CN103183894A - 一种连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种塑性树脂复合材料及其制备方法。该材料由包含以下重量份的组分制成：聚丙烯树脂30-60份，连续玻璃纤维40-70份，增容剂1.5-3份，润滑剂0.15-0.3份，主抗氧剂0.1-0.2份，辅助抗氧剂0.2-0.4份，第一光稳定剂0.1-0.3份和第二光稳定剂0.1-0.3份。本发明以马来酸酐接枝共聚PP为相容剂，可以有效的提高聚丙烯树脂与连续玻璃纤维的粘结性。以乙烯丙烯酸共聚物为润滑剂，可以使流动性较差的聚丙烯更有效的浸润到每一根连续玻璃纤维，可以有效的提高连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料的物理机械性能及复合材料的抗热氧稳定性和抗紫外光稳定性。

Description

一种连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种塑性树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯树脂(PP)具有优异的物理机械性能、耐化学品与可重复加工性能，在家用电子电器、汽车零部件和工业材料领域得到了广泛的应用。但是在制作一些工程部件和某些需要高性能的高分子材料领域时，其性能不能达到要求，使其使用范围受到了一定的限制。现有的技术一般通过添加玻璃纤维到聚丙烯树脂中来提高材料的强度、刚度。由于聚丙烯是非极性树脂，因此玻璃纤维表面和聚丙烯的界面结合力较弱，玻纤增强聚丙烯复合材料的性能，主要取决于聚丙烯是否充分浸润到玻璃纤维，以及二者的界面结合力。

尤其目前以连续玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料的诞生，更大大的促进了纤维增强热塑性树脂类复合材料的发展，具有重量更轻的高比强度、高比模量；耐腐蚀、耐水性好，对多种酸、碱呈惰性；不导电，介电强度高；能量控制性能特别好，抗冲击，抗气浪，致断应变值高；加工简便和易清洁，不需特殊的贮存条件，贮存寿命无限；成型压力和温度低，可减少模具成本；成型周期短；可重复成型的连续纤维增强热塑性树脂复合材料的问世对材料领域是一重大突破。

当连续玻璃纤维与聚丙烯界面作用较强时，外加载荷通过聚丙烯与增强纤维的界面的剪切作用而传递给纤维，纤维承担起主要的剪切作用，因此复合材料整体呈现出高强度、高模量的特性。连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的基本问题在于，即使用偶联剂对玻璃纤维进行表面处理，连续玻璃纤维与聚丙烯间界面强度仍较差，较小载荷作用下，聚丙烯与玻璃纤维的接触表面就会产生剥离，不能传导作用力，对基体没有增强作用，反而增加了复合材料的缺陷，削弱其强度。为此，在聚丙烯中加入一定量的相容剂，相容剂的一端可以与玻璃纤维结合，另一端可以与树脂结合，但是结合的效果并不令人满意。同时对于连续纤维增强聚丙烯树脂复合材料来说，有效的粘合性，树脂对纤维的充分浸润，必定大大改善连续玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料的物理机械性能。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种聚丙烯树脂复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚丙烯树脂复合材料，该材料由包含以下重量份的组分制成：

聚丙烯树脂      30-60份，

连续玻璃纤维    40-70份，

增容剂          1.5-3份，

润滑剂          0.15-0.3份，

主抗氧剂        0.1-0.2份，

辅助抗氧剂      0.2-0.4份，

第一光稳定剂    0.1-0.3份，

第二光稳定剂    0.1-0.3份

所述的聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数＞45g/10min，优选(46-60)g/10min。

所述的连续玻璃纤维为直径为9μm-13μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，经处理后的玻纤可以有效的增强玻纤与树脂的粘结性能，其中硅烷偶联剂的含量≤4％，所述的硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，最终所得连续玻璃纤维的拉伸强度≥1800MPa。

所述的增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％。

所述的润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

所述的主抗氧剂为四[β-(3′，5′-二叔丁基-4′-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)。

