CN102603980A

CN102603980A - 一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102603980A
Application number: CN201210044623XA
Authority: CN
Inventors: 王洪君; 王帅; 王超; 夏云广; 张文宁; 徐文秀
Original assignee: HEBEI HUAQIANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HEBEI HUAQIANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明提供的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的组分重量份比为玻璃纤维25～65份、聚丙烯40～85份、聚丙烯蜡10～30份、过氧化甲酰1.8～3.2份、马来酸酐17～31份、甲基苯烯酸15～27份、苯乙烯9～16.5份、甲苯100～140份、N,N-二甲基乙醇胺28～50份、抗氧化剂0.1～2份。其制备方法包括以下步骤：（a）按上述配方称量；（b）将聚丙烯、聚丙烯蜡、马来酸酐、甲基苯烯酸、苯乙烯、过氧化甲酰和甲苯混合，升温后加入N,N-二甲基乙醇胺，超声得改性聚丙烯；（c）将改性聚丙烯和玻璃纤维加入双螺杆挤出机内，给熔融物施加剪切应力，冷却。本发明制备的材料具有机械性能好、表面光滑、受热不易变形等特性。

Description

一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子合金材料及加工制备方法，具体地说是一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。聚丙烯蜡是采用聚丙烯高温氧化，导致聚丙烯分子量减少而形成平均分子量范围在一千到几万的低分子量聚丙烯。聚丙烯蜡作为低分子量聚丙烯，具有软化点较高、无毒、耐腐蚀、熔点高、硬度高、结晶度高、韧性好、润滑性好、耐湿、耐油脂、高亮度、光洁度以及熔融粘度选择范围宽等特点，能满足材料多功能化的需要，但很少作为塑料制品的配料使用。由于聚丙烯存在着强度较差、耐冲击差、成型收缩较大、易老化等的缺陷，所以人们往往在聚丙烯材料中添加玻璃纤维进行聚合形成更高性能的复合材料。但是，玻璃纤维与聚丙烯的物性相差较大，聚丙烯是非极性聚合物，其分子链不具备高反应活性的极性基团，与玻璃纤维聚合时界面强度低，会严重影响材料的综合性能的发挥。目前，聚丙烯常采用马来酸酐进行接枝改性与玻璃纤维聚合，并利用偶联剂在玻璃纤维和聚丙烯之间引入化学键，提高复合材料的界面粘结力，来提高复合材料的力学性能。如CN200910214555公开了一种高强高韧聚丙烯复合材料及制备方法，采用了聚丙烯、聚己内酰胺、硫酸钡、玻璃纤维、相容剂、润滑剂、抗氧剂制备而成，该材料具有较高的弯曲模量、拉伸强度和冲击强度，但该制作方法聚丙烯和玻璃纤维的界面结合能力较差，使得材料用于家用塑料制品、电器的外壳或汽车等运输车辆使用的零部件时存在表面较粗糙、光洁度差、遇热时材料易老化分解、表皮出现鲨鱼皮状的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种玻璃纤维增强聚丙烯的复合材料及其制备方法，以解决现有复合材料制备的产品表面粗糙、光洁度差、耐热性差以及遇热时易出现老化变形的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明所提供的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，是由以下重量份比的组份制成：

玻璃纤维 25～65份、聚丙烯 40～85份、聚丙烯蜡 10～30份、过氧化甲酰1.8～3.2份、马来酸酐 17～31份、甲基苯烯酸 15～27份、苯乙烯9～16.5份、甲苯 100～140份、N,N-二甲基乙醇胺 28～50份、抗氧化剂 0.1～2份。

本发明所采用的玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。。

本发明中聚丙烯蜡的分子量为7000～20000，优选分子量为9500～12000。

本发明所提供的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，所述组份的优选重量份比为：

玻璃纤维 30～40份、聚丙烯 60～75份、聚丙烯蜡 10～20份、过氧化甲酰2.25～2.85份、马来酸酐 21.5～27.8份、甲基苯烯酸 19～24.4份、苯乙烯11.5～14.8份、甲苯 110～130份、N,N-二甲基乙醇胺36～45份、抗氧化剂 0.2～0.8份。

