本发明涉及高分子材料，特别涉及一种高抗冲高模量聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、当前通讯行业发展迅速，电信网络、互联网络、无线通讯基站等一些通讯基础设施建设如火如荼进行，通讯接线盒作为重要的结构材料需要在较宽的范围内承受机械应力，在较为苛刻的物理化学环境中使用。通讯接线盒材料作为结构材料使用时，一般要求在室外长期使用，部分会露天放置或悬在空中或者深埋地下，在恶劣的使用条件下，制件受到压力载荷，首先发生弹性形变，而后随着载荷时间的增加其形变也会逐渐增加，当形变达到一定程度后制件就不能再使用了，随载荷的增加，材料变形，气密性也会失效，会出现漏气进水等现象，这样会给通讯造成中断隐患。
2、目前市场上使用的接线盒材料有abs、pc/abs、asa、pc+gf(玻纤)、pp+gf等材料，从实际使用情况来看，abs材料冲击强度偏低，耐光老化性能差。asa冲击强度差，pc/abs材料价格较贵。pc+gf耐化学性能较差，冲击性能偏低，容易产生应力开裂。目前市场上使用较普遍的多为pp+gf材料。pp聚丙烯材料密度小，强度高，刚度硬度和耐热性能优异，具有良好的电性能、绝缘性和耐热性能。
3、与纯pp相比较，玻璃纤维增强pp的韧性下降，对于高韧性应用需要进一步提高玻璃纤维增强pp的韧性，通常在复合材料体系中加入聚烯烃弹性体(poe)来增韧，但是通常增韧后，虽然冲击强度有所提高，但模量又有所降低，难以满足接线盒气压测试标准的要求。即难以同时获得高冲击强度和高模量，高力学性能的聚丙烯材料。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种改进的高抗冲高模量聚丙烯材料。该聚丙烯材料具有高冲击强度，高模量和高力学性能。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种聚丙烯材料，以重量百分比计，所述聚丙烯材料包括以下组分，20％-30％第一共聚聚丙烯树脂、20％-30％第二共聚聚丙烯树脂、3％-8％聚乙烯树脂、5％-10％相容剂、0.2％-1.0％交联剂、25％-35％玻璃纤维、0.1％-0.5％磷酸盐助剂；所述第一共聚聚丙烯树脂的熔融指数小于第二共聚聚丙烯树脂的熔融指数，所述第一共聚聚丙烯树脂的冲击强度大于第二共聚聚丙烯树脂的冲击强度；所述聚乙烯树脂为分子量分布曲线具有两个峰值的双峰聚乙烯树脂；所述磷酸盐助剂选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钾和焦磷酸二氢二钠(na2h2p2o7)中的一种或多种的组合。
4、现有技术中，通常在聚丙烯复合材料中加入增韧剂例如聚烯烃弹性体(poe)来增韧，但是得到的聚丙烯复合材料虽然冲击强度有所提高，但模量又有所降低，难以同时实现高冲击强度和高模量。本技术的发明人通过研究发现，通过在聚丙烯材料中加入特定结构的聚乙烯树脂作为增韧剂，同时加入磷酸盐助剂和选择特定的两种共聚聚丙烯树脂作为基体树脂，可以使得聚丙烯材料在具有高的冲击强度的同时具有高的模量，以及高的其他力学性能，使得该材料能够满足特定领域应用的要求。
5、双峰聚乙烯树脂的分子量分布曲线上呈现两个明显的峰值，这种分布模式赋予了材料独特的物理和机械性能，该树脂同时包含两种不同分子量的聚合物链，较低分子量的部分有助于改善材料的加工性能，而较高分子量的部分则增强了材料的熔体强度、机械特性和耐应力开裂性。
6、本发明通过引入双峰结构的聚乙烯树脂作为增韧剂，赋予了聚丙烯材料超强的韧性。一般聚乙烯树脂的分子量分布呈现单峰形状分布，而双峰聚乙烯在低分子量部分具有较少的侧链。双峰聚乙烯的晶体结构与线性聚乙烯不同，双峰聚乙烯具有独特的分支结构和晶体结构。线性聚乙烯结构是线性排列的，而双峰聚乙烯结构的晶体结构是不分定向排列的，添加在聚丙烯材料中，可以使得聚丙烯材料呈现较好的冲击韧性。pp聚丙烯与双峰pe聚乙烯共混体系的晶体发生制约，这种制约可使pp的球晶变成晶片，使材料不能生成大的球晶，晶体被进一步细化，尺寸变小，使冲击性能得到提高。