所述的辅助抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。

所述的第一光稳定剂(HALS622)为丁二酸与4-羟基-2，2，6，6-四甲-1-哌啶醇的聚合体。

所述的第二光稳定剂(UV-326)为2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑。

一种上述聚丙烯树脂复合材料的制备方法，其包含以下步骤：

(1)按上述配比称取各组分材料；

(2)将30-60重量份的聚丙烯树脂与1.5-3份的增容剂、0.15-0.3份润滑剂，0.1-0.2份主抗氧剂，0.2-0.4份辅助抗氧剂0.1-0.3份第一光稳定剂和0.1-0.3份第二光稳定剂充分混合，在温度265℃-275℃条件下，将混合料熔融后再与40-70份连续玻璃纤维复合，制备出单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带；

(3)最后，将预浸带进行裁剪，将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠到需要厚度，其中两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直，温度在180℃-190℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品。

本发明的有益效果：

本发明以马来酸酐接枝共聚PP为相容剂，可以有效的提高聚丙烯树脂与连续玻璃纤维的粘结性。以乙烯丙烯酸共聚物为润滑剂，可以使流动性较差的聚丙烯更有效的浸润到每一根连续玻璃纤维，可以有效的提高连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料的物理机械性能，以及能够有效提高复合材料的抗热氧稳定性和抗紫外光稳定性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明：

将重量份为30-60份的聚丙烯树脂与1.5-3份的增容剂、润滑剂0.15-0.3份，主抗氧剂10100.1-0.2份，辅助抗氧剂168 0.2-0.4份，第一光稳定剂(HALS622)含量0.1-0.3份，第二光稳定剂(UV-326)含量0.1-0.3份，在温度265℃-275℃条件下，将混合料熔融后充分混合后再与40-70份的连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在180℃-190℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品。其中连续玻璃纤维为直径为9μm-13μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，经处理后的玻纤可以有效的增强玻纤与树脂的粘结性能，其中硅烷偶联剂的含量≤4％，硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，最终所得连续玻璃纤维的拉伸强度≥1800MPa。

实施例1

将重量份为30份的聚丙烯树脂与1.5份的增容剂、润滑剂0.15份，主抗氧剂1010 0.1份，辅助抗氧剂168 0.2份，第一光稳定剂(HALS622)0.2份及第二光稳定剂(UV-326)0.2份，在温度265℃条件下，将混合料熔融后充分混合后再与70份含有3％硅烷偶联剂的连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在185℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品，性能见表1所示。

其中聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数为46g/10min；

玻璃纤维为11μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；

增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％；

润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

实施例2

将重量份为45份的聚丙烯树脂与2.25份的增容剂、润滑剂0.23份，主抗氧剂1010含量0.2份，辅助抗氧剂168含量0.4份，第一光稳定剂(HALS622)0.3份及第二光稳定剂(UV-326)0.3份，在温度275℃条件下，将混合料熔融后充分混合后再与55份的含有4％硅烷偶联剂连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在180℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品，性能见表1所示。

其中聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数为60g/10min；

玻璃纤维为13μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；

增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％。

润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

实施例3

将重量份为60份的聚丙烯树脂与3份的增容剂、润滑剂0.3份，主抗氧剂1010含量0.15份，辅助抗氧剂168含量0.3份，第一光稳定剂(HALS622)0.3份及第二光稳定剂(UV-326)0.1份，在温度270℃条件下，将混合料熔融后充分混合后再与40份的含有2％硅烷偶联剂连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在190℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品，性能见表1所示。

其中聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数为53g/10min；

玻璃纤维为9μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；

增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％；

润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

比较例1

不添加增容剂，其余同实施例1，将重量份为30份的聚丙烯树脂与润滑剂0.15份，主抗氧剂1010含量0.1份，辅助抗氧剂168含量0.2份，第一光稳定剂(HALS622)0.2份和第二光稳定剂(UV-326)0.2份，在温度265℃条件下，将混合料熔融后充分混合后再与70份的含有3％硅烷偶联剂连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在185℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品，性能见表1所示；

其中聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数为46g/10min；

玻璃纤维为11μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；

润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

比较例2

不添加抗氧剂，其余同实施例2，将重量份为45份的聚丙烯树脂与2.25份的增容剂、润滑剂0.23份、第一光稳定剂(HALS622)0.3份及第二光稳定剂(UV-326)0.3份，在温度275℃条件下，将混合料熔融后充分混合后，再与55份的含有4％硅烷偶联剂连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在180℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品，性能见表1所示。

