一种塑料土工格栅用聚丙烯改性三元复合材料及制备方法、应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于±木格栅制造领域，特别设及一种塑料±工格栅用聚丙締改性=元复 合材料及制备方法、应用。
【背景技术】
[0002] 塑料±工格栅是一种W高分子聚合物为主要原料，加入一定的防紫外线助剂、抗 老化助剂，经过挤出成板、冲孔、定向拉伸使原来散乱分布的链形高分子重新定向排列呈线 性状态的高强度上工材料。一般的塑料上工格栅分为单向拉伸上工格栅和双向拉伸上工格 栅两种。单向±工格栅在拉伸方向上有很高的抗拉强度，双向拉伸在横向、纵向上都具有一 定的抗拉强度。在应用方面，双向±工格栅的应用领域更广一点。
[0003] 目前，在±木工程中，除了运两种常见的±工格栅外，还有形式各异的塑料±工格 栅，来满足不同客户的使用要求与工程条件。比如:多向±工格栅、±工网、±工格室等。
[0004] 塑料±工格栅的生产工艺如下:将聚丙締或聚乙締、抗氧化剂、炭黑等原料混合均 匀加入挤出机组的料筒中，在一定溫度下烙融，经过螺杆挤出板材，挤出的板材经过一段时 间的空冷后，经过冲孔模具进行冲孔得到排列规则的孔，冲孔后的板材经过加热后按照一 定的拉伸速度和拉伸比拉开，成为单向±工格栅，单向±工格栅紧接着在横向方向上拉开 在，则成为双向上工格栅。
[0005] 我国塑料工业是国民经济的支柱产业之一，已步入世界塑料大国的行列。塑料已 成为人类社会生活中不可缺的生产资料和生活资料。随着我国塑料工业的不断发展，废弃 塑料再生利用越来越成为我国资源再生和环境保护事业的一个重要方面。解决塑料发展与 环境问题的成功策略是实施"3R"战略，即塑料制品的减量(Reduce),再使用(Reuse)和塑料 废弃物的回收利用(Recycle)。
[0006] 聚丙締材料易老化降解，失去原有的透明度，表面泛黄、稱色，甚至完全粉化等。运 种自然氧化对聚丙締材料的破坏是相当大的，它不仅影响聚丙締材料及其制品的表观，而 且随着氧化的不断加深，聚丙締材料将逐步丧失其原有的力学性能，如拉伸强度、冲击强 度、弯曲强度等，并由此逐步失去使用价值。为了延长聚丙締材料的使用寿命，抑制或者延 缓聚丙締材料的氧化降解，最常用的方法是加入抗氧剂。胡行俊指出：无论是热氧化老化还 是光氧老化，大分子的叔下基过氧化氨的形成是聚丙締老化的关键性的一步。Adams J H认 为聚丙締的老化与聚合物的氧化降解相同，它是一个具有链引发、链增长、链终止过程的自 动氧化连锁反应。抗氧剂的作用就在于阻止聚丙締自动氧化链反应的进行，或者阻止生成 的活性游离基的传递，消除运类中间产物，使之变成稳定的化合物。
[0007] A. Alireza等利用废旧PP和废纸，添加适量的马来酸酢接枝PP(PP-g-MAH)，采用热 压成型工艺制备了纤维增强复合材料，结果表明，PP-g-MAH可W很好地改善纤维与塑料基 体之间的界面相容性，复合材料的弯曲强度、拉伸强度、使用性能等都有所提高。
[000引G. Grubbs化om等对废旧低密度聚乙締/木粉复合材料的力学性能进行了研究，结 果显示经过交联处理的复合材料，其弯曲强度提高了 2倍，抗蠕变性、强度和硬度都有提高。
[0009] 姜亮等通过研究得出，玻璃纤维的含量对PP的性能有很大的影响。PP的力学性能 一般随玻纤的增加而增加。玻纤的含量应控制在40% W下，玻纤超过40%时，PP的性能反而 下降，成型工艺性能明显变差，玻纤含量为30%--40%时，力学性能达到峰值，玻纤含量低 于20%时，力学性能提高幅度不大，玻纤含量增加，PP的密度、拉伸强度、弯曲弹性模量、缺 口冲击强度、洛氏硬度、热变形溫度等明显提高，断裂成型伸长率、成型收缩率减小，玻纤为 30%的PP综合性能已达到了部分工程塑料性能标准。
