CN101693776B

CN101693776B - 一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料及其制备方法

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Publication number: CN101693776B
Application number: CN2009101826817A
Authority: CN
Inventors: 汪倩文; 武俊
Original assignee: SUZHOU HESHENG SPECIAL MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SUZHOU HESHENG SPECIAL MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: CN101693776A

Abstract

本发明涉及一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料及制备方法，配方是：聚丙烯：49～69.4％，硫酸钙晶须：10～30％，玻璃纤维：5～25％，聚丙烯接枝马来酸酐：5～15％，成核剂：0.1～0.2％，抗氧剂：0.3～0.6％，润滑剂：0.2～0.5％。其制备工艺：先按照配比将除玻璃纤维以外的组分在混合机中混合均匀，将混合物在双螺杆挤出机中混炼，玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加，混合物在双螺杆挤出机中混炼、挤出、冷却、切粒。本发明采用硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯，利用硫酸钙晶须的特殊结构，不仅能提高聚丙烯改性材料的强度和耐热性，而且能改善制品的尺寸稳定性和表面光洁度，扩大聚丙烯改性材料的应用领域。

Description

一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚丙烯材料，尤其涉及一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料及其制备方法。

背景技术

玻璃纤维增强聚丙烯(GF/PP)复合材料已经代替部分工程塑料，在工业上获得广泛应用，但玻纤增强聚丙烯复合材料制品的表面相对粗糙，制品易翘曲变形，不适合于注塑成型外观要求高、结构精密的部件。采用硫酸钙(CaSO₄)晶须增强聚丙烯则不存在这种问题。

CaSO₄晶须具有较好的分散性，是一种长径比大于30的纤维状单晶体，具有极高的强度和刚度，并且温度升高时强度损失极小，可用于塑料改性，以增强塑料粒子的强度、耐高温性能，并降低成本。在塑料生产中可以提高制件的精细度、尺寸稳定性，提高制品的表面光洁度、和耐热温度。因此可用于制作形状复杂、尺寸稳定性好、薄壁、表面光洁的精密部件。

发明内容

本发明的目的是克服现有聚丙烯改性材料拉伸强度和刚性提升不理想的缺陷，提供一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其组分及重量百分比为：聚丙烯：49～69.4％，硫酸钙晶须：10～30％，玻璃纤维：5～25％，聚丙烯接枝马来酸酐：5～15％，成核剂：0.1～0.2％，抗氧剂：0.3～0.6％，润滑剂：0.2～0.5％。

上述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其组分为：聚丙烯：59.2％，硫酸钙晶须：10％，玻璃纤维：25％，聚丙烯接枝马来酸酐：5％，成核剂：0.1％，抗氧剂：0.4％，润滑剂：0.3％。

上述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，硫酸钙晶须的长径比大于30，密度为2.69g/cm³，松散密度为0.1～0.4g/cm³，直径为2～5μm。

上述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，聚丙烯熔体流动速率3.5～6.5g/10min，拉伸强度≥25MPa。

上述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，玻璃纤维是无碱玻璃纤维纱，直径为10～13μm。

上述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，成核剂为超级成核剂HPN-68L；抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物；润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。

本发明一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料的制备方法，包括以下步骤：

①原料混合均匀：按照配比将聚丙烯、硫酸钙晶须、聚丙烯接枝马来酸酐、成核剂、抗氧剂和润滑剂在高速混合机中混合均匀；

②玻璃纤维加料：玻璃纤维纱从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加；

③在双螺杆挤出机内混炼：将步骤①得到的混合物加入双螺杆挤出机内与玻璃纤维一起混炼；双螺杆挤出机温度在170～220℃之间；双螺杆挤出机螺杆转速为300～350r.min^-1；

④将得到的物料挤出后冷却、切粒，即得到硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯复合材料。

再进一步地，上述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料的制备方法，首先，将59.2％份聚丙烯、10份硫酸钙晶须、5份聚丙烯接枝马来酸酐、0.1份超级成核剂HPN-68L、0.4份抗氧剂、0.3份乙撑双硬脂酰胺在混合机中混合均匀，25份无碱玻璃纤维纱从双螺杆挤出机的玻纤引入口加入；混合物在双螺杆挤出机混炼，双螺杆挤出机每段的温度分别为：T₁＝170℃，T₂＝180℃，T₃＝190℃，T₄＝200℃，T₅＝205℃，T₆＝220℃，双螺杆挤出机转速为r＝300r.min^-1，最后，挤出、冷却、切粒即得到增强聚丙烯复合材料。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