7、本发明通过引入磷酸盐助剂，调节聚丙烯复合材料熔体的酸碱性，使熔体的ph值保持在弱酸性。弱酸环境能提高玻纤表面的偶联活性，改善基体树脂与无机玻璃纤维之间的界面性能，提高基体树脂与无机玻璃纤维的相容性，从而提高复合材料的耐蠕变性能和冲击性能。
8、本发明通过同时引入两种聚丙烯树脂基体，具体包括高融指中抗冲的共聚聚丙烯和高抗冲低熔指的共聚聚丙烯，可以在提高最终聚丙烯复合材料韧性的同时，不降低材料的刚性，高抗冲低熔指聚丙烯提供给材料冲击韧性，高融指中抗冲聚丙烯在加工共混时保证玻纤充分分散，同时玻纤能保留较好的玻纤长度，显著提高拉伸强度和刚性。
9、在一些实施方式中，所述交联剂选自二苯甲烷双马来酰亚胺、间苯撑双马来酰亚胺和n-苯基马来酰亚胺中的一种或多种的组合。
10、在一些实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；优选地，所述马来酸酐接枝聚丙烯中马来酸酐的接枝率为0.8％-2％。
11、通过引入马来酰亚胺类交联剂和马来酸酐接枝聚丙烯作为相容剂，可以在聚丙烯树脂的分子链中引入极性基团。而组分之间的结合强度主要取决于组分之间的界面张力，组分之间的界面张力越小，则结合强度越大。组分之间的相容性越好，则结合强度越大。将带有官能团的单体和聚合物进行接枝反应，使一些不具有极性的聚合物大分子链上引入具有一定反应活性的官能团，使之变成极性聚合物。两相熔和时会增加分子间的作用力，在两相交界处获得一定厚度的界面，使聚合物有一定的相容性，使得马来酸酐接枝聚丙烯可以改善玻璃纤维和聚丙烯基体树脂的粘结性，提高材料的拉伸性能同时不降低冲击性能。
12、通过引入马来酰亚胺类交联剂和马来酸酐接枝聚丙烯作为相容剂，可以提高基材和玻纤的粘结力，玻纤和基体树脂的良好结合阻止了裂纹的扩展和逸散。
13、在一些实施方式中，所述玻璃纤维为扁平状的玻璃纤维。
14、通过扁平玻纤的引入，可以提高聚丙烯复合材料的强度和模量。扁平玻纤较常规玻纤，界面呈扁平状，可以提高纵向加强，具有很好的分散性，玻纤表面具有很多极性基团和胶黏剂，基体树脂能和扁平玻纤充分浸润结合，受到冲击和拉伸外力时能够提高玻纤的拔出力。
15、在一些实施方式中，所述第一共聚聚丙烯树脂在230℃/2.16kg下的熔融指数为1-4g/10min，采用悬臂梁缺口冲击实验仪测试的缺口冲击强度为45-55kj/m2。
16、在一些实施方式中，所述第二共聚聚丙烯树脂在230℃/2.16kg下的熔融指数为25-40g/10min，采用悬臂梁缺口冲击实验仪测试的缺口冲击强度为15-25kj/m2。
17、在一些实施方式中，所述第一共聚聚丙烯树脂、第二共聚聚丙烯树脂均为嵌段共聚聚丙烯。
18、在一些实施方式中，所述聚丙烯材料还包括选自抗氧剂、润滑剂和着色剂中的一种或多种的组合的助剂。
19、在一些实施方式中，以重量百分比计，所述聚丙烯材料还包括0.1％-1.0％抗氧剂、0.1％-1.0％润滑剂和0.1％-1.5％着色剂。
20、在一些实施方式中，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或两种。
21、在一些实施方式中，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸金属盐和乙烯基双硬脂酰胺中的一种或多种的组合。
22、在一些实施方式中，所述着色剂选自黑色母、炭黑、群青、钛黄、酞青蓝、二氧化钛的一种或多种的组合。
23、本发明还提供了前述聚丙烯材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)将所述第一共聚聚丙烯树脂、第二共聚聚丙烯树脂、聚乙烯树脂和相容剂进行混合，加入其他助剂再次进行混合，得到混合物；2)将所述混合物和玻璃纤维进行混合、挤出、造粒，得到所述聚丙烯材料。
24、进一步地，所述挤出在双螺杆挤出机中挤出。
25、进一步地，所述玻璃纤维从挤出机加纤口加入。
26、本发明还提供了前述聚丙烯材料用于通讯领域的用途。
27、优选地，前述聚丙烯材料用于通讯接线盒的用途。
28、与现有技术相比，本发明具有如下优势：
