CN102675727B - 一种高强度聚丙烯玻纤复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度聚丙烯玻纤复合材料，其由玻纤布层和与玻纤布模压层叠的混和物层组成，所述混合物层包括的组分有聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂，所述玻纤布层与混合物层的重量百分比如下：玻纤布36～57％；聚丙烯33～49％；相容剂4～6％；阻燃剂5～8％；其他助剂0.5～1％。本发明还提供该高强度聚丙烯玻纤复合材料的制备方法。该高强度聚丙烯玻纤复合材料具有高强度，尺寸稳定，抗蠕变，耐疲劳的同时，还拥有良好的外观；其制备方法工艺简单，操作方便，效益高，成本低，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高强度聚丙烯玻纤复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP）是一种半结晶性材料，其具有无毒、无味，密度小的优点，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性，其不受湿度影响，适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，也可用于食具。
聚丙烯（PP）材料用于汽车工业具有较强的竞争力，但因其模量和耐热性较低，冲击强度较差，因此不能直接用作汽车配件，轿车中使用的均为改性PP产品，其耐热性可由80℃提高到145℃～150℃，并能承受高温750～1000h后不老化，不龟裂。然而现阶段所有用PP树脂所用的改性填充材料绝大多数以小于0.5mm的短纤形式存在，其对PP树脂的加强效果有限，难以使材料复合后加强材料的性能得到充分发挥。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种高强度聚丙烯玻纤复合材料及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种高强度聚丙烯玻纤复合材料，其由玻纤布层和与玻纤布模压层叠的混合物层组成，所述混合物层包括的组分有聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂，所述模压的加工工艺为：预压温度190～200℃，预压时间30～60s，预压压力3～7MPa；保压温度200～210℃，保压时间30～119s，保压压力7～19MPa，放气次数3～7次；定型温度200～210℃，保压时间60～139s，保压压力7～19MPa。所述玻纤布层与混合物层的重量百分比如下：
以及，一种高强度聚丙烯玻纤复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
根据模具规格，按上述高强度聚丙烯玻纤复合材料的配方称取各组分；
将所述聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂混合粉碎，得混合粉料；
将所述混合粉料在模具中分散平摊于玻纤布的表层，模压复合，获得所述高强度聚丙烯玻纤复合材料，其中，所述模压的加工工艺为：预压温度190～200℃，预压时间30～60s，预压压力3～7MPa；保压温度200～210℃，保压时间30～119s，保压压力7～19MPa，放气次数3～7次；定型温度200～210℃，保压时间60～139s，保压压力7～19MPa。
本发明提供的聚丙烯玻纤复合材料，通过聚丙烯、玻纤布、相容剂、阻燃剂等助剂的合理复配，保证了材料具有高强度，尺寸稳定，抗蠕变，耐疲劳的同时，还拥有优异的外观。此外，其使用的原材料价格低廉、环保卫生，因此，所获得的高强度聚丙烯玻纤复合材料与人体接触不会造成任何对人体有害的物质。进一步，该高强度聚丙烯复合材料的制备方法工艺简单，操作方便，效益高，成本低，适于工业化生产。其特别适合用于高级汽车制件、高级家用电器、高强容器等领域。
附图说明
图1是本发明实施例的高强度聚丙烯玻纤复合材料制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的一种高强度聚丙烯玻纤复合材料，其由玻纤布层和与玻纤布模压层叠的混合物层组成，所述混合物层包括的组分有聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂，所述模压的加工工艺为：预压温度190～200℃，预压时间30～60s，预压压力3～7MPa；保压温度200～210℃，保压时间30～119s，保压压力7～19MPa，放气次数3～7次；定型温度200～210℃，保压时间60～139s，保压压力7～19MPa。所述玻纤布层与混合物层的重量百分比如下：
