CN101070409B - 一种聚丙烯树脂组合物及其制备方法和风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚丙烯树脂组合物，所述聚丙烯树脂组合物含有聚丙烯树脂和玄武岩纤维，其中以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，所述聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的量为50到95重量份，相应玄武岩纤维的量为50到5重量份。并且所述玄武岩纤维的长度为3到10mm，直径为9到17μm。本发明还提供聚丙烯树脂组合物的制备方法和由其制备的风扇，通过本发明制备的聚丙烯树脂组合物克服了现有技术的缺陷，并且具有较高的弹性模量以及更好的冲击性能和化学稳定性，同时还具有极高的隔热、隔音特性，适用于做各种工业用部件，尤其是空调机器的风扇等。

Description

一种聚丙烯树脂组合物及其制备方法和风扇

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯树脂组合物及其制备方法和由其制备的风扇。更具体地说，本发明涉及含有玄武岩纤维作为增强组分的聚丙烯树脂组合物及其制备方法和风扇。

背景技术

在现有技术中，聚丙烯(PP)作为通用型热塑性树脂，其耐热性优于聚乙烯(PE)；其熔点达到164℃左右，可以在100-120℃下长期使用，此外，聚丙烯还具有优良的耐腐蚀性、电绝缘性，它的力学性能(包括拉伸强度、压缩强度、硬度)均比高密度聚乙烯(HDPE)良好，并且还具有很突出的刚性。聚丙烯易加工，大部分用于注射成型，除了生活用品外还可以制造工业用制件，例如建筑、机械、电工等；也可以用挤出和吹塑成型方法生产薄膜、板材、管材和单丝等。因此，由于聚丙烯的综合性好，材料成本低，在各个行业都获得了广泛的应用。

但是，聚丙烯本身的收缩率较大、耐低温性差、耐磨性不足等缺点，需要对聚丙烯进行改性。目前，利用纤维对聚丙烯进行复合改性形成的聚丙烯树脂组合物(聚丙烯复合材料)应用非常广泛，该组合物可以改善聚丙烯的拉伸强度、刚性尺寸稳定性等。

纤维不但是聚丙烯树脂组合物中的基本增强成分，而且很多纤维成分在声热绝缘及过滤方面具有很大的用途。其中，玻璃纤维的应用最为广泛，但是，玻璃纤维在比强度、使用温度、化学稳定性(特别是在碱性介质中的稳定性)、制振性能、耐热性能、隔音特性等方面具有较大的局限性，而且玻璃纤维的生产过程中容易产生对于自然环境造成的粉尘、三废等危害，此外在制造玻璃纤维时需要使用紧缺的二氧化硼，玻璃纤维的生产成本比较高。

因此，需要一种新型的聚丙烯树脂组合物，该组合物能够克服现有技术中使用玻璃纤维作为基本增强成分的聚丙烯树脂组合物存在的缺陷，并且具有较高的弹性模量以及更好的冲击性能和化学稳定性，同时还具有极高的隔热、隔音特性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种聚丙烯树脂组合物，所述聚丙烯树脂组合物克服了现有技术的缺陷，并且具有较高的弹性模量以及更好的冲击性能和化学稳定性，同时还具有极高的隔热、隔音特性。

本发明的另一个目的是提供一种上述聚丙烯树脂组合物的制备方法。

本发明的又一个目的是提供一种风扇，所述风扇使用上述聚丙烯树脂组合物为原料制成。

根据本发明的一个实施方式提供了一种聚丙烯树脂组合物，其中所述聚丙烯树脂组合物含有聚丙烯树脂和玄武岩纤维，其中以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，所述聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的量为50到95重量份，相应玄武岩纤维的量为50到5重量份。

地壳山为火成岩、沉积岩和变质岩组成，而玄武岩属于火成岩中的一种，由岩浆形成，密度大。玄武岩含有的SiO₂含量在44-52％之间，Al₂O₃含量在12-18％之间，FeO和Fe₂O₃含量在9-14％之间。玄武岩的熔炼和均匀化是古代火山岩活动的结果，因此其具有很高的化学稳定性和热稳定性。玄武岩属于难熔矿物原料，熔化温度在1500℃之上。并且，火山衍生物结构的玄武岩比沉积岩中的页岩、砂岩和变质岩中的石英的杨氏模量都要高，这使玄武岩纤维具有耐温、抗拉强度好、弹性模量高等性能。此外，玄武岩在世界内均广泛存在、数量不受限制。