本发明所述的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂327、抗氧化剂DSTP中的至少一种。

本发明中所提供的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：

（a）按照上述的组分及重量份比称取各组分；

（b）将聚丙烯、聚丙烯蜡、马来酸酐、甲基苯烯酸、苯乙烯、过氧化甲酰、甲苯和抗氧化剂混合，搅拌，升温至60～80℃，保温2 h后，机械搅拌下加入N,N-二甲基乙醇胺，恒温状态下搅拌30 min后，超声2～10 min，得改性聚丙烯乳液；

（c）将改性聚丙烯乳液从主料口、玻璃纤维从侧料口分别加入双螺杆挤出机内，经熔融后挤入到注塑机的模具型腔内，注塑机的两个活塞做往复运动，使模具型腔内的熔融物往复流动，直至熔融物完全冷却成型。

本发明中制备方法中所述步骤（c）中双螺杆挤出机从主料口到机头口的区间温度为160～190℃，螺杆转速为90 r/min。

本发明中制备方法中所述注塑机成型温度为185～200℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为70～90 MPa，注射速度为85 cm³/s，活塞振动压力为4～5 MPa，保压时间为3～8 s，振动频率为0.2～1.0 Hz。

本发明所提供玻璃纤维增强聚丙烯复合材料提供的原料配方中添加了聚丙烯蜡，采用复合接枝体进行接枝聚合，使得复合材料制备的产品表面光洁度好、机械性能高、受热不易变形；特别是制备方法中用注塑机给熔融物施加应力剪切，这可改善材料分子的取向能力，显著提高聚丙烯与玻璃纤维的界面结合力，从而进一步增强了复合材料的机械强度和耐热变性能。

具体实施方式

下面实施例用于进一步详细说明本发明，但不以任何形式限制本发明。

实施例1

将聚丙烯40 g、分子量为20000的聚丙烯蜡10 g、马来酸酐17.4 g、甲基苯烯酸15.3 g、苯乙烯9.3 g、过氧化甲酰1.8 g、甲苯100 g和1010抗氧化剂0.2 g混合，搅拌，升温至60℃，保温2 h后，机械搅拌下加入N,N-二甲基乙醇胺28 g，恒温状态下搅拌30 min后，超声2 min，得改性聚丙烯乳液，将改性聚丙烯乳液从主料口、25 g无碱短切玻璃纤维从侧料口分别加入双螺杆挤出机内，该挤出机从主料口到机头口的区间温度为160℃，螺杆转速为90 r／min，混合料经熔融后挤入到注塑机的模具型腔内，注塑机的两个活塞做往复运动，使模具型腔内的熔融物往复流动，直至熔融物完全冷却成型，其注塑机成型温度为185℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为70 MPa，注射速度为85 cm³／s，活塞振动压力为4 MPa，保压时间为3 s，振动频率为0.2 Hz。

实施例2

将聚丙烯85 g、分子量为7000的聚丙烯蜡30 g、马来酸酐30.7 g、甲基苯烯酸27 g、苯乙烯16.3 g、过氧化甲酰3.2 g、甲苯140 g和0.5 g抗氧化剂327混合，搅拌，升温至80℃，保温2 h后，机械搅拌下加入N,N-二甲基乙醇胺50 g，恒温状态下搅拌30 min后，超声10 min，得改性聚丙烯乳液，将改性聚丙烯乳液从主料口、65 g无碱短切玻璃纤维从侧料口分别加入双螺杆挤出机内，该挤出机从主料口到机头口的区间温度为190℃，螺杆转速为90 r／min，混合料经熔融后挤入到注塑机的模具型腔内，注塑机的两个活塞做往复运动，使模具型腔内的熔融物往复流动，直至熔融物完全冷却成型，其注塑机成型温度为200℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为90 MPa，注射速度为85 cm³／s，活塞振动压力为5 MPa，保压时间为8 s，振动频率为1.0 Hz。

