CN101781423A

CN101781423A - 玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方及制备方法

Info

Publication number: CN101781423A
Application number: CN 201010138614
Authority: CN
Inventors: 秦舒浩; 郭建兵; 张敏敏; 于杰; 罗恒; 罗筑
Original assignee: National Composite Modified Polymer Material Engineering Technology Research Cen
Current assignee: National Composite Modified Polymer Material Engineering Technology Research Cen
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2010-07-21

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方及制备方法，按重量份数计算，包括由聚丙烯与玻璃纤维的混合物95～100份，不饱和树脂1～10份，交联剂0.01～0.2份以及0.1～1份抗氧剂1010组成。本发明以不饱和聚酯作为界面相容剂来制造聚丙烯接枝物，它既具有交联作用又具有偶联作用，它在与聚丙烯熔融挤出时，可以形成一种接枝单体，提高了聚丙烯的表面活性，使聚丙烯的一端反应基团与玻璃纤维表面形成离子键，另一端的长链与聚丙烯发生强的缠结作用，显著提高其界面作用力，以得到强度高，稳定性好的聚丙烯接枝物。

Description

玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方及制备方法

技术领域

本发明涉及一种塑料材料的配方及制备方法，尤其是一种玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方及制备方法。

背景技术

由于聚丙烯树脂（PP）显示出优异的物理性能、耐化学品与可加工性能，在汽车零部件、家用电子电器和工业材料领域得到了广泛的应用。但在制作一些工程部件时，其性能不能达到要求。现有的技术一般通过添加玻璃纤维到聚丙烯树脂中来提高材料的强度、刚度。由于聚丙烯是非极性树脂，因此玻璃纤维表面和聚丙烯的界面结合力较弱,玻纤增强聚丙烯复合材料的性能，主要取决于聚丙烯和玻璃纤维的界面结合力。当玻璃纤维与聚丙烯界面作用较强时，外加载荷通过聚丙烯与增强纤维的界面的剪切作用而传递给纤维，纤维承担起主要的剪切作用，因此复合材料整体呈现出高强度、高模量的特性。玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的基本问题在于，即使用偶联剂对玻璃纤维进行表面处理，玻璃纤维与聚丙烯间界面强度仍较差，较小载荷作用下，聚丙烯与玻璃纤维的接触表面就会产生剥离，不能传导作用力，对基体没有增强作用，反而增加了复合材料的缺陷，削弱其强度。为此，在聚丙烯中加入含羧基等极性基官能团的聚丙烯接枝物以增加聚丙烯与玻璃纤维的界面强度。这种聚丙烯接枝物一般是在熔融状态下使聚丙烯与含碳碳双键及极性基团的小分子有机物（如马来酸酐等）进行接枝反应的方法制造的。聚丙烯接枝物的主链与基体相容，而接枝在主链上的极性官能团与玻璃纤维上的羟基产生化学结合，由此可得到聚丙烯与玻璃纤维良好的界面粘接。但是，在制备聚丙烯接枝物时使用的过氧化物等自由基引发剂容易使聚丙烯主链断裂，造成聚丙烯接枝物的分子量降低，导致玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的强度下降、颜色改变等缺陷。为了使羧酸等充分进行接枝反应，也要求延长必要的反应时间，为了制造这样的聚丙烯，必须采用溶液法进行反应，为了制造酸改性聚丙烯还必须特意使用专用的双螺杆挤出机。而使用由溶液法制备的接枝物，虽然接枝率高、分子量稳定，但成本较高而使用其应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是：提供一种玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方及制备方法，采用它制作得到的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物具有高强度、稳定性好的优点，并且制作成本低，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，按重量份数计算，包括由聚丙烯与玻璃纤维的混合物95～100份，不饱和树脂1～10份，交联剂0.01～0.2份以及0.1～1份抗氧剂1010组成。

在聚丙烯与玻璃纤维的混合物中，聚丙烯占重量百分比的50～90%。

聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的组合物；均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯在ASTMD1238、230℃下的熔融指数均为1～30g/min，其拉伸强度大于20MPa。

