CN101671456A - 一种玻璃纤维增强聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种玻璃纤维增强聚乙烯材料及其制备方法，该材料是按重量份数，将100份的聚乙烯、1～40份的聚丙烯、1～40份的玻璃纤维、0.5～5份的玻璃微珠、0.5～4份的偶联剂、1～10份的增溶剂、0.5～4份的润滑剂和0.5～3份的抗氧剂混合后挤出造粒而得。本发明选择具有较高尺寸稳定性、耐腐蚀性的玻璃纤维，通过将玻璃纤维引入聚乙烯产品，从而使聚乙烯产品具有更好的尺寸稳定性、耐热性和强度，而且大幅度降低了产品成本。本发明通过偶联、相容和造粒技术，使玻璃纤维与聚乙烯直接混合并造粒注塑，加工成具有高模量、更高耐热性等优点的玻璃纤维增强聚乙烯材料。

Description

一种玻璃纤维增强聚乙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃纤维增强复合材料技术领域，具体涉及一种玻璃纤维增强聚乙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯(PE)具有耐水性好、柔软、低温冲击性好、耐化学腐蚀、价格低廉、易于成型加工等优异的性能，因此被广泛应用于多种领域。

然而由于近年来，随着国际形势国内大部分能源如石油、铁矿石等大幅涨价和劳动力成本的逐年升高，中下游工业企业的成本压力非常大，对PE产品的生产企业压力尤重。然而生产产品的市场价格因为市场因素又不能提的过高过快，这使得很多生产PE产品小型企业纷纷倒闭，而中大型企业的也举步维艰，在这样的情况下，充分挖掘产品内在的剩余价值，有效的降低产品成本，已经成为大多企业的必行之路。

塑料添加改性是在聚合物(树脂)中加入无机物或有机物，通过物理或者化学反应，以取得某种预期性能的一种改性方法。无机物由于本身成本低廉，在一些物理、力学性能方面性能良好而在改性塑料中占有极其重要的地位，其中增强纤维(玻璃纤维、木纤维、碳纤维等)是一种具有较高尺寸稳定性、耐腐蚀性的填充无机填料。

通过开发玻璃纤维增强聚乙烯产品的研究，使聚乙烯产品具有更好的尺寸稳定性、耐热性和强度等，从而使产品在满足标准要求性能的基础的前提下，大幅度降低产品成本，使企业在高成本、低产品价格的竞争中立于不败之地。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种通过将玻璃纤维和聚乙烯直接混合加工制备而得的，具有显著提升物理和力学性能的玻璃纤维增强聚乙烯材料。

本发明的另一个目的在于提供上述玻璃纤维增强聚乙烯材料的制备方法。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

一种玻璃纤维增强聚乙烯材料，该材料是将如下重量份数的原料混合后挤出造粒而得：

聚乙烯            100；

聚丙烯            1～40；

玻璃纤维          1～40；

玻璃微珠          0.5～5；

偶联剂            0.5～4；

增溶剂            1～10；

润滑剂            0.5～4；

抗氧剂            0.5～3。

上述聚乙烯为注塑级或挤出级。

上述聚丙烯为注塑级或挤出级。

上述玻璃纤维采用长度为0.1～6mm的中短纤维，如E-玻璃纤维。

上述玻璃微珠采用粒径800～2500目的中空玻璃微珠。

上述偶联剂采用硅烷偶联剂，如γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷。

上述增容剂选择马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。

上述润滑剂为改性乙撑双硬脂酰胺(改性EBS)。

上述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP、抗氧剂ODP或双酚A。

上述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其制备方法具体包括如下步骤：

(1)将聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维、玻璃微珠、偶联剂、增溶剂、润滑剂和抗氧剂这些原料按照如下重量份数搅拌混合均匀；

