CN102477185A - 一种连续纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种连续纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域,公开了一种连续纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。本发明的聚丙烯材料包括以下组分和重量份:10~50份的连续纤维增强聚丙烯母粒,50~90份的定长聚丙烯料粒。其中,连续纤维增强聚丙烯母粒,包括以下组分和重量份,40~60份的聚丙烯,40~60份的连续纤维,0.5~5份的偶联剂0.1~1份的抗氧剂,0.1~1份的润滑剂,1~10份的相容剂;定长聚丙烯粒料,包括以下组分和重量份:100份的聚丙烯,0.1~1份的抗氧剂,0.1~1份的润滑剂。本发明还公开了该聚丙烯材料的制备方法。本发明设计合理、操作简单、成本更低、产品中玻纤含量更容易控制,还保留了连续纤维增强聚丙烯优异的力学性能和良好的耐热性能。

Description

一种连续纤维增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种连续纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
连续纤维增强的聚丙烯材料作为一种通用工程塑料,特别是低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,它具有高强度、高刚度、刚冲击强度、低密度、低翘曲蠕变性、抗动态疲劳性能优异的性能,因其性价比高,广泛应用于汽车、家电等结构零部件,取代金属、短玻纤增强尼龙等材料。
已经有公开的制备连续长纤维增强聚丙烯复合材料。中国专利CN1810870(公开日期:2009.2.25)采用中熔指聚丙烯树脂在挤出机中制备超高熔指不饱和羧酸或其酸酐改性聚丙烯复合物,直接给浸渍机头供应熔融改性聚丙烯熔体来浸渍连续玻璃纤维,一步法生产长玻璃纤维增强聚丙烯(PP)材料。这种方法的缺陷是只能制备玻纤含量在30~50%的连续纤维增强聚丙烯材料,不能生产低玻纤含量(5~25%)的连续纤维增强聚丙烯材料,无法满足汽车、家电企业对低玻纤连续增强聚丙烯材料的需求。
中国专利CN1810872(公开日期:2006.08.02)将高纤维含量的连续长纤维增强聚烯烃复合树脂母粒与尼龙树脂掺混而成,将30~80重量%的连续长纤维和20~70重量%的聚烯烃复合树脂采用拉挤方法制成连续长纤维增强聚烯烃复合树脂母粒;再与尼龙树脂掺混成连续长纤维增强尼龙/聚烯烃复合材料。这种方法的缺陷是制备的材料在注塑使用时由于两种批混材料的密度、粒形上的较大的差别而导致下料不均匀,从而使注塑出来的制件重量不稳定,同时影响了制件的性能,客户很难接受。
发明内容
为了克服上述现有低玻纤含量连续纤维增强聚丙烯复合材料存在的问题,本发明的目的是提供一种成本低、性能稳定优异的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
本发明的另一个目的是提供一种上述连续纤维增强聚丙烯材料的制备方法。
本发明的技术方案如下:
本发明提供了一种连续纤维增强聚丙烯材料,该聚丙烯材料包括以下组分和重量份:
连续纤维增强聚丙烯母粒    10~50份
定长聚丙烯料粒                50~90份
所述的连续纤维增强聚丙烯母粒,切粒长度11-13mm,粒径2.5~3.5mm,包括以下组分和重量份:
聚丙烯    40~60份
连续纤维  40~60份
偶联剂    0.5~5份
抗氧剂    0.1~1份
润滑剂    0.1~1份
相容剂    1~10份
所述的定长聚丙烯粒料,切粒长度7-10mm,粒径2.5-3.5mm,包括以下组分和重量份:
聚丙烯    100份
抗氧剂    0.1~1份
润滑剂    0.1~1份
所述聚丙烯的熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)。
所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯的一种或者两种的混合物。
所述的连续纤维选自连续无碱玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、合成树脂纤维、矿物纤维等中的一种。
所述的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、璜酰叠氮偶联剂中的一种或者几种的混合物。
所述的抗氧剂选自四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、1,3,5-三(二叔丁基-4-羟基苄基)-2,4,6-三甲苯酯、β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、N、N’-双[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]-1,6-己二胺、亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯、双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯、3,3’-硫代丙酸硬脂醇酯中的一种或者几种的混合物。
所述的润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸脂(PETS)中的一种或者几种的混合物。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯,接枝率为0.1~10%。
本发明还提供了一种上述连续纤维增强聚丙烯材料的制备方法,该方法包括以下步骤:
将10~50份的连续纤维增强聚丙烯母粒和50~90份的定长聚丙烯料粒,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
