[发明专利]一种增强热塑性聚合物树脂的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强热塑性聚合物树脂的复合材料及其制备方法，包括以下步骤：将煤矸石破碎，磨细，烘干，偶联剂改性，增韧剂包覆，造粒得到煤矸石颗粒；将热塑性聚合物树脂粉、玄武岩纤维、煤矸石颗粒和辅料混合搅拌；用双螺杆挤出机挤出得到成品。本发明通过偶联剂改性煤矸石粉、再用增韧剂进行包覆并挤出造粒，之后再混合热塑性树脂粉、玄武岩纤维和辅料，可以大幅提高煤矸石粉体与热塑性聚合物基复合材料的相容性，弱化煤矸石填充带来的韧性和强度下降的问题，并改善热塑性聚合物加工黏度大、流动性差，与极性矿物煤矸石粉体加工融合性不高，造成材料力学性能和热稳定性能降低的缺陷。

技术领域

本发明涉及热塑性聚合物复合材料领域，具体涉及一种增强热塑性聚合物树脂的复合材料及其制备方法。

背景技术

煤矸石是煤炭工业中采矿作业和选矿作业过程中，产生的一种大宗工业固体废弃物，主要含有SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等，矿物组成主要是高岭石、石英、云母及白云石等，物理化学性质稳定。我国是煤炭生产和消费大国，煤矸石产量巨大，约占煤炭工业的10－15wt％。但由于煤炭种类众多，煤矸石种类也多种多样，组成成分和矿物织构十分复杂，利用率较低。目前，仅在混凝体和矿物充填领域有较大利用，大量煤矸石自然堆存在煤矿附近形成巨大的矸石山，对附近生态环境产生较大危害，包括土壤污染、水体污染和大气污染。

热塑性聚合物树脂包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯，产量大、用途广，在工业、农业、建材等领域有诸多应用，如门窗、管道、墙板、家电、包装、薄膜制品、渔具、编织用纤维以及各种大小中空制品等。但耐热性低、热稳定性低的缺点进一步限制它们的应用领域和应用范围。目前，主要采用化学方法(交联、接枝、共聚)和物理方法(共混)手段对聚合物基材料进行增强改性。其中，采用无机填料粉体(RIF)进行物理共混改性具有工艺简单、效果显著、成本低的优点，日益受到重视。

煤矸石是一种固体废弃物，含有的石英、铝硅酸盐高岭土、云母等化学性质稳定，经破碎磨粉后，可作为填料对热塑性基材料进行补强改性。一方面煤矸石硬度高、模量大，可以提高热塑性聚合物复合材料刚度；另一方面，煤矸石中所含氧化铝组分一定程度上可以提高聚合物的阻燃性能。但本申请发明人在实际应用过程中发现，热塑性聚合物普遍存在加工黏度大、流动性差，与极性矿物煤矸石粉体加工融合性不高，会造成材料力学性能和热稳定性能降低的缺陷。因此，如何更好地将煤矸石资源整合利用，增强聚合物类复合材料的性能，解决团聚现象，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强热塑性聚合物树脂的复合材料，该材料通过偶联剂和增韧剂改性煤矸石填充料，再混合热塑性聚合物树脂粉、玄武岩纤维和辅料，达到增强复合材料的效果。

目的之二在于提供一种增强热塑性聚合物树脂的复合材料的制备方法，该制备方法能够通过煤矸石粉预处理和界面调控手段，提高煤矸石和聚合物类基体的界面黏合强度。通过将煤矸石填充料、偶联剂和增韧剂预造粒，再混合聚合物类树脂粉、玄武岩纤维和辅料，可以大幅提高煤矸石粉体与聚合物类基体材料的相容性，同时弱化煤矸石填充带来的韧性和强度下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种增强热塑性聚合物树脂的复合材料及其制备方法，按照重量份数计，所述复合材料包括以下组分：增韧剂包覆的煤矸石颗粒60－100份、热塑性聚合物树脂粉100份、玄武岩纤维2－15份，稳定剂4－10份、润滑剂0.5－1份、增塑剂1－6份、调节剂5－10份。

进一步的，所述增韧剂包覆的煤矸石颗粒包括以下组分：煤矸石粉70－100份、偶联剂占煤矸石粉0.5－2.5wt％、增韧剂20－40份。

进一步的，所述热塑性聚合物树脂粉选自聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一种；玄武岩纤维裁剪长度5－10mm。

进一步的，所述偶联剂选自氯基硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂中的一种或多种；