本發(fā)明涉及一種碳納米管增強聚丙烯微發(fā)泡材料及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當前汽車行業(yè)輕量化的趨勢日益高漲的前提下，聚丙烯微發(fā)泡復(fù)合材料成為輕量化復(fù)合材料的理想選擇之一。聚丙烯屬于線性結(jié)晶聚合物，在熔點以下幾乎不流動，熔點以上粘度急劇下降，因此很難支撐氣泡的生長，容易導致泡孔塌陷、破裂現(xiàn)象的發(fā)生，此外，聚丙烯比熱容較大，這使它從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變成結(jié)晶態(tài)時會放出大量的熱量，會進一步降低熔體的粘度，這些都不利于優(yōu)良泡孔結(jié)構(gòu)的形成，更會影響發(fā)泡制品的力學性能，限制其廣泛應(yīng)用。在聚丙烯中引入納米粒子(如蒙脫土、碳納米管、富勒烯等)已成為聚丙烯改性和高性能化的重要途徑。以納米尺度分散于聚烯烴基體中的無機剛性粒子在填充量很少(通常低于10％)的情況下就可顯著改善或提高聚丙烯的力學性能。dubois等研究發(fā)現(xiàn)碳納米管阻燃聚丙烯時發(fā)現(xiàn)碳納米管能夠捕捉自由基，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，有利于提高聚丙烯的熔體強度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種聚丙烯微發(fā)泡復(fù)合材料及其制備方法，該材料在其制備發(fā)泡材料的過程中熔體強度足夠支撐泡孔生長，解決現(xiàn)有技術(shù)發(fā)泡過程中，熔體強度低導致氣體大量逃逸而造成的氣泡塌陷破裂，聚丙烯因發(fā)泡而引起力學性能降低等問題。在聚丙烯中引入納米粒子已成為聚丙烯改性和高性能化的重要途徑。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種碳納米管增強聚丙烯微發(fā)泡材料，包括碳納米管增強聚丙烯復(fù)合材料和發(fā)泡劑母粒；其中，碳納米管增強聚丙烯復(fù)合材料由以下重量份的組分組成：

聚丙烯80-95份；

相容劑1-10份；

碳納米管0.5-10份；

其他添加劑0.5-2份；

所述的發(fā)泡劑母粒與碳納米管增強聚丙烯復(fù)合材料的重量比為0.5-5：95-99.5。

其中，聚丙烯基料熔融指數(shù)為5-100g/10min，優(yōu)選熔融指數(shù)為30-100g/10min的聚丙烯。

所述的相容劑為馬來酸酐接枝聚乙烯型、馬來酸酐接枝聚丙烯中的一種，優(yōu)選馬來酸酐接枝聚丙烯型。

所述的碳納米管為多壁碳納米管及表面羥基化或羧基化的多壁碳納米管，優(yōu)選多壁碳納米管，純度≥95％，直徑8-60nm，長度﹤30μm。

所述其他添加劑為抗氧劑、潤滑劑、抗紫外線和顏料等其他助劑，其中所述的抗氧劑選自受阻酚類和硫酯類抗氧劑中的一種或幾種，優(yōu)選168，1010。

所述的發(fā)泡劑母粒為改性碳酸氫鈉。

上述碳納米管增強聚丙烯微發(fā)泡材料的制備方法，其步驟為：

(1)將聚丙烯、相容劑、碳納米管和其他添加劑按所述重量比例放入高速混合機中混合4-6min，獲得以上組分均勻混合物。

(2)將上述組分混合物由料斗加入雙螺桿擠出機，進行擠出造粒，得到碳納米管增強聚丙烯復(fù)合材料；其中一區(qū)190～200℃，二區(qū)210～220℃，三區(qū)210～220℃，四區(qū)210～220℃，五區(qū)215～225℃，六區(qū)215～225℃，七區(qū)215～225℃，機頭溫度210～220℃，壓力12～18mpa，物料在擠出機中停留1～2min；

