CN102675734A - 一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料、制备方法及其应用 - Google Patents

一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域，公开了一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料、制备方法及其应用。该材料包括以下组分和重量份：聚丙烯35～80份、增韧剂1～10份、相容剂1～10份、抗氧剂0.2～04份和玻璃纤维15～45份。该材料的制备方法包括以下步骤：将上述配比的原料放入高速混合机中混合3～5分钟后加入挤出机中，再将15～45份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需玻纤增强聚丙烯材料；将超临界流体注入注塑机螺杆均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将均相溶液注射入模具中，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。本发明的材料是工程塑料沼气池最适合的材料。

Description

一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域，具体涉及一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料、制备方法及其应用。
背景技术
发泡材料具有质轻、隔热、缓冲、绝缘、防腐、价格低廉等优点，因此在日用品、包装、工业、农业、交通运输业、军事工业、航天工业得到广泛应用。
聚丙烯发泡材料除了具有原料来源丰富、质量轻、性价比优越等特点外，还是世界上应用最广、产量增长最快的树脂之一。
传统的聚丙烯发泡方法通常可以分为物理发泡和化学发泡两种方法。使用化学发泡法进行发泡时，一方面要求工艺控制非常严格，另一方面制品中有发泡剂残留物、发泡时模具易被腐蚀以及制品后续使用时受环境要求的限制。因此越来越多的发泡制品模具成型商倾向于直接使用氮气或者二氧化碳作为发泡剂，特别是在线将氮气或者二氧化碳等直接引入到挤出机的热熔热塑性树脂中，经过混合形成均匀的可发泡热塑性树脂混合物，然后成型。
采用超临界流体的微孔塑料注射成型方法，是目前制备微孔泡沫塑料比较先进的技术。该工艺将超临界状态的气体(N2或CO2)通过安装在注塑机机筒上的注射器注射入聚合物熔体内，形成单一均相的聚合物/气体体系，随后熔体被快速注射入模具型腔，随着压力骤降，超临界气体逸出，形成无数微孔，最后微孔与模腔内的熔体一起冷却定型而得到泡孔大小均匀、分布均匀的塑料制品。微发泡(MicrocellularFoamine)成型是商业化最好、应用最为广泛的微孔塑料注射成型技术。
近年来，已有研究和报道的超临界气体发泡材料是发泡材料领域的一个热点。专利CN1621437A公开了一种超临界CO2发泡通用性聚丙烯树脂的方法；专利CN 1631950A公开了一种利用超临界CO2协助渗透改性助剂的制备开孔型低发泡聚丙烯的方法；专利CN1908053A公开了一种超临界CO2技术制备含硅聚丙烯纳米发泡材料的方法。
综上所述，对于超临界气体发泡聚丙烯材料已有诸多报道，但是研究热点都集中在通用型聚丙烯树脂上。目前对于玻纤增强聚丙烯发泡材料尚没有报道。
目前市场上有一种工程塑料沼气池，采用的原料为玻纤增强聚丙烯。该材料密度高、低温冲击性能低、不具备保温功能，这些缺点都极大的限制了该产品的推广和使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料。
本发明的另一目的是提供一种上述玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法。
本发明的第三个目的是提供上述玻纤增强聚丙烯微发泡材料用于工程塑料沼气池的用途。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料，该材料包括以下组分和重量份：
聚丙烯    35～80份，
增韧剂    1～10份，
相容剂    1～10份，
抗氧剂    0.2～0.4份，
玻璃纤维  15～45份。
所述聚丙烯选自熔融指数为1～100g/10min的共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的一种或两种的混合物。
所述的增韧剂为POE弹性体。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89％～0.91g/cm3，接枝率为0.5～3％。
所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂。
所述的主抗氧剂选自受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或者几种，优选抗氧剂1010，化学名称：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，或抗氧剂1076，化学名称：β-(4’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯。
所述的辅抗氧剂选自亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或者几种，优选抗氧剂168，化学名称：三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
所述的玻璃纤维为无碱长玻璃纤维。
本发明还提供了一种上述玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将35～80份聚丙烯、1～10份增韧剂、1～10份相容剂、0.2～0.4份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将15～45份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需玻纤增强聚丙烯材料；