通过玄武岩而制造成的玄武岩纤维称为“岩石之丝”，100％由矿物组成，制造时不需要添加其它成分。玄武岩纤维具有与玻璃纤维不同的化学成分而有的特定性能，例如：玄武岩纤维中含铁量高，使纤维呈古铜色；玄武岩纤维中含有的K₂O、MgO和TiO₂等成份，对提高纤维防水，耐腐蚀性能起了重要的作用；玄武岩纤维中含有的Al₂O₃能够提高熔体粘度，提高化学稳定性；而FeO和Fe₂O₃能够改变溶制参数，影响导热性；K₂O、MgO和TiO₂则能提高防水性能与耐腐蚀性等。

表1列出了玄武岩纤维与常用的玻璃纤维的性能的比较。表1清楚地显示了玄武岩原料加工而来的玄武岩纤维在耐高温、稳定性、耐腐蚀性、导热性、绝缘性等许多技术指标方面优于玻璃纤维。

                        表1

特性	玄武岩纤维	E玻璃纤维
			工作温度(℃)	-260～+650	-60～+460
原始纤维直径(μm)	8～15	6～15
			密度(Kg/m<sup>3</sup>)	2700	2560
弹性模量(d＝12μm，Gpa)	84～92	70～72
			热处理后的残留拉伸强度(20℃，％)	100	100
热处理后的残留拉伸强度(200℃，％)	97	91
			热处理后的残留拉伸强度(400℃，％)	85	53
烧失量(％)	1.3	1.2
			体积电阻率(Ωm)	1012	1011
1MHz下的介电损耗角正切	0.005	0.0047
			吸声系数	0.9～0.99	0.8～0.93

特性	玄武岩纤维	E玻璃纤维
			耐水性(沸腾3h的重量损失，％)	1.6	6.2～21
耐碱性(2mol/L，％)	2.75	6.0
			耐酸性(2mol/L，％)	2.2	38.9

因此，由于玄武岩纤维具有比普通玻璃纤维更高的弹性模量以及更好的冲击性能和化学稳定性等优点，可以作为聚丙烯的增强成分，由此形成的聚丙烯树脂组合物具有比较理想的物理和化学性能。

根据本发明的又一个实施方式，其中所述玄武岩纤维的长度为3到10mm，直径为9到17μm。

根据本发明的又一个实施方式，其中所述聚丙烯树脂组合物还含有添加剂，所述添加剂选自填充剂、抗氧剂、防老化剂和稳定剂中的一种或更多种。在本发明中根据效果、相容性、稳定性等选取原则来选择添加剂。其中，填充剂的作用在于能够改善聚丙烯树脂的力学性能，例如增强其硬度、刚度、抗压强度等；抗氧剂的作用在于能够防止聚丙烯树脂组合物在生产过程中的氧化；防老化剂的作用在于能够降低聚丙烯树脂组合物的水解敏感程度，防止聚丙烯树脂的老化；稳定剂的作用在于能够使玄武岩纤维与聚丙烯树脂的结合稳定。

根据本发明的又一个实施方式，其中所述聚丙烯树脂组合物含有填充剂，以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，所述填充剂的量为0.005到0.05重量份。聚丙烯树脂组合物中含有填充剂能够改善聚丙烯树脂的力学性能，例如增强其的硬度、刚度、抗压强度等。

根据本发明的又一个实施方式，其中所述填充剂选自硬脂酸钙、硬脂酸镁、碳酸钙、硅灰石或者高岭土。

根据本发明的又一个实施方式，其中所述聚丙烯树脂组合物含有稳定剂，以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，所述稳定剂的量为0.01到0.07重量份。聚丙烯树脂组合物中含有稳定剂能够使玄武岩纤维与聚丙烯树脂的结合稳定。

根据本发明的又一个实施方式，其中所述稳定剂选自碱金属氧化物、氢氧化物、碱式盐和碱式配盐。

本发明的另一个目的是提供一种聚丙烯树脂组合物的制备方法，通过该制备方法，制备得到具有高制振性能、高强度、高弹性模量以及更好的冲击性能和化学稳定性，同时还具有极高的隔热、隔音特性的聚丙烯树脂组合物。

根据本发明的一个实施方式的聚丙烯树脂组合物的制备方法，其步骤包括：

(1)将聚丙烯树脂和玄武岩纤维以及添加剂混合，其中以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，聚丙烯树脂的量为50到95重量份，相应玄武岩纤维的量为50到5重量份；

(2)将混合物在一定温度下熔融搅拌；

(3)造粒。

在本发明中，所述聚丙烯树脂和玄武岩纤维的混合、熔融搅拌以及造粒可以采用螺杆挤出机等方法进行。

根据本发明的另一个实施方式的制备方法，其中所述玄武岩纤维在混合之前用偶联剂处理，所述偶联剂的量为所述玄武岩纤维重量的0.05％。通过偶联剂对玄武岩纤维表面进行处理，能够增加玄武岩纤维与聚丙烯树脂之间的粘合性。

