和耐熔垂性能顯著提高，并且加工方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)品性能可控且穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：高熔體強(qiáng)度的聚丙烯材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，包括70～98份聚丙烯基體，2～30份成纖相，相容劑1～9份以及抗氧劑0.1～0.5份。

所述的聚丙烯基體為等規(guī)聚丙烯、無(wú)規(guī)聚丙烯或間規(guī)聚丙烯中的一種或幾種的任意組合。

所述的成纖相為尼龍6、尼龍66、尼龍610、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯或?qū)Ρ蕉姿岫《减ブ械囊环N或幾種的任意組合。

所述的相容劑為聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯-辛烯共聚物接枝馬來(lái)酸酐、聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯或聚乙烯接枝馬來(lái)酸酐中的一種或幾種的任意組合。

所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1098、抗氧劑1076、抗氧劑168、抗氧劑b215、抗氧劑dltp、抗氧劑b225、抗氧劑2246、抗氧劑330中一種或幾種的任意組合。

高熔體強(qiáng)度的聚丙烯材料的制備方法，按上述的重量份數(shù)，將聚丙烯基體，成纖相，相容劑及助劑混合均勻，獲得混合料；將混合料加入聚合物微納層疊共擠裝置進(jìn)行擠出，獲得高熔強(qiáng)度聚丙烯原位微纖復(fù)合材料。

在將預(yù)混料經(jīng)聚合物微納層疊共擠裝置擠出前，先將成纖相材料在100～110℃溫度下干燥4～8h，相容劑在50～60℃溫度下干燥4～10h。

微納層疊共擠裝置，包括層分配器，層分配器上連接1～3臺(tái)擠出機(jī)(2)，在層分配器的出口上連接有2～10個(gè)層倍增器，在層倍增的最后出口連接口模，口模的前方設(shè)有牽引輥。在高熔強(qiáng)度聚丙烯材料制備過(guò)程中，通過(guò)增加層倍增器數(shù)量，增強(qiáng)成纖相在流道中的剪切作用，有利于分散相由液滴相轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維，從而改變成纖相的形態(tài)。

擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)。

層分配器連接的擠出機(jī)與層分配器之間設(shè)有熔體泵。熔體泵的作用是將聚合物熔體往前輸送,增加聚合物熔體的流動(dòng)穩(wěn)定性。

本發(fā)明基于的原理如下：以聚丙烯為基體，熱塑性聚合物(tp)為分散相，形成原位微纖復(fù)合材料，以反應(yīng)型相容劑通過(guò)界面反應(yīng)提高微纖和基體之間的作用強(qiáng)度，進(jìn)一步提聚丙烯的熔體強(qiáng)度。微纖的形成極大的增加了體系的粘度，由于形成的微纖長(zhǎng)度較長(zhǎng)，微纖直徑較細(xì),可達(dá)納米級(jí),所以形成的微纖之間容易纏結(jié)，與基體聚丙烯的分子鏈形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，增加了與基體的摩擦力，提高了聚丙烯材料的熔體強(qiáng)度和耐熔垂性能

與現(xiàn)有技術(shù)相比，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明直接將聚丙烯材料、成纖相、相容劑與抗氧劑加入到微納層疊擠出裝置中的擠出機(jī)進(jìn)行擠出，再經(jīng)過(guò)聚合物微納層疊共擠裝置流中層倍增器的強(qiáng)烈剪切作用及擠出后的進(jìn)一步拉伸，成纖相形成的微纖在聚丙烯基體材料中分散均勻，微纖長(zhǎng)度較長(zhǎng)且微纖直徑很細(xì)，直徑可以達(dá)到納米級(jí)別；長(zhǎng)而細(xì)的微纖與聚丙烯分子鏈之間會(huì)纏結(jié)形成物理網(wǎng)絡(luò)，從而提高聚丙烯材料的熔體強(qiáng)度，改善聚丙烯材料的發(fā)泡性能。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)效率高，適合進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明的產(chǎn)品電鏡掃描圖；

附圖3為本發(fā)明的熔體強(qiáng)度曲線；

附圖4為本發(fā)明的發(fā)泡情況示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例1：高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，按重量份數(shù)計(jì)算，包括90份pp基體材料，10份pet成纖相，3份pp-gma以及0.4份的抗氧劑，抗氧劑1010用量為總抗氧劑用量的30％，抗氧劑dltp用量為總抗氧劑用量的70％。

高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，將pet材料在110℃溫度下干燥5～7h，pp-gma在60℃溫度下干燥8～10h，按上述的重量份數(shù)，將pp，pet，pp-gma，抗氧劑1010及dltp混合均勻后，將混合料加入到聚合物微納層疊共擠裝置(圖1)中的擠出機(jī)中進(jìn)行擠出、牽引，造粒，獲得高熔體強(qiáng)度pp材料；將獲得的高熔體強(qiáng)度pp材料中pp基體用二甲苯刻蝕后剩下的纖維形貌如圖2(a)所示；將此高熔體強(qiáng)度pp材料在170℃,應(yīng)變速率0.01s-¹下進(jìn)行流變測(cè)試，瞬態(tài)單軸拉伸流變黏度ηe隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示。