所述的玻璃纤维是直径为2～13μm的经偶联剂处理的连续无碱玻璃纤维。

所述的玻璃纤维直径为9～13μm。

不饱和聚酯为具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的苯乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。本发明采用的界面相容剂为不饱和树脂（苯乙烯含量不大于40%），它既具有交联作用又具有偶联作用，它在与聚丙烯熔融挤出时，可以形成一种接枝单体，提高了聚丙烯的表面活性，使聚丙烯的一端反应基团与玻璃纤维表面形成离子键，另一端的长链与聚丙烯发生强的缠结作用，显著提高其界面作用力。

交联剂为过氧化二酰类、过氧磺酰类、过二碳酸二烃类、过氧酯类、过碳酸酯类、过氧缩酮类、过氧化二烃类、烷基氢过氧化物类、过氧化酮类或过酸类中的一种或任意两种以上的混合物。

玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物的制备方法，将交联剂及抗氧剂1010分散于不饱和聚酯中，形成溶液A；将溶液A与聚丙烯颗粒置于高混机中混合2～3分钟，得到混合物料B；然后将混合物料B与玻璃纤维一起通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒料C；将粒料C加入到注塑机中注塑成型，即得到成品。

双螺杆挤出机的螺杆入口及出口段的温度均为210℃，中间段温度为230℃，螺杆转速为320rpm。

由于采用了上述技术方案，本发明以不饱和聚酯作为界面相容剂来制造聚丙烯接枝物，它既具有交联作用又具有偶联作用，它在与聚丙烯熔融挤出时，可以形成一种接枝单体，提高了聚丙烯的表面活性，使聚丙烯的一端反应基团与玻璃纤维表面形成离子键，另一端的长链与聚丙烯发生强的缠结作用，显著提高其界面作用力，以得到强度高，稳定性好的聚丙烯接枝物。采用本发明方法所制作得到的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物的拉伸、冲击强度和耐热性能比一般的玻璃纤维增强材料都有很大的提高，实现了玻璃纤维增强聚丙烯的高强、高剛和高冲击性能。而且本发明简单易行，生产成本低廉，使用效果理想。

根据改变配方的实验得到如下表所示的数据：

表一：玻纤增强聚丙烯组合物组分及含量

表二：玻纤增强聚丙烯组合物性能

根据表一及表二的数据，我们可以得知在界面粘接较好的情况下，随着玻璃纤维含量增加，复合材料的强度增加，冲击性能也较优。界面粘接不良时，即使玻璃纤维含量增加，复合材料的强度增加不大，冲击性能则大幅降低。交联剂的含量不足时，界面粘接强度也不足，交联剂过量时，导致聚丙烯基体分子量降低，进而导致复合材料强度及冲击性能降低。聚丙烯接枝马来酸酐作为界面相容剂的效果比不上不饱和树脂。

附图说明

附图1为以不饱和树脂为界面相容剂制作得到的玻璃纤维增强聚丙烯组合物的微观结构图；

附图2为以聚丙烯接枝马来酸酐为界面相容剂制作得到的玻璃纤维增强聚丙烯组合物的微观结构图；

附图3为无界面相容剂制作得到的玻璃纤维增强聚丙烯组合物的微观结构图。

具体实施方式

本发明的实施例1：按重量份数计算，将0.1份过氧化二异丙苯（交联剂为过氧化二酰类、过氧磺酰类、过二碳酸二烃类、过氧酯类、过碳酸酯类、过氧缩酮类、过氧化二烃类、烷基氢过氧化物类、过氧化酮类或过酸类中的一种或任意两种以上的混合物，本发明的实施例选用了过氧化二异丙苯做例子）及0.5份抗氧剂1010分散于5份邻苯二甲酸型不饱和聚酯中（所采用的不饱和树脂可以是邻苯二甲酸型不饱和聚酯、间苯二甲酸型不饱和聚酯、双酚A型不饱和聚酯和乙烯基酯型不饱和聚酯中的一种），形成溶液A；将溶液A与60份均聚聚丙烯颗粒（均聚聚丙烯在ASTMD1238、230℃下的熔融指数为15g/min，其拉伸强度大于20MPa）置于高混机中混合3分钟，得到混合物料B；然后将混合物料B加入到螺杆直径为40mm双螺杆挤出机的料斗中，在挤出过程加入40份直径为10μm的无碱玻璃纤维（玻璃纤维经过偶联剂处理得到连续无碱玻璃纤维），双螺杆挤出机的螺杆入口及出口段的温度均为210℃，中间段温度为230℃，螺杆转速为320rpm，挤出的物料经水冷、切粒后，得到粒料C；将粒料C加入到注塑机中注塑成型，即得到成品。