根据本发明的又一个实施方式的制备方法，其中所述偶联剂选自有机硅烷或者有机钛化合物。其中，有机硅烷作为表面处理剂处理玄武岩纤维表面的方法包括：1.在玄武岩纤维的清洁表面涂覆硅烷偶联剂；2.在玄武岩纺丝过程中用硅烷偶联剂处理。应用有机硅烷的效果显著，不但能够显著增加玄武岩纤维与聚丙烯树脂之间的粘合性，而且可以改善聚丙烯树脂组合物的耐水性、电绝缘性及耐老化性等。

除了有机硅烷外，有机钛化合物也作为表面处理剂用于改善玄武岩纤维与聚丙烯树脂之间的粘合性，效果比较显著。

根据本发明的又一个实施方式的制备方法，其中所述温度为200到300℃。

本发明的又一个目的是提供一种风扇，所述风扇采用本发明的聚丙烯树脂组合物制成。应用于风扇，尤其是空调风扇的纤维增强复合材料，须经受热作用外，还要经受振动，需要有较高的弹性模量以及更好的冲击性能和化学稳定性，同时还需具有极高的隔热、隔音特性。本发明的玄武岩纤维增强的聚丙烯树脂组合物具有高制振性能，较高强度及稳定的特性，适用于做各种工业用部件，如汽车部件和电器部件，尤其适于做空调机器的风扇等。

在本发明中，所述风扇包括风扇的叶片、外壳等部件。利用本发明的玄武岩纤维增强的聚丙烯纤维组合物，通过注射模塑、挤出模塑、压塑等成型方式可以制成风扇的这些部件。

因此，通过本发明制备的聚丙烯树脂组合物克服了现有技术的缺陷，并且具有较高的弹性模量以及更好的冲击性能和化学稳定性，同时还具有极高的隔热、隔音特性。并且以聚丙烯树脂组合物为原料制成风扇具有高制振性、高强度及稳定的特性。

具体实施方式

在下文中，将结合实施例对本发明进行更详细地说明。在本发明的实施例中通过测定聚丙烯树脂的弯曲强度和弯曲弹性率来着重说明本发明的聚丙烯树脂具有更好的冲击性能。

(1)弯曲强度(Flexural strength)

指材料在受弯曲变形破坏时的强度，由3点弯曲和4点弯曲实施后的最大荷重计算得出。

3点弯曲计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{FS}}=\frac{3\·F_{\max }\·S}{2\·W\·B^2}\·(1+\frac{4\·d^2}{S^2})$

(2)弯曲弹性率(Flexural modulus)

利用3点弯曲与4点弯曲所求得的荷重-弯曲量曲线计算出来的弹性率。

3点弯曲计算公式如下：

$E_{\mathrm{FS}}=\frac{S^3}{4\·W\·B^3}\·\frac{\mathrm{\ΔF}}{\mathrm{\Δd}}$

上述计算公式(1)和(2)中，各个符号的含义如下：

B：试验片厚度

W：试验片宽度

S：支架宽度

d：弯曲量

ΔF：荷重-弯曲量曲线开始的直线部分的任意选的点的荷重

Δd：荷重F时的弯曲量

Fmax：最大荷重

实施例1：

取69重量份聚丙烯树脂，30重量份用0.05％的硅烷处理过的其中单纤维直径为9μm、长度为3毫米的玄武岩纤维，以及0.3重量份作为润滑剂的聚丙烯蜡、0.02重量份作为填充剂的硬脂酸钙、0.03重量份作为稳定剂的氢氧化钙、0.05重量份作为防老化剂的264(DTBP)和0.2重量份作为抗氧剂的叔丁基过氧乙烷、0.1重量份抗氧剂1010和0.3重量份抗氧剂DLTP，在混炼机中混合，并于250℃条件下用具有全程螺杆的螺杆挤出机造粒。从而得到聚丙烯树脂组合物。将得到的粒料用注射膜塑机模制成弯曲模量的实验条(符合ASTM D 790规格)并测定其弯曲强度和弯曲弹性率性能。实验结果见表2。

实施例2：

取69重量份聚丙烯树脂，20重量份用0.05％的硅烷处理过的其中单纤维直径为9μm、长度为3毫米的玄武岩纤维，10重量份E型玻璃纤维以及0.3重量份作为润滑剂的聚丙烯蜡、0.02重量份作为填充剂的硬脂酸钙、0.03重量份作为稳定剂的氢氧化钙、0.05重量份作为防老化剂的264(DTBP)和0.2重量份作为抗氧剂的叔丁基过氧乙烷、0.1重量份抗氧剂1010和0.3重量份抗氧剂DLTP，在混炼机中混合，并于250℃条件下用具有全程螺杆的螺杆挤出机造粒。从而得到聚丙烯树脂组合物。将得到的粒料用注射膜塑机模制成弯曲模量的实验条(符合ASTM D 790规格)并测定其弯曲强度和弯曲弹性率性能。实验结果见表2。