(3)將步驟(2)所得碳納米管增強聚丙烯復(fù)合材料和發(fā)泡劑母粒按比例放入混合機中混合，獲得二者混合物；

(4)將所述混合物加入到注塑機中，注塑成型得到高性能碳納米管增強聚丙烯微發(fā)泡材料，注塑機各段溫度如下：一區(qū)165～175℃，二區(qū)190～200℃，三區(qū)200～210℃，四區(qū)190～200℃，五區(qū)175～185℃。

本發(fā)明的有益效果是：利用碳納米管對自由基的捕捉能力，形成微交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高聚丙烯熔體強度，易于獲得均勻致密的微孔。相比未填充聚丙烯微發(fā)泡材料，碳納米管增強與微孔發(fā)泡技術(shù)相結(jié)合進一步減輕材料重量的同時，大幅度提高拉伸強度、模量等力學性能。本發(fā)明中，隨著碳納米管的加入，泡孔直徑逐漸減小，泡孔密度增加，拉伸強度明顯提高。本發(fā)明不僅節(jié)約了原材料成本，還獲得了泡孔細小，均勻致密，力學性能較好的聚丙烯微發(fā)泡復(fù)合材料。

具體實施方式

本發(fā)明可通過下面優(yōu)選方案獲得進一步的闡述，但這些實施例僅在于舉例說明,不對本發(fā)明的范圍做出界定。

在實施例和對比例的復(fù)合材料配方中，所用聚丙烯為大韓油化工業(yè)株式會社提供的共聚聚丙烯，商品牌號為cb5290；所用的碳納米管為多壁碳納米管，直徑10-20nm，長度﹤30μm；相容劑為佳易容相容劑江蘇有限公司提供的聚丙烯接枝馬來酸酐；抗氧劑為basf提供的168，商品牌號為irgafos168；改性碳酸氫鈉類發(fā)泡劑由上海杰上杰化學有限公司提供，商品牌號為pp2158s。

實施例1

本實施例提供一種聚丙烯微發(fā)泡復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

將聚丙烯94份，相容劑5份，碳納米管0.5份，抗氧劑0.5份投入高速混合機中混合4-6min，獲得均勻的混合物。待混合均勻后，將混合物加入雙螺桿擠出機中，進行熔融共混、擠出造粒，擠出機各段溫度如下：一區(qū)190～200℃，二區(qū)210～220℃，三區(qū)210～220℃，四區(qū)210～220℃，五區(qū)215～225℃，六區(qū)215～225℃，七區(qū)215～225℃，機頭溫度210～220℃，壓力12～18mpa，物料在擠出機中停留1～2min。

將制得的聚丙烯粒子材料放入100℃的通風烘箱中干燥2～3小時，然后取98份干燥好的碳納米管增強聚丙烯復(fù)合材料與2份發(fā)泡劑混合均勻，加入注塑機中，采用二次開模技術(shù)進行微孔注塑發(fā)泡，注塑機各段溫度如下：一區(qū)165～175℃，二區(qū)190～200℃，三區(qū)200～210℃，四區(qū)190～200℃，五區(qū)175～185℃。

卸壓開模后的發(fā)泡聚丙烯材料物理性能見表1。

實施例2

將聚丙烯92.5份，相容劑5份，碳納米管2份，抗氧劑0.5份投入高速混合機中混合4-6min，獲得均勻的混合物。待混合均勻后，將混合物加入雙螺桿擠出機中，進行熔融共混、擠出造粒，擠出機各段溫度如下：一區(qū)190～200℃，二區(qū)210～220℃，三區(qū)210～220℃，四區(qū)210～220℃，五區(qū)215～225℃，六區(qū)215～225℃，七區(qū)215～225℃，機頭溫度210～220℃，壓力12～18mpa，物料在擠出機中停留1～2min。

將制得的聚丙烯粒子材料放入100℃的通風烘箱中干燥2～3小時，然后取98份干燥好的聚丙烯復(fù)合材料與2份發(fā)泡劑混合均勻，加入注塑機中，采用二次開模技術(shù)進行微孔注塑發(fā)泡，注塑機各段溫度如下：一區(qū)165～175℃，二區(qū)190～200℃，三區(qū)200～210℃，四區(qū)190～200℃，五區(qū)175～185℃。