本发明的实施例2：按重量份数计算，将0.01份过氧化二叔丁基及0.1份抗氧剂1010分散于1份间苯二甲酸型不饱和聚酯中，形成溶液A；将溶液A与50份嵌段共聚聚丙烯颗粒（嵌段共聚聚丙烯在ASTMD1238、230℃下的熔融指数为1g/min，其拉伸强度大于20MPa）置于高混机中混合2分钟，得到混合物料B；然后将混合物料B加入到螺杆直径为40mm双螺杆挤出机的料斗中，在挤出过程加入50份直径为2μm的无碱玻璃纤维（玻璃纤维经过偶联剂处理得到连续无碱玻璃纤维），双螺杆挤出机的螺杆入口及出口段的温度均为210℃，中间段温度为230℃，螺杆转速为320rpm，挤出的物料经水冷、切粒后，得到粒料C；将粒料C加入到注塑机中注塑成型，即得到成品。

本发明的实施例3：按重量份数计算，将0.2份过氧异丙基碳酸叔丁酯和过氧化环己酮的混合物及1份抗氧剂1010分散于10份双酚A型不饱和聚酯中，形成溶液A；将溶液A与45份均聚聚丙烯颗粒与45份嵌段共聚聚丙烯颗粒（均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯颗粒在ASTMD1238、230℃下的熔融指数均为30g/min，其拉伸强度大于20MPa）置于高混机中混合3分钟，得到混合物料B；然后将混合物料B加入到螺杆直径为40mm双螺杆挤出机的料斗中，在挤出过程加入5份直径为13μm的无碱玻璃纤维（玻璃纤维经过偶联剂处理得到连续无碱玻璃纤维），双螺杆挤出机的螺杆入口及出口段的温度均为210℃，中间段温度为230℃，螺杆转速为320rpm，挤出的物料经水冷、切粒后，得到粒料C；将粒料C加入到注塑机中注塑成型，即得到成品。

从图1、图2及图3的比较中我们可以得知，无界面相容剂所制得的材料界面粘接强度最差；以聚丙烯接枝马来酸酐为界面相容剂所制得的材料强度较好；而以不饱和树脂为界面相容剂所制得的材料的界面粘接强度十分理想。

Claims

1.一种玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，其特征在于：按重量份数计算，包括由聚丙烯与玻璃纤维的混合物95～100份，不饱和树脂1～10份，交联剂0.01～0.2份以及0.1～1份抗氧剂1010组成。

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，其特征在于：在聚丙烯与玻璃纤维的混合物中，聚丙烯占重量百分比的50～90%。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，其特征在于：聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的组合物；均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯在ASTMD1238、230℃下的熔融指数均为1～30g/min，其拉伸强度大于20MPa。

4.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，其特征在于：所述的玻璃纤维是直径为2～13μm的经偶联剂处理的连续无碱玻璃纤维。

5.根据权利要求4所述的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，其特征在于：所述的玻璃纤维直径为9～13μm。

6.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，其特征在于：不饱和聚酯为具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。

7.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物配方，其特征在于：交联剂为过氧化二酰类、过氧磺酰类、过二碳酸二烃类、过氧酯类、过碳酸酯类、过氧缩酮类、过氧化二烃类、烷基氢过氧化物类、过氧化酮类或过酸类中的一种或任意两种以上的混合物。

8.一种玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物的制备方法，其特征在于：将交联剂及抗氧剂1010分散于不饱和聚酯中，形成溶液A；将溶液A与聚丙烯颗粒置于高混机中混合2～3分钟，得到混合物料B；然后将混合物料B与玻璃纤维一起通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒料C；将粒料C加入到注塑机中注塑成型，即得到成品。

9.根据权利要求8所述的玻璃纤维增强的聚丙烯树脂组合物的制备方法，其特征在于：双螺杆挤出机的螺杆入口及出口段的温度均为210℃，中间段温度为230℃，螺杆转速为320rpm。