本發(fā)明屬于化學(xué)材料領(lǐng)域，具體涉及一種PP-PA高分子合金材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。有等規(guī)物、無規(guī)物和間規(guī)物三種構(gòu)型，工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)物為主要成分。聚丙烯無毒、無味，密度小(0.90g/cm3,是最輕的通用塑料，耐腐蝕，強(qiáng)度高(30MPa)，剛度、硬度、耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,有較高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度，可在100度左右使用.具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響, 常見的酸、堿有機(jī)溶劑對(duì)它幾乎不起作用，可用于食具。
聚酰胺(PA，俗稱尼龍)是美國(guó)DuPont公司最先開發(fā)用于纖維的樹脂，于1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。最初用作制造合成纖維的原料，后來由于PA具有無毒、質(zhì)輕、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、高強(qiáng)韌度、耐磨、自潤(rùn)滑、使用溫度范圍寬(高溫強(qiáng)度好、低溫韌度好)、耐油和耐腐蝕等優(yōu)良綜合性能，為了取代金屬滿足下游工業(yè)制品輕量化、降低成本的要求，成為開發(fā)最早的工程塑料品種。并獲得廣泛的應(yīng)用，其產(chǎn)量約占工程塑料總產(chǎn)量的三分之。
聚酰胺主鏈上含有許多重復(fù)的酰胺基，用作塑料時(shí)稱尼龍，用作合成纖維時(shí)我們稱為錦綸，聚酰胺可由二元胺和二元酸制取，也可以用ω-氨基酸或環(huán)內(nèi)酰胺來合成。根據(jù)二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子數(shù)的不同，可制得多種不同的聚酰胺，聚酰胺品種多達(dá)幾十種，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應(yīng)用最廣泛。該類樹脂具有堅(jiān)韌性、柔軟性、自潤(rùn)滑、結(jié)合力強(qiáng)，使用溫度范圍寬(高溫強(qiáng)度好、低溫韌度好)、耐磨,耐油,耐水,抗酶菌，和耐腐蝕等優(yōu)良綜合性能。
由于聚酰胺具有無毒、質(zhì)輕、沖擊強(qiáng)度高，優(yōu)良的耐磨性及較好的耐腐蝕性（其中尤以尼龍66彈性好，沖擊強(qiáng)度高，耐磨性好），得以在現(xiàn)代工業(yè)里被廣泛應(yīng)用，主要用于代替銅等金屬在機(jī)械、化工、儀表、汽車等工業(yè)中制造軸承、齒輪、泵葉及其他零件。
現(xiàn)有技術(shù)中，能夠用于注射成型的聚酰胺或聚丙烯高分子材料由于改性差、聚合物分子取向度高，形成的材料機(jī)械強(qiáng)度不足，力學(xué)性能差使得現(xiàn)有的注射成型高分子材料易開裂變形。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有注射成型高分子材料所存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開了一種PP-PA高分子合金材料及其制造方法。
本發(fā)明所述一種PP-PA高分子合金材料制造方法，包括如下步驟 ：
步驟1.將聚丙烯70-80份、聚酰胺8-15份、碳酸鈣微粒5-10份及鋁
酸酯偶聯(lián)劑0.5-1.5份，預(yù)混3-5分鐘，預(yù)混溫度為65-80℃；
步驟2.將相容劑3-8份加入步驟1得到的混合物中，繼續(xù)混合；以上份數(shù)均為重量份；
步驟3.混合均勻后熔融加熱形成合金材料。
優(yōu)選的，所述步驟2中還加入以下成分中的一種或多種:抗氧化劑0.3-0.5份，紫外線屏蔽劑0.4-0.6份，成核劑0.05-0.2份，穩(wěn)定劑0.1-0.5份，步驟2的溫度為105-115℃。
進(jìn)一步的，所述抗氧化劑為GK-1010和GK-106的混合物，所述紫外線屏蔽劑為UV326，所述穩(wěn)定劑為ZnSt,所述成核劑為聚丙烯成核劑。
優(yōu)選的，所述粉末狀碳酸鈣大于3000目。