卸壓開模后的發(fā)泡聚丙烯材料物理性能見表1。

實施例3

將聚丙烯89.5份，相容劑5份，碳納米管5份，抗氧劑0.5份投入高速混合機中混合4-6min，獲得均勻的混合物。待混合均勻后，將混合物加入雙螺桿擠出機中，進行熔融共混、擠出造粒，擠出機各段溫度如下：一區(qū)190～200℃，二區(qū)210～220℃，三區(qū)210～220℃，四區(qū)210～220℃，五區(qū)215～225℃，六區(qū)215～225℃，七區(qū)215～225℃，機頭溫度210～220℃，壓力12～18mpa，物料在擠出機中停留1～2min。

將制得的聚丙烯粒子材料放入100℃的通風烘箱中干燥2～3小時，然后取98份干燥好的聚丙烯復(fù)合材料與2份發(fā)泡劑混合均勻，加入注塑機中，采用二次開模技術(shù)進行微孔注塑發(fā)泡，注塑機各段溫度如下：一區(qū)165～175℃，二區(qū)190～200℃，三區(qū)200～210℃，四區(qū)190～200℃，五區(qū)175～185℃。

卸壓開模后的發(fā)泡聚丙烯材料物理性能見表1。

實施例4

將聚丙烯84.5份，相容劑5份，碳納米管10份，抗氧劑0.5份投入高速混合機中混合4-6min，獲得均勻的混合物。待混合均勻后，將混合物加入雙螺桿擠出機中，進行熔融共混、擠出造粒，擠出機各段溫度如下：一區(qū)190～200℃，二區(qū)210～220℃，三區(qū)210～220℃，四區(qū)210～220℃，五區(qū)215～225℃，六區(qū)215～225℃，七區(qū)215～225℃，機頭溫度210～220℃，壓力12～18mpa，物料在擠出機中停留1～2min。

將制得的聚丙烯粒子材料放入100℃的通風烘箱中干燥2～3小時，然后取98份干燥好的聚丙烯復(fù)合材料與2份發(fā)泡劑混合均勻，加入注塑機中，采用二次開模技術(shù)進行微孔注塑發(fā)泡，注塑機各段溫度如下：一區(qū)165～175℃，二區(qū)190～200℃，三區(qū)200～210℃，四區(qū)190～200℃，五區(qū)175～185℃。

卸壓開模后的發(fā)泡聚丙烯材料物理性能見表1。

比較例

將聚丙烯94.5份，相容劑5份，抗氧劑0.5份投入高速混合機中混合4-6min，獲得均勻的混合物。待混合均勻后，將混合物加入雙螺桿擠出機中，進行熔融共混、擠出造粒，擠出機各段溫度如下：一區(qū)190～200℃，二區(qū)210～220℃，三區(qū)210～220℃，四區(qū)210～220℃，五區(qū)215～225℃，六區(qū)215～225℃，七區(qū)215～225℃，機頭溫度210～220℃，壓力12～18mpa，物料在擠出機中停留1～2min。

將制得的聚丙烯粒子材料放入100℃的通風烘箱中干燥2～3小時，然后取98份干燥好的聚丙烯復(fù)合材料與2份發(fā)泡劑混合均勻，加入注塑機中，采用二次開模技術(shù)進行微孔注塑發(fā)泡，注塑機各段溫度如下：一區(qū)165～175℃，二區(qū)190～200℃，三區(qū)200～210℃，四區(qū)190～200℃，五區(qū)175～185℃。

卸壓開模后的發(fā)泡聚丙烯材料物理性能見表1。

表1碳納米管增強聚丙烯微發(fā)泡材料物理性能：

以上實施例中，隨著碳納米管的加入，復(fù)合發(fā)泡體系的熔體強度增大，微發(fā)泡聚丙烯體系泡孔更加細小和均勻致密，發(fā)泡材料的拉伸強度與未發(fā)泡純聚丙烯相比可提高近一倍，彎曲強度和沖擊強度有微小的提高。本發(fā)明獲得了泡孔細小、均勻致密、拉伸性能好且環(huán)保的微孔發(fā)泡聚丙烯材料。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準。