CN102964678A - 一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型复合材料领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，它包含以下按重量百分数计的原料：聚丙烯50％-82.5％，玄武岩纤维5％-50％，热稳定剂0.05％-2％，加工助剂0.05％-1％，相容剂1-10％，增韧剂0-20％，填料0-20％。所述玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料的方法为，首先按配比称量上述各种原料，然后将称量好的原料加入长径比为36～40:1的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒。所述聚丙烯材料具有优异的耐化学性，特别是耐酸、耐碱性显著，并且综合力学性能也得到了提高，如弯曲强度、拉伸强度及拉伸模量都大幅度增强。

Description

一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型复合材料领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
玄武岩作为一种火山岩，它是在地球深处经过高温高压和漫长的历史演变而成。玄武岩通过浇铸工艺制成瓦及板用于建筑市场已有多年历史。此外，在工业用途方面浇铸的玄武岩钢管内衬也有很高的耐磨性。
玄武岩是一种高性能的火山岩组份，这种特殊的硅酸盐，使玄武岩纤维具有优良的耐化学性，特别具有耐碱性的优点。采用玄武岩挤出的连续纤维，在几乎所有的用途方面都可以用来替代石棉纤维。近十年，玄武岩纤维已成为增强复合材料的竞争性材料。玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，玄武岩纤维还具有耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比高，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新的基础材料和高技术纤维。
聚丙烯作为一种通用塑料，进入了日常生活的各个角落，经过E-玻璃纤维改性的聚丙烯材料凭借其良好的刚性，在部分应用上取代了工程塑料。而玄武岩纤维的出现，进一步提升了聚丙烯材料性能的提升空间，同时，玄武岩纤维具有更多的表面活性位点，可以在更大程度上提高材料的综合性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，在聚丙烯复合材料制备过程中加入了玄武岩纤维，提高了复合材料的刚性和韧性，特别是大幅度增强了复合材料的弯曲模量，同时，也使得复合材料具有优异的耐酸、耐碱效果。
本发明的另一个目的是为了提供这种聚丙烯复合材料的制备方法
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，包含以下按重量百分数计的原料：
Figure BDA00002328259500021
所述原料中还含有填料，该填料的加入量为聚丙烯加入量的0％-20％。所述填料为硫酸钡、碳酸钙、滑石粉、云母中的一种或几种混合物。
热稳定剂的作用在于减少材料在加工过程中及后期使用过程中材料的分解，所述热稳定剂热稳定剂选自硫代二丙酸二月桂酯、二苯胺、对苯二胺和二氢喹啉中的一种或几种混合物，主要作用是抑制加工过程中产生的降解。
所述加工助剂选自选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、芥酸酰胺中一种或几种混合物。
所述相容剂为极性单体接枝聚合物，选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物中的一种几种混合物；所述的极性单体为马来酸酐及其衍生物，丙烯酸及其酯类衍生物一种或几种混合物。优选的，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝乙烯-α-乙烯-辛烯。
所述玄武岩纤维为短切纤维或连续纤维。优选的，玄武岩纤维为短切纤维。
本发明所用的聚丙烯的熔指为0.5－40g/10min(测试条件：温度230°C,砝码重量2.16KG)。优选的，聚丙烯熔指为10-30g/10min。
玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料的方法,包括如下步骤：
（1）按配比称量各种原料；
（2）将聚丙烯、玄武岩纤维、热稳定剂、加工助剂、相容剂、增韧剂、填料加入长径比为36～40:1的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为200℃-230℃，玄武岩纤维从侧喂料口处加入。
本发明的有益效果是：在聚丙烯复合材料的加工配方中加入了一定比例的玄武岩纤维，使得聚丙烯材料具有优异的耐化学性，特别是耐酸、耐碱性显著，并且综合力学性能也得到了提高，如弯曲强度、拉伸强度及拉伸模量都大幅度增强，这样扩大了聚丙烯材料的使用范围，尤其是一些特殊的使用场合，如航空航天、冶金化工、桥梁隧道等领域。玄武岩纤维的加工过程无污染、绿色环保，而且玄武岩纤维的价格便宜，从而也降低了聚丙烯复合材料的价格，有益于消费者。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
实施例1