聚乙烯            100；

聚丙烯            1～40；

玻璃纤维          1～40；

玻璃微珠          0.5～5；

偶联剂            0.5～4；

增溶剂            1～10；

润滑剂            0.5～4；

抗氧剂            0.5～3；

(2)将上述混合好的原料投入到造粒挤出机中，挤出制成粒料，得到玻璃纤维增强聚乙烯材料。

因为聚乙烯是非极性聚合物，与玻璃纤维的界面相容性较差，单纯地将玻璃纤维加入材料中，对材料性能的提高作用不大，因此本发明在将各种原料进行混合前，先采用偶联剂对玻璃纤维进行预处理，从而可改善玻璃纤维与聚合物的粘结，能够显著提高材料的力学性能；所述玻璃纤维预处理，其过程为：采用常规的喷洒法将偶联剂喷洒于玻璃纤维上，低速搅拌对玻璃纤维进行预处理。

上述制备方法中，偶联剂的总用量为配方中的0.5～4的重量份数，在进行预处理时先用部分偶联剂，其余的偶联剂在后面和别的原料一起混合后投入造粒挤出机中。

上述制备方法的步骤(1)中，搅拌混合可以为人工搅拌混合，也可以采用混料机低速搅拌混合。

上述制备方法中，造粒挤出机可选择任何一种本领域技术人员常用的机器，如组合式平行双螺杆挤出机。

将上述制备好的玻璃纤维增强聚乙烯材料经干燥后投入注塑机中，直接注塑成型，得到玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品。

上述玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品制备过程中，注塑机中的参数设定可优选如下方案：机筒温度为200～230℃，射胶时间为9秒，冷却时间为18秒，射胶速度为45MM/S，射胶压力为65Mpa，保压一段速度为10MM/S，时间为1秒，压力为20MPa，保压二段速度为15MM/S，时间为3秒，压力为68MPa，背压2MPa。

上述玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品制备过程中，注塑机可选择螺杆式注塑机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的玻璃纤维增强聚乙烯材料，选择具有较高尺寸稳定性、耐腐蚀性的玻璃纤维，通过将玻璃纤维引入聚乙烯产品，从而使聚乙烯产品具有更好的尺寸稳定性、耐热性和强度，而且大幅度降低了产品成本；

2.本发明采用偶联剂对玻璃纤维进行预处理后，才和聚乙烯进行混合，可改善玻璃纤维与聚合物的粘结，显著提高产品的力学性能；

3.本发明通过偶联、相容和造粒技术，使玻璃纤维与聚乙烯直接混合并造粒注塑，加工成具有高模量、更高耐热性等优点的玻璃纤维增强聚乙烯材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。

实施例1

本实施例的玻璃纤维增强聚乙烯材料，其原料中所包含的各组分及其重量分数如表1所示。

本实施例的玻璃纤维增强聚乙烯材料，其制备过程如下所示：

(1)玻璃纤维预处理

将偶联剂倒入装有玻璃纤维的袋中，人工搅拌对玻璃纤维进行预处理；所述偶联剂为KH-560，所述玻璃纤维为6mm以下的玻璃纤维；

(2)按照表1所示，将已经经过预处理的玻璃纤维以及其他组分，按照重量份数称量好，进行人工搅拌，混合均匀；

(3)将步骤(2)中混合均匀的原料投入组合式平行双螺杆机中进行拉条，然后切粒，得到玻璃纤维增强聚乙烯材料。

将上述造好粒的玻璃纤维增强聚乙烯材料投入到聚乙烯注塑机中，注塑过程中的各参数设定如表2所示，开启冷却水，直接注塑成型，得到玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品。