(2)将步骤(1)得到的玻纤增强聚丙烯材料加入到注塑机中，将超临界流体注入注塑机螺杆均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将均相溶液注射入模具中，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。
所述的挤出机为双螺杆挤出机，挤出机的料筒温度为190～230℃。
所述的注塑机为配备超临界流体输入装置和微发泡(MicrocellularFoamine)成型塑化螺杆的海天注塑机。
所述的超临界流体为超临界二氧化碳，其温度为230～280℃，压力为20～24MPa。
所述的模具与注塑机的压力差为19.9～23.9MPa。
所述的模具温度为40～50℃。
所述的超临界流体与玻纤增强聚丙烯材料的重量比为1∶60～1∶100。
本发明的玻纤增强聚丙烯微发泡材料，其性能符合工程塑料沼气池材料的性能要求，因此，本发明的技术方案包括本发明的玻纤增强聚丙烯微发泡材料用于工程塑料沼气池的用途。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明制备出的玻纤增强聚丙烯微发泡材料具有较高的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度，同时具有良好的隔热性和较低的密度，具有较好的保温性能，是工程塑料沼气池最适合的材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
在以下实施例复合材料的配方中，聚丙烯为上海赛科石油化工有限责任公司生产的嵌段共聚聚丙烯，商品名为K7926，其熔融指数为28g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)。
增韧剂为陶氏化学生产的POE弹性体，牌号为POE 8200。
相容剂为合肥杰事杰新材料有限公司生产的马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为0.6％，熔融指数为120g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)，密度为0.9g/cm3。
主抗氧剂为Ciba公司生产的1010，辅抗氧剂为Ciba公司生产的168。
玻璃纤维为巨石集团牌号为ER14-1000-988A的无碱长玻璃纤维。
在实施例中，使用的注塑机为配备超临界流体输入装置和微发泡(MicrocellularFoamine)成型塑化螺杆的海天注塑机，注塑机锁模力为250吨，螺杆直径为54毫米，螺杆长径比是23∶1。
实施例1
将74.8份聚丙烯(PP)上海赛科K7926，5份POE 8200，5份接枝率为0.6％，密度为0.90g/cm3的马来酸酐接枝聚丙烯，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168放入高速混合机中混合3～5分钟，将15份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区195℃、二区195℃、三区205℃、四区205℃、五区205℃、六区210℃、机头215℃。挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到所需聚丙烯材料。
应用超临界流体注射成型制备玻纤增强聚丙烯微发泡材料。首先将超临界二氧化碳，温度为230℃，压力为20MPa，超临界二氧化碳与玻纤增强聚丙烯材料的重量比为1∶100，注入螺杆挤出均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将均相溶液注射入模具中，模具温度为40℃，模具与注塑机的螺杆直径的压力差为19.9MPa，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。
采用GB的方法进行检测，在此加工条件下，获得的玻纤增强聚丙烯微发泡材料拉伸样条相对未发泡实体减重为12％，拉伸强度损失8％，弯曲强度损失3％，冲击强度提高30％。
实施例2
将51.8份聚丙烯(PP)上海赛科K7926，8份POE 8200，10份接枝率为0.6％，密度为0.90g/cm3的马来酸酐接枝聚丙烯，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168放入高速混合机中混合3～5分钟，将30份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区200℃、二区205℃、三区215℃、四区215℃、五区215℃、六区220℃、机头225℃。挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到所需聚丙烯材料。
应用超临界流体注射成型制备玻纤增强聚丙烯微发泡材料。首先将超临界二氧化碳，温度为250℃，压力为24MPa，超临界二氧化碳与玻纤增强聚丙烯材料的重量比为1∶60，注入螺杆挤出均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将所述均相溶液注射入模具中，模具温度为40℃，模具与注塑机的螺杆直径的压力差为23.9MPa，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。
采用GB的方法进行检测，在此加工条件下，获得的玻纤增强聚丙烯微发泡材料拉伸样条相对未发泡实体减重为18％，拉伸强度损失10％，弯曲强度损失5％，冲击强度提高25％。
实施例3
将36.8份聚丙烯(PP)上海赛科K7926，8份POE 8200，10份接枝率为0.6％，密度为0.90g/cm3的马来酸酐接枝聚丙烯，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168放入高速混合机中混合3～5分钟，将45份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区205℃、二区210℃、三区215℃、四区215℃、五区220℃、六区225℃、机头225℃。挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到所需聚丙烯材料。