其中聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数为60g/10min；

玻璃纤维为13μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；

增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％；

润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

比较例3

不添加光稳定剂，其余同实施例3，将重量份为60份的聚丙烯树脂与3份的增容剂，润滑剂含量为0.3份，主抗氧剂1010含量0.15份，辅助抗氧剂168含量0.3份，在温度270℃条件下，将混合料熔融后充分混合后，再与40份的含有2％硅烷偶联剂的连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在190℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品，性能见表1所示。

其中聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数为53g/10min；

玻璃纤维为9μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；

增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％；

润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

比较例4

不添加润滑剂，其余同实施例3，将重量份为60份的聚丙烯树脂与3份的增容剂，主抗氧剂1010含量0.15份，辅助抗氧剂168含量0.3份，第一光稳定剂(HALS622)0.3份及第二光稳定剂(UV-326)含量0.1份，在温度270℃条件下，将混合料熔融后充分混合后再与40份的含有2％硅烷偶联剂的连续玻璃纤维复合，制备出一定玻纤含量的单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带，并根据需要将预浸带进行裁剪处一定长度和宽度片材，再将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠(两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直)到需要厚度，温度在190℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品，性能见表1所示。

其中聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数为53g/10min；

玻璃纤维为9μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；

增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％。

表1：

表1中列出各实施例和比较例性能，及其热氧老化、紫外光老化的性能。通过表1中各实施例性能可知，随着连续玻璃纤维的含量增多，力学性能有明显的提高，如在实施例3中连续玻璃纤维含量约为40％，其拉伸强度为186MPa，当连续玻璃纤维含量达到约70％，也就是实施例1时，拉伸强度达到了445MPa。

比较例1与实施例1相比，其中没有加入增容剂，如表1所示的其力学性能有明显的下降，如其弯曲强度由实施例1中的375MPa下降到了135MPa。比较例2与实施例2相比，其中没有加入抗氧剂，其热氧老化随着时间增长力学性能下降比较严重。比较例3与实施例3相比，其中没有加入光稳定剂，其紫外光老化性能，随着时间增长力学性能下降严重，如缺口冲击强度由125MPa下降到了99MPa。没有加入润滑剂的比较例4与实施例3在相同的连续玻璃纤维含量的条件下，其力学性能比加入润滑剂的实施例3力学性能要稍低。

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)

1.一种聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：该材料由包含以下重量份的组分制成：

聚丙烯树脂          30-60份，

连续玻璃纤维        40-70份，

增容剂              1.5-3份，

润滑剂              0.15-0.3份，

主抗氧剂            0.1-0.2份，

辅助抗氧剂          0.2-0.4份，

第一光稳定剂        0.1-0.3份，

第二光稳定剂        0.1-0.3份。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，熔融指数＞45g/10min。

3.根据权利要求2所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为(46-60)g/10min。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的连续玻璃纤维为直径为9μm-13μm的经硅烷偶联剂处理过的连续无碱无捻玻璃纤维粗纱，其拉伸强度≥1800MPa；其中硅烷偶联剂的含量≤4％，其中所述的硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的增容剂为马来酸酐接枝共聚聚丙烯，其熔融指数≥100g/10min，马来酸酐接枝率为≥1％。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，粘度≤600cps。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的主抗氧剂为四[β-(3′，5′-二叔丁基-4′-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯。

8.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的辅助抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。

9.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂复合材料，其特征在于：所述的第一光稳定剂为丁二酸与4-羟基-2，2，6，6-四甲-1-哌啶醇的聚合体；

或所述的第二光稳定剂为2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑。

10.一种上述权利要求1-9中任一所述的聚丙烯树脂复合材料的制备方法，其特征在于：其包含以下步骤：

(1)按权利要求1所述的配比称取各组分材料；

(2)将30-60重量份的聚丙烯树脂与1.5-3份的增容剂、0.15-0.3份润滑剂，0.1-0.2份主抗氧剂，0.2-0.4份辅助抗氧剂，0.1-0.3份第一光稳定剂和0.1-0.3份第二光稳定剂在温度265℃-275℃条件下，将混合料熔融后充分混合，再与40-70份连续玻璃纤维复合，制备出单方向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂预浸带；

(3)最后，将预浸带进行裁剪，将其根据连续玻璃纤维的方向横纵铺叠到需要厚度，其中两层相邻片材的连续玻纤方向正好垂直，温度在180℃-190℃、压力在1MPa条件下进行模压，制备出所需要的产品。