比较实施例1：

取69重量份聚丙烯树脂，30重量份E型玻璃纤维，以及0.3重量份作为润滑剂的聚丙烯蜡、0.02重量份作为填充剂的硬脂酸钙、0.03重量份作为稳定剂的氢氧化钙、0.05重量份作为防老化剂的264(DTBP)和0.2重量份作为抗氧剂的叔丁基过氧乙烷、0.1重量份抗氧剂1010和0.3重量份抗氧剂DLTP，在混炼机中混合，并于250℃条件下用具有全程螺杆的螺杆挤出机造粒。从而得到聚丙烯树脂组合物。将得到的粒料用注射膜塑机模制成弯曲模量的实验条(符合ASTM D790规格)并测定其弯曲强度和弯曲弹性率性能。实验结果见表2。

                        表2

如表2所示，聚丙烯树脂组合物的弯曲强度随着其中含有的玄武岩纤维的含量的下降而降低，而弯曲弹性率则随着其中含有的玄武岩纤维的含量的下降而升高。当聚丙烯树脂组合物用玄武岩纤维作为增强材料而不含有玻璃纤维时，聚丙烯树脂的弯曲强度最大，而弯曲弹性率最低。反之，当聚丙烯树脂组合物用玻璃纤维作为增强材料而不含有玄武岩纤维时，聚丙烯树脂的弯曲强度最低，而弯曲弹性率最高。因此，该组合物能够克服现有技术中使用玻璃纤维作为基本增强成分的聚丙烯树脂存在的缺陷，适用于做各种工业用部件，如汽车部件和电器部件，尤其适于做空调机器的风扇等。

实施例3

取69重量份聚丙烯树脂，30重量份用0.05％的硅烷处理过的其中单纤维直径为9μm、长度为3毫米的玄武岩纤维，以及0.3重量份作为润滑剂的聚丙烯蜡、0.02重量份作为填充剂的硬脂酸钙、0.03重量份作为稳定剂的氢氧化钙、0.05重量份作为防老化剂的264(DTBP)和0.2重量份作为抗氧剂的叔丁基过氧乙烷、0.1重量份抗氧剂1010和0.3重量份抗氧剂DLTP，在混炼机中混合，并于250℃条件下用具有全程螺杆的螺杆挤出机造粒。从而得到聚丙烯树脂组合物。将得到的粒料注塑成叶片扇，并将其组装在空调器的风扇马达上，构成空调器用的风扇。通过本发明的聚丙烯树脂组合物制造的空调器的叶片扇具有高制振性、高强度及稳定的特性，适用于空调器的风扇。

虽然以上结合附图和实施例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明，本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化。这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯树脂组合物，其特征在于所述聚丙烯树脂组合物含有聚丙烯树脂和玄武岩纤维，其中以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，所述聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的量为50到95重量份，相应玄武岩纤维的量为50到5重量份，

并且，所述聚丙烯树脂组合物还含有添加剂，所述添加剂选自填充剂、抗氧剂、防老化剂和稳定剂中的一种或更多种。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其特征在于所述玄武岩纤维的长度为3到10mm，直径为9到17μm。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其特征在于所述聚丙烯树脂组合物含有填充剂，以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，所述填充剂的量为0.005到0.05重量份。

4.根据权利要求3所述的聚丙烯树脂组合物，其特征在于所述填充剂选自硬脂酸钙、硬脂酸镁、碳酸钙、硅灰石或者高岭土。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其特征在于所述聚丙烯树脂组合物含有稳定剂，以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，所述稳定剂的量为0.01到0.07重量份。

6.根据权利要求5所述的聚丙烯树脂组合物，其特征在于所述稳定剂选自碱金属氧化物、氢氧化物、碱式盐和碱式配盐。

7.一种如权利要求1到6任意一项所述的聚丙烯树脂组合物的制备方法，其步骤包括：

(1)将聚丙烯树脂和玄武岩纤维以及添加剂混合，其中以聚丙烯树脂组合物的总量为100份计算，聚丙烯树脂的量为50到95重量份，相应玄武岩纤维的量为50到5重量份；

(2)将混合物在200到300℃的温度下熔融搅拌；

(3)挤出造粒。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述玄武岩纤维在混合之前用偶联剂处理，所述偶联剂的量为所述玄武岩纤维重量的0.05％。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述偶联剂选自有机硅烷或者有机钛化合物。

10.一种风扇，其使用如权利要求1到6的任意一项所述的聚丙烯树脂组合物为原料制成。