所述的连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)混料准备;将40~60份聚丙烯、0.5~5份偶联剂、0.1~1份抗氧剂、0.1~1份润滑剂、1~10份相容剂,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备(中国专利CN1488674,公开日期:2004.04.14),通过选择定型口模的尺寸(2.0mm~3.5mm)来调整母粒中连续纤维在复合材料中的含量,同时调整挤出机的主机转速和喂料速度,使聚丙烯母粒中连续纤维含量控制在40~60%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm。
所述的定长聚丙烯粒料的长度在7~10mm,是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)将100份聚丙烯、0.1~1份抗氧剂、0.1-1份润滑剂依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到双螺杆挤出机的料斗中备用;
(2)从双螺杆挤出机中拉出料条,料条过水冷却,风机吹干料条表面的水,然后进行切粒,通过调整切粒机的参数,切粒长度7~10mm。
所述的双螺杆挤出机,螺杆直径20~65mm,螺杆的长径比为40∶1,混合熔融温度设定为:第一段160~180℃,第二段180~190℃,第三段190~200℃,第四段200~210℃,第五段210~220℃,熔体温度205~215℃,机头温度195~205℃。
本发明同现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明提供的低玻纤含量连续纤维增强聚丙烯复合材料,玻纤含量可以从5%~30%之间自由调整,满足市场对低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的需求,同时产品的玻纤含量容易控制,而且通过批混大大提高了连续纤维增强聚丙烯材料的在线产能,最重要的一点就是使用本发明制备的低玻纤含量连续聚丙烯纤维增强聚丙烯材料具有高度的均匀稳定性,这是目前采用普通批混是远远达不到的。
2、本发明设计合理、操作简单、产能更高、产品中玻纤含量更容易控制,同时还保留了连续纤维增强聚丙烯优异的力学性能和良好的耐热性能。
具体实施方式
以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
连续纤维增强聚丙烯母粒(玻纤含量40%)50份
定长聚丙烯粒料(7mm)                 50份
连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)混料准备;将60份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.5份硅烷偶联剂、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS)、2份接枝率为1.0%的马来酸酐接枝聚丙烯,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备(中国专利CN1488674,公开日期:2004.04.14),生产连续纤维增强聚丙烯母粒,通过选择定型口模的尺寸(3.0mm),同时挤出机转速设定12.0Hz,主机喂料7.8Hz,使母粒中连续无碱玻璃纤维含量控制在40%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm;
定长聚丙烯粒料的长度在7~10mm,是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)将100份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS),依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到双螺杆挤出机的料斗中备用;
(2)从双螺杆挤出机中拉出料条,料条过水冷却,风机吹干料条表面的水,然后进行切粒,通过调整切粒机的参数,切粒长度7~10mm。
螺杆直径20~65mm,螺杆的长径比为40∶1,混合熔融温度设定为:第一段160~180℃,第二段180~190℃,第三段190~200℃,第四段200~210℃,第五段210~220℃,熔体温度205~215℃,机头温度195~205℃。
低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的制备:将50份的连续纤维增强聚丙烯母粒和50份的定长聚丙烯料粒,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
将上述制备得到的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,分三次加到注塑机的料斗中,注塑ASTM样条进行性能测试,结果见表1,测试项目包括:拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、Izod缺口冲击、Izod无缺口冲击、灰分、密度、HDT(1.82MPa)。
注塑温度设定如下:下料口温度205~210℃,第二段温度210~215℃,第三段温度215~220℃,第四段温度220~225℃,喷嘴温度215~220℃。
表1.实施例1试验测试数据
  ASTM   1#   2#   3#   备注
  拉伸强度(MPa)   90   91   89
  弯曲强度(MPa)   122   121   121
  弯曲模量(MPa)   4210   4189   4225
  Izod缺口冲击(KJ/m2)   22   21   22
  Izod无缺口冲击(KJ/m2)   52   52   51
  玻纤含量(%)   21   20   21
  密度(g/cm3)   1.04   1.04   1.04
  HDT(℃)   146   145   146   1.82MPa
实施例2
连续纤维增强聚丙烯母粒(玻纤含量40%)50份