具体地，所述玻纤布优选为阻燃高强玻纤布，如规格为320g/m2，其单纤维抗拉强度大于2800MPa。
所述聚丙烯优选为PP150，相对密度为0.90～0.91。
所述相容剂优选为马来酸酐接枝聚丙烯。马来酸酐接枝聚丙烯赋予了聚丙烯极性和可粘结性，大幅度提高了聚丙烯与玻纤布的粘结力，从而提高了材料的力学性能。
所述阻燃剂优选为四溴环氧树脂、四溴双酚A等其他溴系有机阻燃剂，更优选地，所述阻燃剂为四溴环氧树脂，其不仅具有良好的阻燃性，同时具有粘结的性能。
所述其他助剂包括润滑剂和除酸剂。其中，润滑剂优选为硅氧烷，除酸剂为硬脂酸钙。优选地，润滑剂与除酸剂的比例为1：1，润滑剂起内润滑作用，利于成品制件脱模，除酸剂硬脂酸锌除去加工过程中产生的酸性气体，防止其对制件性能造成损害。
该高强度聚丙烯玻纤复合材料的相对密度为1.40～1.43，是一种纤维和树脂的多重复合材料。
本发明实施例提供的高强度聚丙烯玻纤复合材料，通过合理选择添加助剂，获得综合性能优异的材料。聚丙烯树脂本身具有良好的外观和物理性能，通过玻纤布的填充与加强作用，赋予材料优异机械性能的同时降低成本，添加环氧阻燃剂，不仅提高阻燃性能，而且还能够加强玻纤与树脂间相互作用，机械性能进一步提高。
请参阅图1，显示本发明实施例的一种高强度聚丙烯玻纤复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
S01：根据模具规格，按上述高强度聚丙烯玻纤复合材料的配方称取各组分；
S02：将所述聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂混合粉碎，得混合粉料；
S03：将所述混合粉料在模具中分散平摊于玻纤布的表层，模压复合，获得所述高强度聚丙烯玻纤复合材料。
步骤S01中，根据模具的规格，将玻纤布裁剪以适合模具形状，并计算所有物料的质量。所述高强度聚丙烯玻纤复合材料以及配方中的各组分优选含量和种类如上所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。
步骤S02中，将所述聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂高速混合粉碎，制成均一粉料，获得混合粉料。
步骤S03具体为，混合粉料在模具中均匀分散平摊于玻纤布表层，其中，所述玻纤布为一层、或两层、或两层以上。根据需要选择玻纤布的层数。优选地，玻纤布的层数为偶数，这是因为当玻纤布层数为偶数时，其结构对称，能够减小材料的内应力，使得聚丙烯玻纤复合材料具有更好的力学性能。模压的加工工艺如下：预压温度190～200℃，预压时间30～60s，预压压力3～7MPa；保压温度200～210℃，保压时间30～119s，保压压力7～19MPa，放气次数3～7次；定型温度200～210℃，保压时间60～139s，保压压力7～19MPa。之后保压水冷降温至室温脱模，获得所述高强度聚丙烯玻纤复合材料。
本发明实施例的高强度聚丙烯玻纤复合材料生产工艺简单，容易控制。
以下通过具体配方和制备方法的实施例来说明上述高强度聚丙烯玻纤复合材料及其制备方法。
实施例1：
本实施例的高强度聚丙烯玻纤复合材料的组分及其重量百分含量为：
其中，PP树脂为PP-150型粉，茂名石化生产；玻纤布为阻燃高强玻纤布，规格为320g/m2，俄金玄武岩纤维公司生产；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，江苏联盛生产；阻燃剂为四溴环氧树脂，山东蓝强生产，分子量25000；其他助剂为润滑剂和除酸剂，润滑剂为硅氧烷，浙江佳华化工生产；除酸剂为硬脂酸钙，邵阳天堂化工生产。
PP树脂按重量比为33%（以下均为重量比），与相容剂4%、阻燃剂6%及其他助剂0.6%混合后高速粉碎制成均一粉料，在3mm厚度平板模具中，将树脂均匀平摊于四层叠合的两叠、共八层玻纤布之间，经模压机模压复合，加工工艺如下：预压温度200℃，预压时间30s，预压压力5MPa；保压温度200℃，保压时间70s，保压压力17MPa，放气次数5次；定型温度210℃，保压时间70s，保压压力19MPa。保压水冷降温至室温脱模，获得高强度聚丙烯玻纤复合材料。
实施例2：
本实施例的高强度聚丙烯玻纤复合材料的组分及其重量百分含量为：
其中，PP树脂为PP-150型粉，茂名石化生产；玻纤布为阻燃高强玻纤布，规格为320g/m2，俄金玄武岩纤维公司生产；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，江苏联盛生产；阻燃剂为四溴环氧树脂，山东蓝强生产，分子量25000；其他助剂为润滑剂和除酸剂，润滑剂为硅氧烷，浙江佳华化工生产；除酸剂为硬脂酸钙，邵阳天堂化工生产。