優(yōu)選的，所述相容劑為SEBS-g-MA。
優(yōu)選的，所述步驟1之前包括對(duì)聚酰胺和碳酸鈣微粒的預(yù)加熱，加熱溫度75-90℃，時(shí)間1-2小時(shí)。
優(yōu)選的，所述步驟3中還包括熔融后的擠出定型，定型時(shí)使用雙螺桿造粒機(jī)，溫度控制從機(jī)頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區(qū)，在四至五區(qū)之間抽取真空、主機(jī)轉(zhuǎn)速控制在200-230轉(zhuǎn)/min之間，加料速度控制在10-30轉(zhuǎn)/min之間。
本發(fā)明還公開了一種PP-PA高分子合金材料，其組分重量份數(shù)比為：聚
丙烯70-80份、聚酰胺8-15份、粉末狀碳酸鈣5-10份、鋁酸酯偶聯(lián)劑0.5-1.5份、相容劑3-8份。
優(yōu)選的，還包括以下成分中的一種或多種:抗氧化劑0.3-0.5份，紫外線屏蔽劑0.4-0.6份，成核劑0.05-0.2份，穩(wěn)定劑0.1-0.5份。
優(yōu)選的，所述粉末狀碳酸鈣大于3000目
采用本發(fā)明所述的PP-PA高分子合金材料及其制造方法，具備如下優(yōu)越性：
一.通過偶聯(lián)劑對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣微粒進(jìn)行表面活化處理，添加相容劑使各組分材料在相容劑和偶聯(lián)劑的作用下有機(jī)的鍵合在一起，解決了不同材料的相容性問題，達(dá)到材料改性目的，提高了材料機(jī)械性能。
二．加入碳酸鈣微粒嵌入聚合物分子之間，使得分子取向隨機(jī)化，有效降低了原有高分子材料的分子取向度，提高了材料的韌性和各向同性。
三.本發(fā)明得到的高分子合金材料無毒無害、耐磨耐腐蝕、抗老化、耐候性好，成型收縮率?。痪C合力學(xué)性能優(yōu)異。
四.本發(fā)明所需原料為普通常用高分子材料，生產(chǎn)所需設(shè)備均為常規(guī)化工設(shè)備，生產(chǎn)成本低，適合大規(guī)模量產(chǎn)制造。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述PP-PA高分子合金材料制造方法的一種具體實(shí)施方式流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的發(fā)明原理及具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明所述一種PP-PA高分子合金材料制造方法，包括如下步驟 ：
步驟1.將聚丙烯70-80份、聚酰胺8-15份、碳酸鈣微粒5-10份及鋁
酸酯偶聯(lián)劑0.5-1.5份，預(yù)混3-5分鐘，預(yù)混溫度為65-80℃；
步驟2.將相容劑3-8份加入步驟1得到的混合物中，繼續(xù)混合；以上份數(shù)均為重量份。
聚丙烯無毒無味，密度小，耐腐蝕，強(qiáng)度高(30MPa)，特別是抗彎曲疲勞強(qiáng)度優(yōu)異，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，綜合力學(xué)性能較好，價(jià)廉易購(gòu)；聚酰胺無毒、質(zhì)輕、沖擊強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的耐磨性及較好的耐腐蝕性，其中尤以尼龍66彈性好，沖擊強(qiáng)度高，耐磨性好
聚丙烯和聚酰胺作為兩種基干聚合物材料，為合金材料的主體成分，但這兩種成分要形成一種機(jī)械性能強(qiáng)的合金材料，需要對(duì)二者進(jìn)行改性，并降低二者分子結(jié)合的取向一致性。
本發(fā)明中，以碳酸鈣微粒作為聚合物分子的連接橋梁，當(dāng)碳酸鈣細(xì)粒在材料的組分組成結(jié)構(gòu)中并不是融入，而是以嵌入的形式存在于合金材料的分子界面，相當(dāng)于是有機(jī)材料分子與無機(jī)材料微粒表面的粘接；此種合金分子組分結(jié)構(gòu)使得碳酸鈣超細(xì)微粒在受到外力作用時(shí)，碳酸鈣微粒表面曲面與大量的PP及PA合金材料分子接觸粘接，使用碳酸鈣后，碳酸鈣與PP和PA形成的分子團(tuán)對(duì)于外力的傳遞已不再是直線的，而是以隨機(jī)方向向各個(gè)方向傳遞外力，在宏觀上取得機(jī)械性能的各向同性。碳酸鈣分子不僅能夠降低材料成本和使材料補(bǔ)強(qiáng)，還能有效的減小材料的成型收縮率，降低取向一致性。