29、1)良好的刚性和韧性综合性能：目前行业内通讯接线盒材料pp+30gf材料性能普遍偏低，缺口冲击和弯曲模量不能同时兼顾，通过对基体树脂的良好搭配，实现玻纤在基体树脂中的的充分分散，使材料具有优秀的刚韧平衡性。
30、2)超高的抗冲击强度：目前市场上使用的材料的抗冲击强度普遍在15kj/m2-20kj/m2左右。本发明的材料的缺口冲击强度能达到28kj/m2以上，注塑制品能承受16n重量钢球1.5米高度下落冲击不开裂。
31、3)密度较小：目前行业内为追求刚性，在材料内过多的添加玻璃纤维，造成材料密度偏大，普遍在1.2g/cm3左右，然而该密度对于外挂通讯接线盒，会对线缆造成过多的负重，有较大的安全隐患，本发明的材料的密度小于1.15g/cm3，可以实现较小的重量下，较高的力学性能。
32、4)良好的耐蠕变性和冲击性能：本发明的材料的弯曲模量在5000mpa以上，具有良好的耐蠕变性能。
33、5)降本增效：市场上通讯接线盒材料普遍采用poe等作为增韧剂，材料成本较高，本发明采用双峰聚乙烯材料进行代替，可以降低材料的成本。
1.一种聚丙烯材料，其特征在于：以重量百分比计，所述聚丙烯材料包括以下组分，20％-30％第一共聚聚丙烯树脂、20％-30％第二共聚聚丙烯树脂、3％-8％聚乙烯树脂、5％-10％相容剂、0.2％-1.0％交联剂、25％-35％玻璃纤维、0.1％-0.5％磷酸盐助剂；所述第一共聚聚丙烯树脂的熔融指数小于第二共聚聚丙烯树脂的熔融指数，所述第一共聚聚丙烯树脂的冲击强度大于第二共聚聚丙烯树脂的冲击强度；所述聚乙烯树脂为分子量分布曲线具有两个峰值的双峰聚乙烯树脂；所述磷酸盐助剂选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钾和焦磷酸二氢二钠中的一种或多种的组合。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于：所述交联剂选自二苯甲烷双马来酰亚胺、间苯撑双马来酰亚胺和n-苯基马来酰亚胺中的一种或多种的组合；和/或，所述玻璃纤维为扁平状的玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于：所述第一共聚聚丙烯树脂在230℃/2.16kg下的熔融指数为1-4g/10min，采用悬臂梁缺口冲击实验仪测试的缺口冲击强度为45-55kj/m2；和/或，所述第二共聚聚丙烯树脂在230℃/2.16kg下的熔融指数为25-40g/10min，采用悬臂梁缺口冲击实验仪测试的缺口冲击强度为15-25kj/m2。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；优选地，所述马来酸酐接枝聚丙烯中马来酸酐的接枝率为0.8％-2％。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于：所述第一共聚聚丙烯树脂、第二共聚聚丙烯树脂均为嵌段共聚聚丙烯。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯材料还包括选自抗氧剂、润滑剂和着色剂中的一种或多种的组合的助剂。
7.根据权利要求6所述的聚丙烯材料，其特征在于：以重量百分比计，所述聚丙烯材料还包括0.1％-1.0％抗氧剂、0.1％-1.0％润滑剂和0.1％-1.5％着色剂。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或两种；和/或，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸金属盐和乙烯基双硬脂酰胺中的一种或多种的组合；和/或，所述着色剂选自黑色母、炭黑、群青、钛黄、酞青蓝、二氧化钛中的一种或多种的组合。
9.权利要求1-8任一项所述的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：1)将所述第一共聚聚丙烯树脂、第二共聚聚丙烯树脂、聚乙烯树脂和相容剂进行混合，加入其他助剂再次进行混合，得到混合物；2)将所述混合物和玻璃纤维进行混合、挤出、造粒，得到所述聚丙烯材料。
10.权利要求1-8任一项所述的聚丙烯材料用于通讯领域的用途。