实施例3

将聚丙烯65 g、分子量为9500的聚丙烯蜡15 g、马来酸酐23.7 g、甲基苯烯酸20.8 g、苯乙烯12.5 g、过氧化甲酰2.5 g、甲苯120 g和0.3 g抗氧化剂DSTP混合，搅拌，升温至70℃，保温2 h后，机械搅拌下加入N,N-二甲基乙醇胺40 g，恒温状态下搅拌30 min后，超声5 min，得改性聚丙烯乳液，将改性聚丙烯乳液从主料口、35 g无碱短切玻璃纤维从侧料口分别加入双螺杆挤出机内，该挤出机从主料口到机头口的区间温度为175℃，螺杆转速为90 r／min，混合料经熔融后挤入到注塑机的模具型腔内，注塑机的两个活塞做往复运动，使模具型腔内的熔融物往复流动，直至熔融物完全冷却成型，其注塑机成型温度为190℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为80 MPa，注射速度为85 cm³／s，活塞振动压力为5 MPa，保压时间为6 s，振动频率为0.7 Hz。

实施例4

将聚丙烯70 g、分子量为9500的聚丙烯蜡15 g、马来酸酐23.7 g、甲基苯烯酸20.8 g、苯乙烯12.5 g、过氧化甲酰2.5 g、甲苯120 g和0.6 g抗氧化剂1010混合，搅拌，升温至60℃，保温2 h后，机械搅拌下加入N,N-二甲基乙醇胺28 g，恒温状态下搅拌30 min后，超声2 min，得改性聚丙烯乳液，将改性聚丙烯乳液从主料口、25 g无碱短切玻璃纤维从侧料口分别加入双螺杆挤出机内，该挤出机从主料口到机头口的区间温度为160℃，螺杆转速为90 r／min，混合料经熔融后挤入到注塑机的模具型腔内，注塑机的两个活塞做往复运动，使模具型腔内的熔融物往复流动，直至熔融物完全冷却成型，其注塑机成型温度为185℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为70 MPa，注射速度为85 cm³／s，活塞振动压力为4 MPa，保压时间为3 s，振动频率为0.5 Hz。

实施例5

将聚丙烯70 g、分子量为11000的聚丙烯蜡20 g、马来酸酐25.7 g、甲基苯烯酸22.6 g、苯乙烯13.7 g、过氧化甲酰2.8 g、甲苯115 g和1 g抗氧化剂168混合，搅拌，升温至80℃，保温2 h后，机械搅拌下加入N,N-二甲基乙醇胺50 g，恒温状态下搅拌30 min后，超声10 min，得改性聚丙烯乳液，将改性聚丙烯乳液从主料口、40 g无碱短切玻璃纤维从侧料口分别加入双螺杆挤出机内，该挤出机从主料口到机头口的区间温度为190℃，螺杆转速为90 r／min，混合料经熔融后挤入到注塑机的模具型腔内，注塑机的两个活塞做往复运动，使模具型腔内的熔融物往复流动，直至熔融物完全冷却成型，其注塑机成型温度为200℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为90 MPa，注射速度为85 cm³／s，活塞振动压力为5 MPa，保压时间为8 s，振动频率为1.0 Hz。

实施例6

将聚丙烯85 g、分子量为12000的聚丙烯蜡30 g、马来酸酐30.7 g、甲基苯烯酸27 g、苯乙烯16.3 g、过氧化甲酰3.2 g、甲苯140 g和0.7 g抗氧化剂327混合，升温至70℃，保温2 h后，机械搅拌下加入N,N-二甲基乙醇胺40 g，恒温状态下搅拌30 min后，超声5 min，得改性聚丙烯乳液，将改性聚丙烯乳液从主料口、55 g无碱短切玻璃纤维从侧料口分别加入双螺杆挤出机内，该挤出机从主料口到机头口的区间温度为175℃，螺杆转速为90 r／min，混合料经熔融后挤入到注塑机的模具型腔内，注塑机的两个活塞做往复运动，使模具型腔内的熔融物往复流动，直至熔融物完全冷却成型，其注塑机成型温度为190℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为80 MPa，注射速度为85 cm³／s，活塞振动压力为5 MPa，保压时间为6 s，振动频率为0.7 Hz。