将75公斤聚丙烯PP M2600R(上海石化，熔指27g/10min)、1.2公斤热稳定剂（0.6公斤硫代二丙酸二月桂酯和0.6公斤对苯二胺）、0.8公斤加工助剂芥酸酰胺和8公斤马来酸酐接枝聚丙烯加入长径比为38:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，15公斤短切玄武岩纤维从侧喂口处加入，挤出温度为220℃，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，具体数据见下面表格。
实施例2
将64公斤聚丙烯PP V30G(海南石化，熔指16g/10min)、1.0公斤热稳定剂（0.3公斤硫代二丙酸二月桂酯和0.7公斤二氢喹啉）、0.7公斤加工助剂硬脂酸锌、4公斤马来酸酐接枝聚丙烯和10公斤滑石粉（过筛率为1250目）加入长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，20公斤短切玄武岩纤维从侧喂口处加入，挤出温度为220℃，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，具体数据见下面表格。
实施例3
将54公斤聚丙烯K1011(台湾石化，熔指11g/10min)、0.9公斤热稳定（0.5公斤二苯胺和0.4公斤二氢喹啉）剂、0.8公斤加工助剂硬脂酸钙、8公斤马来酸酐接枝聚丙烯（TOYOTA）、6公斤马来酸酐接枝乙烯-α-乙烯-辛烯（杜邦）加入长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，30公斤短切玄武岩纤维从侧喂口处加入，挤出温度为220℃，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，具体数据见下面表格。
实施例4
将55公斤聚丙烯PP Y2600T(上海石化，熔指22g/10min)、0.9公斤热稳定剂硫代二丙酸二月桂酯、0.8公斤加工助剂(0.4公斤硬脂酸锌和0.4公斤芥酸酰胺)和3公斤马来酸酐接枝聚丙烯加入在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，40公斤短切玄武岩纤维从侧喂口处加入，挤出温度为220℃，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，具体数据见下面表格。
对比例
将54公斤聚丙烯K1011(台湾石化，熔指11g/10min)、0.9公斤热稳定（0.5公斤二苯胺和0.4公斤二氢喹啉）剂、0.8公斤加工助剂硬脂酸钙、8公斤马来酸酐接枝聚丙烯（TOYOTA）、6公斤马来酸酐接枝乙烯-α-乙烯-辛烯（杜邦）加入长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，30公斤短切玻璃纤维从侧喂口处加入，挤出温度为220℃，最终得到产品。所得料粒经制样并测试性能，具体数据见下面表格。
表一：性能检测数据
Figure BDA00002328259500041
表二：耐碱实验检测数据
Figure BDA00002328259500051
备注：测试时间：1200h
实验溶液：1％洗衣粉溶液(PH≈9.7)
实验温度：95℃
表三：耐酸实验检测数据
Figure BDA00002328259500052
Figure BDA00002328259500061
备注：测试时间：1200h
实验溶液：6％氯化锌溶液(PH≈4.3)
实验温度：75℃
通过上述表格中的对比测试数据可知，玄武岩纤维的加入，大大提高了聚丙烯材料的刚性和韧性，尤其是显著增强了材料的弯曲模量。而且材料的耐酸、耐碱性也明显提高了。

Claims (8)

1.一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：包含以下按重量百分数计的原料：
Figure FDA00002328259400011
。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：还含有填料，该填料的重量为聚丙烯重量的0％-20％。
3.根据权利要求2所述的一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述填料为硫酸钡、碳酸钙、滑石粉、云母中的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述热稳定剂选自硫代二丙酸二月桂酯、二苯胺、对苯二胺和二氢喹啉中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述加工助剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、芥酸酰胺中一种或几种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为极性单体接枝聚合物，聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种混合物；
所述的极性单体为马来酸酐及其衍生物，丙烯酸及其酯类衍生物一种或几种混合物。
7.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玄武岩纤维为短切纤维或连续纤维。
8.一种制备权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料的方法,包括如下步骤：
（1）按配比称量各种原料；
（2）将聚丙烯、玄武岩纤维、热稳定剂、加工助剂、相容剂、增韧剂、填 料加入长径比为36～40:1的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为200℃-230℃，玄武岩纤维从侧喂料口处加入。 
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