表1  玻璃纤维增强聚乙烯材料的各组分及其重量份数

表2  实施例1的的注塑参数

实施例2

本实施例的玻璃纤维增强聚乙烯材料，其原料中所包含的各组分及其重量分数如表1所示。

本实施例的玻璃纤维增强聚乙烯材料，其制备过程如下所示：

(1)玻璃纤维预处理

将偶联剂倒入装有玻璃纤维的混料机中，低速搅拌对玻璃纤维进行预处理；所述偶联剂为KH-550，所述玻璃纤维为6mm以下的玻璃纤维；

(2)按照表1所示，将已经经过预处理的玻璃纤维以及其他组分，按照重量份数称量好，进行低速搅拌，混合均匀；

(3)将步骤(2)中混合均匀的原料投入组合式平行双螺杆机中进行拉条，然后切粒，得到玻璃纤维增强聚乙烯材料。

将上述造好粒的玻璃纤维增强聚乙烯材料投入到聚乙烯注塑机中，注塑过程中的各参数设定如表3所示，开启冷却水，直接注塑成型，得到玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品。

表3  实施例2的的注塑参数

实施例3

本实施例选择现有的未用玻璃纤维增强的聚乙烯产品HHM3802/ME3440作为对照，和实施例1、实施例2制备所得玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品进行各项性能比较，结果如表4所示。

表4  实施例产品与未增强聚乙烯产品性能对比

	实施例1	实施例2	HHM3802/ME3440
				维卡℃	124.6	129.2	118.7/120.8
拉伸强度MPa	36.22	40.84	17.77/19.38
				伸长率％	15.2	9.23	802/764
弯曲强度MPa	21.55	25.68	17.15/19.66

由表4可以看出，本发明的玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品比未增强的聚乙烯注塑制品具有更高的耐热性和力学性能，而且相对于未增强的聚乙烯注塑制品来说，本发明的玻璃纤维增强聚乙烯材料其原料价格更加低廉，可降低工业化生产的成本。

Claims (10)

1、一种玻璃纤维增强聚乙烯材料，该材料是将如下重量份数的原料混合后挤出造粒而得：

聚乙烯        100；

聚丙烯        1～40；

玻璃纤维      1～40；

玻璃微珠      0.5～5；

偶联剂        0.5～4；

增容剂        1～10；

润滑剂        0.5～4；

抗氧剂        0.5～3；

上述偶联剂采用硅烷偶联剂。

2、根据权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其特征在于所述聚乙烯为注塑级或挤出级，所述聚丙烯为注塑级或挤出级。

3、根据权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其特征在于所述玻璃纤维为长度0.1～6mm的中短纤维。

4、根据权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其特征在于所述玻璃微珠为粒径800～2500目的中空玻璃微珠。

5、根据权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其特征在于所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷。

6、根据权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其特征在于所述增溶剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。

7、根据权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其特征在于所述润滑剂为改性乙撑双硬脂酰胺。

8、根据权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料，其特征在于所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP、抗氧剂ODP或双酚A。

9、一种权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料的制备方法，其具体包括如下步骤：

(1)将偶联剂喷洒于玻璃纤维上，低速搅拌对玻璃纤维进行预处理；

(2)将聚乙烯、聚丙烯、步骤(1)预处理的玻璃纤维、玻璃微珠、偶联剂、增溶剂、润滑剂和抗氧剂按照如下重量份数搅拌混合均匀；

聚乙烯        100；

聚丙烯        1～40；

玻璃纤维      1～40；

玻璃微珠      0.5～5；

偶联剂        0.5～4；

增溶剂        1～10；

润滑剂        0.5～4；

抗氧剂        0.5～3；

(3)将上述混合好的原料投入到造粒挤出机中，挤出制成粒料，得到玻璃纤维增强聚乙烯材料。

10、一种玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品，其特征在于该注塑制品是将权利要求1所述玻璃纤维增强聚乙烯材料经干燥后投入注塑机中，注塑参数为：机筒温度200～230℃，射胶时间9秒，冷却时间18秒，射胶速度45MM/S，射胶压力65Mpa，保压一段速度10MM/S，时间为1秒，压力20MPa，保压二段速度15MM/S，时间3秒，压力为68MPa，背压2Mpa，直接注塑成型，得到玻璃纤维增强聚乙烯注塑制品。