本發(fā)明的實(shí)施例2：高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，按重量份數(shù)計(jì)算，包括85份pp基體材料，10份pet與5份pbt成纖相，4份pp-mah以及0.5份的抗氧劑1076和輔助抗氧劑dltp；抗氧劑1076用量為總抗氧劑用量的40％，抗氧劑dltp用量為總抗氧劑用量的60％。

高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，將pet與pbt材料在110℃溫度下干燥5～7h，pp-mah在60℃溫度下干燥8～10h，按上述的重量份數(shù)，將pp，pet，pbt，pp-mah，抗氧劑1076及dltp混合均勻后，將混合料加入到聚合物微納層疊共擠裝置(圖1)中的擠出機(jī)中進(jìn)行擠出、牽引，造粒，獲得高熔體強(qiáng)度pp材料；將獲得的高熔體強(qiáng)度pp材料中pp基體用二甲苯刻蝕后剩下的纖維形貌如圖2(b)所示；將此高熔體強(qiáng)度pp材料在170℃,應(yīng)變速率0.01s-¹下進(jìn)行流變測(cè)試，瞬態(tài)單軸拉伸流變黏度ηe隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示。

本發(fā)明的實(shí)施例3：高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，按重量份數(shù)計(jì)算，包括88份pp基體材料，7份ptt與4份pa66成纖相，5份pp-gma以及0.5份的抗氧劑1010和輔助抗氧劑330；抗氧劑1010用量為總抗氧劑用量的40％，抗氧劑330用量為總抗氧劑用量的60％。

高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，將ptt與pa66材料在100～110℃溫度下干燥4～7h，pp-gma在60℃溫度下干燥8～10h，按上述的重量份數(shù)，將pp，ptt，pa66，pp-gma，抗氧劑1010及330混合均勻后，將混合料加入到聚合物微納層疊共擠裝置(圖1)中的擠出機(jī)中進(jìn)行擠出、牽引，造粒，獲得高熔體強(qiáng)度pp材料；將獲得的高熔體強(qiáng)度pp材料中pp基體用二甲苯刻蝕后剩下的纖維形貌如圖2(c)所示；將此高熔體強(qiáng)度pp材料在170℃,應(yīng)變速率0.01s-¹下進(jìn)行流變測(cè)試，瞬態(tài)單軸拉伸流變黏度ηe隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示。

本發(fā)明的實(shí)施例4：高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，按重量份數(shù)計(jì)算，包括83份pp基體材料，7份pet,5份ptt與5份pa6成纖相，7份pp-gma以及0.5份的抗氧劑1010和輔助抗氧劑b225；抗氧劑1010用量為總抗氧劑用量的50％，抗氧劑b225用量為總抗氧劑用量的50％。

高熔體強(qiáng)度聚丙烯材料的制備方法，將pet,ptt與pa6材料在100～110℃溫度下干燥4～7h，pp-gma在60℃溫度下干燥8～10h，按上述的重量份數(shù)，將pp，pet,ptt，pa6，pp-gma，抗氧劑1010及b225混合均勻后，將混合料加入到聚合物微納層疊共擠裝置(圖1)中的擠出機(jī)中進(jìn)行擠出、牽引，造粒，獲得高熔體強(qiáng)度pp材料；將獲得的高熔體強(qiáng)度pp材料中pp基體用二甲苯刻蝕后剩下的纖維形貌如圖2(d)所示；將此高熔體強(qiáng)度pp材料在170℃,應(yīng)變速率0.01s-¹下進(jìn)行流變測(cè)試，瞬態(tài)單軸拉伸流變黏度ηe隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示。

由圖2及圖3可知：采用本發(fā)明制備的高熔體強(qiáng)度pp材料，其中纖維直徑較細(xì)，細(xì)而長(zhǎng)的微纖能顯著提高pp熔體強(qiáng)度。為驗(yàn)證本發(fā)明制備的高熔體強(qiáng)度pp材料的發(fā)泡性能，將實(shí)施例1～4制備的高熔體強(qiáng)度pp材料進(jìn)行發(fā)泡，按重量份數(shù)計(jì)算，將90份的高熔體強(qiáng)度pp材料與10份的偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑混合均勻后，于175℃溫度下在注塑機(jī)中進(jìn)行注塑發(fā)泡，獲得pp發(fā)泡材料，其發(fā)泡斷面如圖4所示。

由圖4測(cè)試結(jié)果表明：采用本發(fā)明制備的高熔體強(qiáng)度pp材料比普通pp材料發(fā)泡倍率更大，泡孔尺寸更小，泡孔分布均勻，泡孔壁不易塌陷。