在碳酸鈣分子作為聚合物分子連接中介時(shí)，碳酸鈣顆粒希望盡可能小粒徑從而與聚合物分子更好的連接，碳酸鈣顆粒應(yīng)在3000目以上。
官能團(tuán)是決定有機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)的原子或原子團(tuán)。常見官能團(tuán)烯烴、醇、酚、醚、醛、酮等。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)主要發(fā)生在官能團(tuán)上，官能團(tuán)對(duì)有機(jī)物的性質(zhì)起決定作用。
本發(fā)明所用的聚丙烯、聚酰胺、碳酸鈣三種主要成分材料，前兩種為有機(jī)高分子材料，后一種為無機(jī)材料；它們的物化性能各不相同，共混相容效果較差；因此本發(fā)明采取選擇能與各組分材料分子結(jié)構(gòu)相近、相似的相容劑和偶聯(lián)劑并用，猶如在整個(gè)共混物組分中人為植入了一個(gè)能與各組分共同反應(yīng)的共用官能團(tuán)，改善和提高共混體系的相容性，滿足發(fā)明改性的目的。
相容劑又稱增容劑，是指借助于分子間的鍵合力，促使不相容的兩種聚合物結(jié)合在一體，進(jìn)而得到穩(wěn)定的共混物的助劑。
本發(fā)明中添加鋁酸酯偶聯(lián)劑的主要目的是對(duì)無機(jī)材料輕質(zhì)碳酸鈣微粒進(jìn)行表面活化處理，添加相容劑是為了在聚丙烯（PP）樹脂與聚酰胺（PA）樹脂之間鍵入馬來酸酐丙烯接枝基團(tuán)，使各組分材料在相容劑和偶聯(lián)劑的作用下有機(jī)的鍵合在一起，解決了不同材料的相容性問題，達(dá)到改性的目的。本發(fā)明中優(yōu)選所添加的偶聯(lián)劑是鋁酸酯偶聯(lián)劑，所添加的相容劑是SEBS-g-MA，選擇該相容劑的原因?yàn)橄嗳輨┡cPP和PA在溶度參數(shù)、分子極性、分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶能力、表面張力、黏度等都相接近，尤其是極性較強(qiáng)，相容效果好。
所述步驟2中還可以加入以下成分中的一種或多種:抗氧化劑0.3-0.5份，紫外線屏蔽劑0.4-0.6份，成核劑0.05-0.2份，穩(wěn)定劑0.1-0.5份，步驟2的溫度為105-115℃。穩(wěn)定劑、抗氧劑、成核劑、紫外線屏蔽劑加入聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、輕質(zhì)碳酸鈣三種材料的共混體系中，其目的是在制造合金材料的生產(chǎn)過程中不損失聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）的其它物理特性，尤其是熱穩(wěn)定性能，從而使合金材料的結(jié)晶速度提高，同時(shí)在材料成形時(shí)表面狀態(tài)優(yōu)良，以及增加該合金材料戶外使用的抗光氧化能力，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。
為了達(dá)到以上目的，在本發(fā)明中使用了穩(wěn)定劑、抗氧化劑、成核劑、紫外線屏蔽劑，其中所述抗氧化劑為GK-1010和GK-106的混合物，所述紫外線屏蔽劑為UV326，所述穩(wěn)定劑為ZnSt，所述成核劑為聚丙烯成核劑。
本發(fā)明中，所述步驟1之前還可以包括對(duì)聚酰胺樹脂和輕質(zhì)碳酸鈣的預(yù)加熱，加熱溫度75-90℃，時(shí)間1-2小時(shí)。以除去聚酰胺樹脂和碳酸鈣中的低聚物及水份。
步驟1、2之后將混合物混合均勻后熔融加熱形成合金材料。但所得到的合金并不利于后續(xù)的運(yùn)輸、包裝和計(jì)量等。因此還可以利用雙螺桿造粒機(jī)進(jìn)行熔融擠出定型，溫度控制從機(jī)頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區(qū)，在四至五區(qū)之間抽取真空、主機(jī)轉(zhuǎn)速控制在200-230轉(zhuǎn)/min之間，加料速度控制在10-30轉(zhuǎn)/min之間。
雙螺桿造粒機(jī)各溫區(qū)具有基本等長(zhǎng)的物理長(zhǎng)度。加溫曲線基本呈正態(tài)分布曲線，同時(shí)在第四區(qū)和第五區(qū)之間抽真空，以進(jìn)一步除去汽化了的低聚物、環(huán)狀化合物、和揮發(fā)性其他雜質(zhì);所有熔體管道都必須保溫，整體各個(gè)區(qū)段的溫度均保持在聚丙烯樹脂與聚酰胺樹脂熔點(diǎn)之上15-30℃的范圍內(nèi)。