PP树脂按重量比为40%（以下均为重量比），与相容剂5%、阻燃剂7%及其他助剂0.8%混合后高速粉碎制成均一粉料，在3mm平板模具中将树脂均匀平摊于两叠、每叠各三层的玻纤布之间，经模压机模压复合，加工工艺如下：预压温度200℃，预压时间30s，预压压力5MPa；保压温度200℃，保压时间70s，保压压力17MPa，放气次数5次；定型温度210℃，保压时间70s，保压压力17MPa。保压水冷降温至室温脱模，获得高强度聚丙烯玻纤复合材料。
实施例3：
本实施例的高强度聚丙烯玻纤复合材料的组分及其重量百分含量为：
其中，PP树脂为PP-150型粉，茂名石化生产；玻纤布为阻燃高强玻纤布，规格为320g/m2，俄金玄武岩纤维公司生产；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，江苏联盛生产；阻燃剂为四溴环氧树脂，山东蓝强生产，分子量25000；其他助剂为润滑剂和除酸剂，润滑剂为硅氧烷，浙江佳华化工生产；除酸剂为硬脂酸钙，邵阳天堂化工生产。
PP树脂按重量比为49%（以下均为重量比），与相容剂6%、阻燃剂8%及其他助剂1%混合后高速粉碎制成均一粉料，在3mm平板模具中将树脂均匀平摊于两叠、每叠各两层的玻纤布之间，经模压机模压复合，加工工艺如下：预压温度200℃，预压时间30s，预压压力7MPa；保压温度200℃，保压时间70s，保压压力13MPa，放气次数5次；定型温度220℃，保压时间70s，保压压力17MPa。保压水冷降温至室温脱模，获得高强度聚丙烯玻纤复合材料。
按ASTM测试标准，以万能制样机加工制样，对材料性能进行测试。
上述实施例1～3制备的高强度聚丙烯玻纤复合材料的性能分别如表1所示。
表1
由上表可以看出，该高强度聚丙烯玻纤复合材料具有极好的强度，玻纤布含量在56.4％时材料的机械性能最好，玻纤和阻燃剂的相互作用即改善了材料的阻燃性同时加强了原料间相互作用，改善了材料的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，由玻纤布层和与玻纤布模压层叠的混合物层组成，所述混合物层包括的组分有聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂，所述模压的加工工艺为：预压温度190～200℃，预压时间30～60s，预压压力3～7MPa；保压温度200～210℃，保压时间30～119s，保压压力7～19MPa，放气次数3～7次；定型温度200～210℃，保压时间60～139s，保压压力7～19MPa；所述玻纤布层与混合物层的重量百分比如下：
2.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为PP150树脂。
3.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，所述玻纤布为阻燃高强玻纤布，其单纤维抗拉强度大于2800MPa。
4.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为四溴环氧树脂或/和四溴双酚A。
6.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，所述其他助剂包括润滑剂和除酸剂。
7.根据权利要求6所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硅氧烷。
8.根据权利要求6所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料，其特征在于，所述除酸剂为硬脂酸钙。
9.一种高强度聚丙烯玻纤复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
根据模具规格，按权利要求1～8任一所述的高强度聚丙烯玻纤复合材料的配方称取各组分；
将所述聚丙烯、相容剂、阻燃剂和其他助剂混合粉碎，得混合粉料；
将所述混合粉料在模具中分散平摊于玻纤布的表层，模压复合，获得所述高强度聚丙烯玻纤复合材料，所述模压的加工工艺为：预压温度190～200℃，预压时间30～60s，预压压力3～7MPa；保压温度200～210℃，保压时间30～119s，保压压力7～19MPa，放气次数3～7次；定型温度200～210℃，保压时间60～139s，保压压力7～19MPa。
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