聚丙烯原料                          50份
连续纤维增强聚丙烯母粒,切粒长度11~13mm,粒径2.5~3.5mm,包括以下组分和重量份:
聚丙烯        60份
连续玻璃纤维  40份
偶联剂        0.5份
抗氧剂        0.6份
润滑剂        0.5份
相容剂        2份
连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)混料准备;将60份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg),粒径2.5-3.5mm的聚丙烯、0.5份硅烷偶联剂、0.6份抗氧剂,抗氧剂由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS)、2份接枝率为1.0%的马来酸酐接枝聚丙烯,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备(中国专利CN1488674,公开日期:2004.04.14),生产连续纤维增强聚丙烯母粒,通过选择定型口模的尺寸(3.0mm),同时挤出机转速设定12.0Hz,主机喂料7.8Hz,使母粒中连续无碱玻璃纤维含量控制在40%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm;
低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的制备:将50份的连续纤维增强聚丙烯母粒和50份的聚丙烯原料,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
将上述制备得到的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,分三次加到注塑机的料斗中,注塑ASTM样条进行性能测试,结果见表2,测试项目包括:拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、Izod缺口冲击、Izod无缺口冲击、灰分、密度、HDT(1.82MPa)。
注塑温度设定如下:下料口温度205~210℃,第二段温度210~215,第三段温度215~220℃,第四段温度220~225℃,喷嘴温度215~220℃。
表2实施例2试验测试数据
  ASTM   1#   2#   3#   备注
  拉伸强度(MPa)   89   95   84
  弯曲强度(MPa)   116   122   108
  弯曲模量(MPa)   4020   4250   3840
  Izod缺口冲击(KJ/m2)   18   23   16
  Izod无缺口冲击(KJ/m2)   48   53   42
  玻纤含量(%)   22   24   19
  密度(g/cm3)   1.04   1.05   1.02
  HDT(℃)   144   145   144   1.82MPa
实施例3
连续纤维增强聚丙烯母粒(玻纤含量40%)50份
普通切粒机切出的聚丙烯粒料          50份
连续纤维增强聚丙烯母粒,切粒长度11~13mm,粒径2.5~3.5mm,包括以下组分和重量份:
聚丙烯        60份
连续玻璃纤维  40份
偶联剂        0.5份
抗氧剂        0.6份
润滑剂        0.5份
相容剂        2份
所述的普通切粒机切出的聚丙烯粒料,切粒长度2.5~3.5mm,粒径2.5~3.5mm,包括以下组分和重量份:
聚丙烯    100份
抗氧剂    0.6份
润滑剂    0.5份
连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)混料准备;将60份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.5份硅烷偶联剂、0.6份抗氧剂,抗氧剂由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS)、2份接枝率为1.0%的马来酸酐接枝聚丙烯,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备(中国专利CN1488674,公开日期:2004.04.14),生产连续纤维增强聚丙烯母粒,通过选择定型口模的尺寸(3.0mm),同时挤出机转速设定12.0Hz,主机喂料7.8Hz,使母粒中连续无碱玻璃纤维含量控制在40%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm;
普通切粒机切出的聚丙烯粒料的长度在2.5~3.5mm,是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)将100份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.6份抗氧剂,抗氧剂由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS),依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到双螺杆挤出机的料斗中备用;
(2)从双螺杆挤出机中拉出料条,料条过水冷却,风机吹干料条表面的水,直接切粒,粒料长度2.5~3.5mm。
螺杆直径20~65mm,螺杆的长径比为40∶1,混合熔融温度设定为:第一段160~180℃,第二段180~190℃,第三段190~200℃,第四段200~210℃,第五段210~220℃,熔体温度205~215℃,机头温度195~205℃。
低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的制备:将50份的连续纤维增强聚丙烯母粒和50份的普通切粒机切出的聚丙烯粒料,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