以聚丙烯为基体树脂，加入合理含量的助剂如相容剂、抗氧剂、润滑剂等，不仅使硫酸钙晶须和玻璃纤维有效分散在基体树脂中，而且提高了硫酸钙晶须、玻璃纤维和聚丙烯之间的界面强度；特别是硫酸钙晶须和玻璃纤维混合做为增强材料，小尺寸的硫酸钙晶须可以填充由于玻璃纤维填充不紧密而产生的空洞，进一步提高复合材料的强度和耐热性；而且在体系中添加硫酸钙晶须能够显著改善制品的表面光洁度、尺寸稳定性，使聚丙烯改性材料的应用范围更加广阔。

具体实施方式

一种使用硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强的聚丙烯改性材料，其配方为：聚丙烯：49～69.4％，硫酸钙晶须：10～30％，玻璃纤维：5～25％，聚丙烯接枝马来酸酐：5～15％，成核剂：0.1～0.2％，抗氧剂：0.3～0.6％，润滑剂：0.2～0.5％。理想配比是：聚丙烯：59.2％，硫酸钙晶须：10％，玻璃纤维：25％，聚丙烯接枝马来酸酐：5％，成核剂：0.1％，抗氧剂：0.4％，润滑剂：0.3％。

其中，硫酸钙晶须的长径比大于30，密度为2.69g/cm³，松散密度为0.1～0.4g/cm³，直径为2～5μm；聚丙烯熔体流动速率3.5～6.5g/10min，拉伸强度≥25MPa；玻璃纤维是无碱玻璃纤维纱，直径为10～13μm；成核剂为超级成核剂HPN-68L；抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物，抗氧剂1010与抗氧剂168的通常比例为1∶2；润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。

上述聚丙烯改性复合材料的制备过程：1)原料混合均匀：按照配比将聚丙烯、硫酸钙晶须、聚丙烯接枝马来酸酐、成核剂、抗氧剂和润滑剂在混合机中混合均匀；2)玻璃纤维加料：玻璃纤维纱从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加；3)在双螺杆挤出机内混炼：将步骤1)得到的混合物加入双螺杆挤出机内与玻璃纤维一起混炼，双螺杆挤出机温度在170～220℃之间，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机螺杆转速为300～350r.min^-1；4)将得到的物料挤出后冷却、切粒，即得到硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯复合材料。

下面以具体实施例，对本发明做进一步说明。

实施例1：

将53.7份聚丙烯、30份硫酸钙晶须、10份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.2份超级成核剂HPN-68L、0.6份抗氧剂和0.5份乙撑双硬脂酰胺在混合机中混合均匀，混合物在双螺杆挤出机中混炼、挤出，5份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，挤出机每段温度设定为T₁＝170℃，T₂＝180℃，T₃＝190℃，T₄＝205℃，T₅＝210℃，T₆＝220℃，转速350r/min，冷却切粒后即得到硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯粒料。

实施例2：

将69.4份聚丙烯、10份硫酸钙晶须、15份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.1份成核剂、0.3份抗氧剂和0.2份润滑剂在混合机中混合均匀，混合物在双螺杆挤出机中混炼、挤出，5份玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，挤出机每段温度设定为T₁＝170℃，T₂＝190℃，T₃＝195℃，T₄＝200℃，T₅＝205℃，T₆＝210℃，转速300r/min，冷却切粒后即得到硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯粒料。

实施例3：

将59.2份聚丙烯、10份硫酸钙晶须、5份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.1份超级成核剂HPN-68L、0.4份抗氧剂和0.3份乙撑双硬脂酰胺在混合机中混合均匀，混合物在双螺杆挤出机中混炼、挤出，25份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，挤出机每段温度设定为T₁＝170℃，T₂＝180℃，T₃＝190℃，T₄＝200℃，T₅＝205℃，T₆＝220℃，转速为300r/min，冷却切粒后即得到硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯粒料。