对比实施例1（CN200910214555）

将140 g粒径为50μm的硫酸钡、90 g马来酸酐接枝聚丙烯、10 g氮、N-双乙撑硬脂肪酸酰胺在真空烘箱中30℃下烘干后，在100℃下进行搅拌处理5 min，得到经处理过的硫酸钡；然后将处理后的硫酸钡再与418 g熔融指数为3 g/10 min的共聚聚丙烯、167 g熔融指数为30 g/10 min的均聚聚丙烯、100 g分子量为30000的工程塑料级聚已内酰胺、5 g有三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和β-（3,5-二叔丁基-4-羧基苯基）丙酸十八碳醇酯按摩尔比为2.5:1组成的抗氧化剂混合均匀，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，在螺杆中段导入70 g玻璃纤维，挤出机料筒温度180～250℃，固定主螺杆转速150 r/min，喂料螺杆转速20 r/min，在80℃下干燥5 h，注塑温度230℃，模具温度为50℃，得试样条进行测试。

实施例10 实施例性能指标检测

检测方法依照相关测试方法和标准：

1、缺口冲击强度：GB/T1843-1996 冲击性能测试国家标准，《硬质塑料简之梁冲击试验方法》。

2、拉伸强度：GB/T1040-1992拉伸强度测试国家标准，《塑料拉伸性能试验方法》。

3、弯曲强度：GB/T9341-2000弯曲强度测试国家标准，《塑料弯曲性能试验方法》。

4、感观测定：选视觉正常的30名评测员进行双盲实验，观察样品的外观粗糙度和光洁度。评分标准按以下进行：表面光滑为一级；表面较光滑为二级，表面粗糙为三级。

5、光泽度测定：采用塑料制品的光泽度测定仪。

6、热变形温度：采用ASTM D648 试验标准对材料的耐热性进行测试。

测试结果：

产品	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	对比实施例1
								感官测定	一级	一级	一级	一级	一级	一级	二级
光泽度	80	81	85	79	83	81	70
								热变形温度/℃	150	157	159	148	145	152	131
拉伸强度/MPa	70	69	76	73	72	75	68
								弯曲强度/MPa	83.9	82.8	89.9	83.5	88.1	86.4	81.6
弯曲模量/MPa	2730	2710	2987	2708	2899	2843	2631
								缺口冲击强度/kJ/m²	188	185	192	179	171	180	183

上述测试结果表明，本发明制备的复合材料用于塑料制品、家用电器外壳等时具有机械强度好、表明光滑、光泽度好、受热不易变形等特性。

Claims

1.一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于它由以下重量份比的组分制成：

玻璃纤维 25～65份、聚丙烯 40～85份、聚丙烯蜡 10～30份、过氧化甲酰 1.8～3.2份、马来酸酐 17～31份、甲基苯烯酸 15～27份、苯乙烯9～16.5份、甲苯 100～140份、N,N-二甲基乙醇胺 28～50份、抗氧化剂 0.1～2份。

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于所述的组分的重量份比为：

玻璃纤维 30～40份、聚丙烯 60～75份、聚丙烯蜡 10～20份、过氧化甲酰 2.25～2.85份、马来酸酐 21.5～27.8份、甲基苯烯酸 19～24.4份、苯乙烯11.5～14.8份、甲苯 110～130份、N,N-二甲基乙醇胺36～45份、抗氧化剂 0.2～0.8份。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于所述聚丙烯蜡的分子量为7000～20000。

4.根据权利要求3所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于所述聚丙烯蜡的分子量为9500～12000。

5.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。

6.根据权利要求3所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于所述的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂327、抗氧化剂DSTP中的至少一种。

7.一种权利要求3所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（a）按照权利要求1所述的组分及重量份比称取各组分；

8.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤（c）中双螺杆挤出机从主料口到机头口的区间温度为160～190℃，螺杆转速为90 r／min。

9.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于注塑机成型温度为185～200℃，模具型腔温度为25℃，注射压力为70～90 MPa，注射速度为85 cm³／s，活塞振动压力为4～5 MPa，保压时间为3～8 s，振动频率为0.2～1.0 Hz。