将上述制备得到的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,分三次加到注塑机的料斗中,注塑ASTM样条进行性能测试,结果见表3,测试项目包括:拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、Izod缺口冲击、Izod无缺口冲击、灰分、密度、HDT(1.82MPa)。
注塑温度设定如下:下料口温度205~210℃,第二段温度210~215℃,第三段温度215~220℃,第四段温度220~225℃,喷嘴温度215~220℃。
表3.实施例3的试验测试数据
  ASTM   1#   2#   3#   备注
  拉伸强度(MPa)   83   90   94
  弯曲强度(MPa)   114   118   124
  弯曲模量(MPa)   3750   4120   4360
  Izod缺口冲击(KJ/m2)   19   22   25
  Izod无缺口冲击(KJ/m2)   42   52   56
  玻纤含量(%)   18   23   25
  密度(g/cm3)   1.01   1.05   1.08
  HDT(℃)   145   151   152   1.82MPa
通过实施例1、2、3的试验测试数据对比,可以看出采用定长聚丙烯粒料与连续纤维增强聚丙烯母粒批混得到的低玻纤含量的聚丙烯材料,与分别采用聚丙烯原料和与普通切粒长度的聚丙烯粒料与连续纤维增强聚丙烯母粒批混得到的低玻纤含量的聚丙烯材料相比,实施例1中材料的密度、灰分、力学性能更稳定、更均匀,而没有实施例2、3中的较大的波动。这就是本发明中采用定长聚丙烯粒料与连续纤维增强聚丙烯母粒制备的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的最大的优点。
实施例4
连续纤维增强聚丙烯母粒(玻纤含量40%)20份
定长聚丙烯粒料(7mm)                 80份
连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)混料准备;将60份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.5份硅烷偶联剂、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS)、2份接枝率为1.0%的马来酸酐接枝聚丙烯,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备(中国专利CN1488674,公开日期:2004.04.14),生产连续纤维增强聚丙烯母粒,通过选择定型口模的尺寸(3.0mm),同时挤出机转速设定12.0Hz,主机喂料7.8Hz,使母粒中连续无碱玻璃纤维含量控制在40%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm;
定长聚丙烯粒料的长度在7~10mm,是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)将100份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS),依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到双螺杆挤出机的料斗中备用;
(2)从双螺杆挤出机中拉出料条,料条过水冷却,风机吹干料条表面的水,然后进行切粒,通过调整切粒机的参数,切粒长度7~10mm。
螺杆直径20~65mm,螺杆的长径比为40∶1,混合熔融温度设定为:第一段160~180℃,第二段180~190℃,第三段190~200℃,第四段200~210℃,第五段210~220℃,熔体温度205~215℃,机头温度195~205℃。
低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的制备:将20份的连续纤维增强聚丙烯母粒和80份的定长聚丙烯料粒,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
将上述制备得到的配比的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,分三次加到注塑机的料斗中,注塑ASTM样条进行性能测试,结果见表4,测试项目包括:拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、Izod缺口冲击、Izod无缺口冲击、灰分、密度、HDT(1.82MPa)。
注塑温度设定如下:下料口温度205~210℃,第二段温度210~215℃,第三段温度215~220℃,第四段温度220~225℃,喷嘴温度215~220℃。
表4.实施例4的试验测试数据
  ASTM   1#   2#   3#   备注
  拉伸强度(MPa)   54   53   54
  弯曲强度(MPa)   68   68   67
  弯曲模量(MPa)   2200   2210   2209
  Izod缺口冲击(KJ/m2)   22   23   23
  玻纤含量(%)   8.1   8.0   8.1
  密度(g/cm3)   0.950   0.949   0.951
  HDT(℃)   126   125   125   1.82MPa
实施例5
连续纤维增强聚丙烯母粒(玻纤含量40%)35份
定长聚丙烯粒料(7mm)                 65份
连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)混料准备;将60份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.5份硅烷偶联剂、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS)、2份接枝率为1.0%的马来酸酐接枝聚丙烯,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备(中国专利CN1488674,公开日期:2004.04.14),生产连续纤维增强聚丙烯母粒,通过选择定型口模的尺寸(3.0mm),同时挤出机转速设定12.0Hz,主机喂料7.8Hz,使母粒中连续无碱玻璃纤维含量控制在40%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm;