[0010] 化ngsok Seo等研究了马来酸酢接枝聚丙締(PP-g-MAH)与PP结晶机理的不同。结 果表明：PP-g-MAH只W异相成核的方式进行结晶，而等规PP的结晶方式还包括均相成核。由 于异相晶核数量的不同，PP-g-MAH的结晶速度比PP更快。PP的结晶度是一个重要的结构参 数，许多宏观物理、力学性能都与结晶度直接相关。因此，PP-g-MAH具有优良的物理、力学性 能。
[0011] 北京化工大学的张永涛通过对拉伸规律的研究，确定了拉伸过程中细颈的产生与 发展是聚丙締±工格栅连续生产的关键。当聚丙締的应力-应变曲线有上扬部分时，可进行 连续拉伸。研究表明聚丙締±工格栅专用料拉伸行为的影响因素即聚丙締内在结构和结晶 状态、聚丙締内在质量的稳定性。在气相法聚丙締工业装置上试生产得到了生产低烙体流 动速率的双向拉伸±工格栅均聚聚丙締专用料T1701和T1702的最佳聚合、造粒工艺参数。 通过试验研究，找到了最佳助剂配方，确定了最适宜的造粒操作条件。研制开发的双向拉伸 聚丙締±工格栅专用树脂，其性能指标符合攻关技术要求，达到了与国外同类产品相当的 质量水平。
[0012] 左英飞等人评价了双向拉伸±工格栅聚丙締专用树脂T1701的性能，并与市场上 的同类国外产品做了对比分析。结果表明：T1701产品具有良好的分子结构和加工流变性 能，烙体拉伸强度较高，利于成型加工。
[0013] 王清标等人通过对玻塑复合±工格栅的原料、工艺流程、性能指标的介绍，并通过 现场拉伸试验，对不同溫度下格栅的纵向、横向断裂强度W及断裂伸长率进行了分析研究， 得到如下研究结论:格栅条带采用纤维材料，能够抵抗侵蚀和气候变化，保证其性能的稳定 性;格栅的断裂强度与溫度呈正相关，断裂伸长率与溫度呈负相关，并经过一定时间后趋于 稳定;结构采用特殊工艺，提高了格栅的抗剥离撕裂强度和对±体的嵌锁咬合能力。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种塑料±工格栅用聚丙締改性=元复 合材料及制备方法、应用。在±工格栅的生产过程中，聚丙締回收料或再生料的加入降低了 生产投资成本，又节约了资源，减少了环境污染，但会对产品的力学性能有一定负面影响。 因此，在降低成本的情况之下通过材料改性方法提高±工格栅材料的力学性能使其满足实 际应用要求，具有一定的理论意义和应用价值。
[0015] 现有技术普遍采用玻璃纤维对聚丙締新料进行改性，大幅提高了聚丙締新料（即： 本发明中的聚丙締专用料）的性能。因此，研究中，本发明首先采用玻璃纤维对聚丙締回收 料和聚丙締新料进行共同改性，W期获得较优的力学性能，但实验结果表明：由于聚丙締回 收料多为聚丙締板材切边和冲孔工序中产生的废料或经过高溫拉伸后切边产生的废料，成 分复杂，性能不稳定;改性过程中，聚丙締回收料会对聚丙締全新料的性能产生一定的削弱 作用，产品的力学性能不佳。为此，本发明在综合分析聚丙締材料的拉伸成型过程与形成理 论的基础上，对纤维单向增强聚丙締回收料的作用机制进行了探讨，结果表明：玻璃纤维的 质量分数对=元复合材料体系的取向分布和分散均匀性有较大影响，当玻璃纤维的质量分 数为5%~15%时，制备的S元复合材料具有较优的宏观力学性能，能够满足±木格栅的实 用性要求。
[0016] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0017] -种塑料±工格栅用聚丙締改性=元复合材料，其特征在于，由如下重量百分比 的原料组成:聚丙締回收料10%~30% ;玻璃纤维5%~15% ;余为聚丙締专用料。
[0018] 本发明重点讨论纤维单向增强树脂当受到轴向拉伸作用的情况，并根据上述发现 确定了本发明的原料比例。受增强的材料在未受到载荷作用时，基体材料W及纤维中是不 存在应变的。当基体受到了外加的拉伸负载作用时，应力集中便产生在纤维的两端部位，并 且在纤维的周围存在应力小于平均应力的楠