以下給出本發(fā)明的若干具體實(shí)施例：
具體實(shí)施例1
將聚丙烯70份、聚酰胺15份、3000目粉末狀碳酸鈣10份及鋁
酸酯偶聯(lián)劑0.5份，預(yù)混5分鐘，預(yù)混溫度為65℃；
將相容劑SEBS-g-MA 5份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.2份，紫外線屏蔽劑UV326 0.4份，穩(wěn)定劑為ZnSt 0.1份加入步驟1得到的混合物中，繼續(xù)混合；以上份數(shù)均為重量份，混合后熔融加熱。
具體實(shí)施例2
將聚酰胺8份、3000目粉末狀碳酸鈣5份在90攝氏度下預(yù)熱1小時(shí)，
隨后加入聚丙烯80份、鋁酸酯偶聯(lián)劑1份預(yù)混5分鐘，預(yù)混溫度為80℃；
將相容劑SEBS-g-MA 8份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.15份，紫外線屏蔽劑UV326 0.6份，穩(wěn)定劑為ZnSt 0.5份，成核劑0.2份加入步驟1得到的混合物中，繼續(xù)混合；以上份數(shù)均為重量份，混合后熔融加熱。
具體實(shí)施例3
將聚酰胺6份、3000目粉末狀碳酸鈣8份在80攝氏度下預(yù)熱2小時(shí)，
隨后加入聚丙烯75份、鋁酸酯偶聯(lián)劑1.5份預(yù)混3分鐘，預(yù)混溫度為70℃；
將相容劑SEBS-g-MA 8份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.15份，紫外線屏蔽劑UV326 0.6份，穩(wěn)定劑為ZnSt 0.5份，成核劑0.2份加入步驟1得到的混合物中，繼續(xù)混合；以上份數(shù)均為重量份，混合后熔融加熱。
利用雙螺桿造粒機(jī)進(jìn)行熔融擠出定型，溫度控制從機(jī)頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區(qū)，在四至五區(qū)之間抽取真空、主機(jī)轉(zhuǎn)速控制在200-230轉(zhuǎn)/min之間，加料速度控制在20-25轉(zhuǎn)/min之間。
具體實(shí)施例4
將聚酰胺6份、3000目粉末狀碳酸鈣10份在80攝氏度下預(yù)熱1.5小時(shí)，
隨后加入聚丙烯75份、鋁酸酯偶聯(lián)劑1.5份預(yù)混3分鐘，預(yù)混溫度為70℃；
將相容劑SEBS-g-MA 8份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.15份，紫外線屏蔽劑UV326 0.6份，穩(wěn)定劑為ZnSt 0.2份，聚丙烯成核劑0.05份加入步驟1得到的混合物中，繼續(xù)混合；以上份數(shù)均為重量份，混合后熔融加熱。
利用雙螺桿造粒機(jī)進(jìn)行熔融擠出定型，溫度控制從機(jī)頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區(qū)，在四至五區(qū)之間抽取真空、主機(jī)轉(zhuǎn)速控制在220-230轉(zhuǎn)/min之間，加料速度控制在25-30轉(zhuǎn)/min之間。
采用本發(fā)明所述的PP-PA高分子合金材料及其制造方法，具備如下優(yōu)越性：
一.通過偶聯(lián)劑對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣微粒進(jìn)行表面活化處理，添加相容劑使各組分材料在相容劑和偶聯(lián)劑的作用下有機(jī)的鍵合在一起，解決了不同材料的相容性問題，達(dá)到材料改性目的，提高了材料機(jī)械性能。
二．加入碳酸鈣微粒嵌入聚合物分子之間，使得分子取向隨機(jī)化，有效降低了原有高分子材料的分子取向度，提高了材料的韌性和各向同性。
三.本發(fā)明得到的高分子合金材料無毒無害、耐磨耐腐蝕、抗老化、耐候性好，成型收縮率?。痪C合力學(xué)性能優(yōu)異。
四.本發(fā)明所需原料為普通常用高分子材料，生產(chǎn)所需設(shè)備均為常規(guī)化工設(shè)備，生產(chǎn)成本低，適合大規(guī)模量產(chǎn)制造。
前文所述的為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。