定长聚丙烯粒料的长度在7~10mm,是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)将100份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS),依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到双螺杆挤出机的料斗中备用;
(2)从双螺杆挤出机中拉出料条,料条过水冷却,风机吹干料条表面的水,然后进行切粒,通过调整切粒机的参数,切粒长度7~10mm。
螺杆直径20~65mm,螺杆的长径比为40∶1,混合熔融温度设定为:第一段160~180℃,第二段180~190℃,第三段190~200℃,第四段200~210℃,第五段210~220℃,熔体温度205~215℃,机头温度195~205℃。
低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的制备:将35份的连续纤维增强聚丙烯母粒和65份的定长聚丙烯料粒,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
将上述制备得到的配比的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,分三次加到注塑机的料斗中,注塑ASTM样条进行性能测试,结果见表5,测试项目包括:拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、Izod缺口冲击、Izod无缺口冲击、灰分、密度、HDT(1.82MPa)。
注塑温度设定如下:下料口温度205~210℃,第二段温度210~215℃,第三段温度215~220℃,第四段温度220~225℃,喷嘴温度215~220℃。
表5.实施例5的试验测试数据
  ASTM   1#   2#   3#   备注
  拉伸强度(MPa)   65   64   65
  弯曲强度(MPa)   92   91   91
  弯曲模量(MPa)   2750   2765   2745
  Izod缺口冲击(KJ/m2)   26   26   25
  玻纤含量(%)   14.1   14.2   13.9
  密度(g/cm3)   0.99   1.00   0.99
  HDT(℃)   150   150   150   1.82MPa
实施例6
连续纤维增强聚丙烯母粒(玻纤含量40%)       75份
定长聚丙烯粒料(7mm)                        25份
连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)混料准备;将60份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.5份硅烷偶联剂、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS)、2份接枝率为1.0%的马来酸酐接枝聚丙烯,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备(中国专利CN1488674,公开日期:2004.04.14),生产连续纤维增强聚丙烯母粒,通过选择定型口模的尺寸(3.0mm),同时挤出机转速设定12.0Hz,主机喂料7.8Hz,使母粒中连续无碱玻璃纤维含量控制在40%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm;
定长聚丙烯粒料的长度在7~10mm,是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤:
(1)将100份熔指为25~65g/10min(230℃,2.16Kg)的聚丙烯、0.6份抗氧剂,抗氧剂是由四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯按照1∶2的重量混合而成、0.5份乙撑双硬脂酰胺(EBS),依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到双螺杆挤出机的料斗中备用;
(2)从双螺杆挤出机中拉出料条,料条过水冷却,风机吹干料条表面的水,然后进行切粒,通过调整切粒机的参数,切粒长度7~10mm。
螺杆直径20~65mm,螺杆的长径比为40∶1,混合熔融温度设定为:第一段160~180℃,第二段180~190℃,第三段190~200℃,第四段200~210℃,第五段210~220℃,熔体温度205~215℃,机头温度195~205℃。
低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的制备:将75份的连续纤维增强聚丙烯母粒和25份的定长聚丙烯料粒,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
将上述制备得到的配比的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,分三次加到注塑机的料斗中,注塑ASTM样条进行性能测试,结果见表6,测试项目包括:拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、Izod缺口冲击、Izod无缺口冲击、灰分、密度、HDT(1.82MPa)。
注塑温度设定如下:下料口温度205~210℃,第二段温度210~215℃,第三段温度215~220℃,第四段温度220~225℃,喷嘴温度215~220℃。
表6.实施例6的试验测试数据
  ASTM   1#   2#   3#   备注
  拉伸强度(MPa)   105   104   104