实施例4：

将49份聚丙烯、20份硫酸钙晶须、10份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.2份超级成核剂HPN-68L、0.5份抗氧剂和0.3份润滑剂在混合机中混合均匀，混合物在双螺杆挤出机中混炼、挤出，20份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，挤出机每段温度设定为：T₁＝170℃，T₂＝180℃，T₃＝190℃，T₄＝205℃，T₅＝210℃，T₆＝220℃，转速350r/min，冷却切粒后即得到硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯粒料。

实施例5：

将66.2份聚丙烯、15份硫酸钙晶须、8份聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、0.1份成核剂、0.3份抗氧剂和0.4份润滑剂在混合机中混合均匀，混合物在双螺杆挤出机中混炼、挤出，10份玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，挤出机每段温度设定为：T₁＝170℃，T₂＝180℃，T₃＝190℃，T₄＝195℃，T₅＝200℃，T₆＝210℃，转速320r/min，冷却切粒后即得到硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯粒料。

以上实施例所得粒料干燥后注塑成标准样条，按国家标准测试其性能，所得结果如表1所示。

表1实施例测试结果

可见，其产品性能优异。

综上所述，本发明采用硫酸钙晶须和玻璃纤维混杂增强聚丙烯，利用硫酸钙晶须的特殊结构，不仅能提高聚丙烯改性材料的强度和耐热性，而且能改善制品的尺寸稳定性和表面光洁度，扩大聚丙烯改性材料的应用领域。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于包含以下重量百分比的成分：聚丙烯：49～69.4％，硫酸钙晶须：10～30％，玻璃纤维：5～25％，聚丙烯接枝马来酸酐：5～15％，成核剂：0.1～0.2％，抗氧剂：0.3～0.6％，润滑剂：0.2～0.5％。

2.根据权利要求1所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于其组分具有如下的重量百分比：聚丙烯：59.2％，硫酸钙晶须：10％，玻璃纤维：25％，聚丙烯接枝马来酸酐：5％，成核剂：0.1％，抗氧剂：0.4％，润滑剂：0.3％。

3.根据权利要求1或2所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于：所述硫酸钙晶须的长径比大于30，密度为2.69g/cm³，松散密度为0.1～0.4g/cm³，直径为2～5μm。

4.根据权利要求1或2所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于：所述聚丙烯熔体流动速率为3.5～6.5g/10min，拉伸强度≥25MPa。

5.根据权利要求1或2所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维是无碱玻璃纤维纱，直径为10～13μm。

6.根据权利要求1或2所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于：所述的成核剂为超级成核剂HPN-68L。

7.根据权利要求1或2所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物。

8.根据权利要求1或2所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。

9.权利要求1所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤——

①原料混合均匀：按照配比将聚丙烯、硫酸钙晶须、聚丙烯接枝马来酸酐、成核剂、抗氧剂和润滑剂在混合机中混合均匀；

②玻璃纤维加料：玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加；

③在双螺杆挤出机内混炼：将步骤①得到的混合物加入双螺杆挤出机与玻璃纤维一起混炼，双螺杆挤出机温度设定在170～220℃之间，双螺杆挤出机螺杆转速为300～350r.min^-1；

10.根据权利要求9所述的一种高强度高耐热聚丙烯改性复合材料的制备方法，其特征在于：首先，将59.2份聚丙烯、10份硫酸钙晶须、5份聚丙烯接枝马来酸酐、0.1份超级成核剂HPN-68L、0.4份抗氧剂、0.3份乙撑双硬脂酰胺在混合机中混合均匀，25份无碱玻璃纤维纱从双螺杆挤出机的玻纤引入口加入；混合物在双螺杆挤出机混炼，双螺杆挤出机每段的温度分别为：T₁＝170℃，T₂＝180℃，T₃＝190℃，T₄＝200℃，T₅＝205℃，T₆＝220℃，双螺杆挤出机转速为r＝300r.min^-1，最后，挤出、冷却、切粒即得到增强聚丙烯复合材料。