应用超临界流体注射成型制备玻纤增强聚丙烯微发泡材料。首先将超临界二氧化碳，温度为230℃，压力为20MPa，超临界二氧化碳与玻纤增强聚丙烯材料的重量比为1∶100，注入螺杆挤出均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将所述均相溶液注射入模具中，模具温度为40℃，模具与注塑机的螺杆直径的压力差为19.9MPa，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。
采用GB的方法进行检测，在此加工条件下，获得的玻纤增强聚丙烯微发泡材料拉伸样条相对未发泡实体减重为16％，拉伸强度损失10％，弯曲强度损失5％，冲击强度提高22％。
实施例4
将36.8份聚丙烯(PP)上海赛科K7926，8份POE 8200，10份接枝率为0.6％，密度为0.90g/cm3的马来酸酐接枝聚丙烯，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168放入高速混合机中混合3～5分钟，将45份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中。双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区205℃、二区210℃、三区215℃、四区215℃、五区220℃、六区225℃、机头225℃。挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到所需聚丙烯材料。
应用超临界流体注射成型制备玻纤增强聚丙烯微发泡材料。首先将超临界二氧化碳，其温度为280℃，压力为24MPa，超临界二氧化碳与玻纤增强聚丙烯材料的重量比为1∶60，注入螺杆挤出均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将所述均相溶液注射入模具中，模具温度为50℃，模具与注塑机的螺杆直径的压力差为23.9MPa，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。
采用GB的方法进行检测，在此加工条件下，获得的玻纤增强聚丙烯微发泡材料拉伸样条相对未发泡实体减重为22％，拉伸强度损失12％，弯曲强度损失6％，冲击强度提高18％。
从实施例1～4可以看出，本发明制备的玻纤增强微发泡材料具有如下优点：
(1)具有较高好的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度；
(2)具有较低的密度；
(3)具有较好的保温性能。
本发明材料的性能完全可以达到工程塑料沼气池材料的要求，使用该材料制备工程塑料沼气池，节约了成本，该材料的保温性能也会提高池体的产气率。
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)

1.一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：该材料包括以下组分和重量份，
聚丙烯    35～80份，
增韧剂    1～10份，
相容剂    1～10份，
抗氧剂    0.2～0.4份，
玻璃纤维  15～45份。
2.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述聚丙烯选自熔融指数为1～100g/10min的共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述的增韧剂为POE弹性体；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89％～0.91g/cm3，接枝率为0.5～3％。
4.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；其中，主抗氧剂选自受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或者几种，优选抗氧剂1010或抗氧剂1076；辅抗氧剂选自亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或者几种，优选抗氧剂168。
5.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为无碱长玻璃纤维。
6.根据权利要求1至5任一所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，
(1)将35～80份聚丙烯、1～10份增韧剂、1～10份相容剂、0.2～0.4份抗氧剂放入高速混合机中混合3～5分钟；然后将上述混合物加入挤出机中，将15～45份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需玻纤增强聚丙烯材料；
(2)将步骤(1)得到的玻纤增强聚丙烯材料加入到注塑机中，将超临界流体注入注塑机螺杆均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将均相溶液注射入模具中，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。
7.根据权利要求6所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆挤出机，挤出机的料筒温度为190～230℃；所述的注塑机为配备超临界流体输入装置和微发泡成型塑化螺杆的注塑机。
8.根据权利要求6所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于：所述的超临界流体为超临界二氧化碳，其温度为230～280℃，压力为20～24MPa；所述的模具与注塑机的压力差为19.9～23.9MPa；所述的模具温度为40～50℃。
9.根据权利要求6所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于：所述的超临界流体与玻纤增强聚丙烯材料的重量比为1∶60～1∶100。
10.根据权利要求1至5任一所述的玻纤增强聚丙烯微发泡材料用于工程塑料沼气池的用途。
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