  弯曲强度(MPa)   148   149   148
  弯曲模量(MPa)   5540   5520   5535
  Izod缺口冲击(KJ/m2)   26   27   26
  玻纤含量(%)   30.2   30.2   30.1
  密度(g/cm3)   1.12   1.12   1.12
  HDT(℃)   160   160   160   1.82MPa
通过表4、5和6可看出,通过改变连续纤维增强聚丙烯母粒和定长聚丙烯粒料的配比而制备不同玻纤含量的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料,从三个实施例的试验数据可以看出,本发明提出的低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料的最大优点就是保证了材料的均匀性和稳定性,而且大大提高了连续纤维增强聚丙烯的在线产能,同时设计合理、操作简单、成本更低、产品中玻纤含量更容易控制,还保留了连续纤维增强聚丙烯优异的力学性能和良好的耐热性能。
本发明提出的生产方法不仅适用于低玻纤含量连续纤维增强聚丙烯材料,而且还适用于除了聚丙烯以外的其他热塑性树脂,例如PE、PC、AS、PBT、PET、PS、PA6、PA6/6、PMMA、TPEE、TPU、PPS、POM等;连续纤维不仅包括玻璃纤维,还可以是碳纤维、合成树脂纤维、矿物纤维等。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强聚丙烯材料,其特征在于:该聚丙烯材料包括以下组分和重量份,
连续纤维增强聚丙烯母粒    10~50份
定长聚丙烯料粒            50~90份
2.根据权利要求1所述的聚丙烯材料,其特征在于:所述的连续纤维增强聚丙烯母粒,包括以下组分和重量份,
聚丙烯    40~60份
连续纤维  40~60份
偶联剂    0.5~5份
抗氧剂    0.1~1份
润滑剂    0.1~1份
相容剂    1~10份
3.根据权利要求1所述的聚丙烯材料,其特征在于:所述的定长聚丙烯粒料,包括以下组分和重量份,
聚丙烯    100份
抗氧剂    0.1~1份
润滑剂    0.1~1份
4.根据权利要求2所述的聚丙烯材料,其特征在于:所述的连续纤维选自连续无碱玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、合成树脂纤维、矿物纤维中的一种或者两种的混合物;所述的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、璜酰叠氮偶联剂中的一种或者几种的混合物;所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯,接枝率为0.1~10%。
5.根据权利要求2或3所述的聚丙烯材料,其特征在于:所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯的一种或者两种的混合物;聚丙烯的熔指为25~65g/10min。
6.根据权利要求2或3所述的聚丙烯材料,其特征在于:所述的抗氧剂选自四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、1,3,5-三(二叔丁基-4-羟基苄基)-2,4,6-三甲苯酯、β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、N、N’-双[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]-1,6-己二胺、亚磷酸三(2,4-叔丁基苯基)酯、双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯、3,3’-硫代丙酸硬脂醇酯中的一种或者几种的混合物。
7.根据权利要求2或3所述的聚丙烯材料,其特征在于:所述的润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸脂中的一种或者几种的混合物。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的聚丙烯材料的制备方法,其特征在于:该方法包括以下步骤,
将10~50份的连续纤维增强聚丙烯母粒和50~90份的定长聚丙烯料粒,加入到低速批混机中,批混机转速控制在50~70r/min,常温下低速混合5-8min后,得到低玻纤含量的连续纤维增强聚丙烯材料。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:所述的连续纤维增强聚丙烯母粒是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤,
(1)混料准备;将40~60份聚丙烯、0.5~5份偶联剂、0.1~1份抗氧剂、0.1~1份润滑剂、1~10份相容剂,依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用;
(2)连续纤维增强聚丙烯母粒的制备;采用连续纤维增强热塑性材料的浸渍设备,通过选择定型口模的尺寸2.0mm~3.5mm,来调整母粒中连续纤维在复合材料中的含量,同时调整挤出机的主机转速和喂料速度,使母粒中连续纤维含量控制在40~60%,调整切粒机的切刀转速,使制备得到的聚丙烯母粒切粒长度控制在11-13mm,粒径2.5~3.5mm。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:所述的定长聚丙烯粒料是由以下方法制备得到的,该方法包括以下步骤,
(1)将100份聚丙烯、0.1~1份抗氧剂、0.1-1份润滑剂依次加入到高混机中,混料温度控制在40~60℃,混料时间3-5分钟后停止,然后将混好的物料加到双螺杆挤出机的料斗中备用;
(2)从双螺杆挤出机中拉出料条,料条过水冷却,风机吹干料条表面的水,然后进行切粒,通过调整切粒机的参数,切粒长度7~10mm。
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