CN103289375A - 连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法，该复合材料由以下按总重量百分比计的各组分组成：15~50%连续玻璃纤维、14~50%尼龙、2.0~5.0%极性单体接枝聚合物型相容剂、0.2~2.0%硅烷类偶联剂和0.9~2.0%热稳定剂，其中连续玻璃纤维为直径小于18μm的长无捻粗纱E玻璃纤维，聚丙烯的熔融指数为50~360g/10min，尼龙为尼龙6或尼龙66，该复合材料既解决了聚丙烯与尼龙之间的分层问题，实现两者的优良混合，改善了复合材料后续的相容性及分散性问题，又使得加工工艺简便易操作，所得复合材料拉伸强度最高可达150MPa，弯曲强度最高可达240MPa，弯曲模量最高可达9900MPa，缺口冲击强度最高可达44KJ/m²。

Description

连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻纤增强聚合物复合材料及其制备方法，尤其涉及一种连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯（PP）是现在四大通用塑料之一，广泛应用于工业、农业、交通运输及日常生活中，成为人们日常生活中不可或缺的材料之一。近年来PP改性材料越来越多地进入了人们的生活当中。玻纤增强改性聚丙烯以其良好的刚性和韧性得到了人们的极大欢迎，特别是长玻纤增强的聚丙烯材料以其独特的性能得到广泛的应用。

但是聚丙烯产品在工程化的道路上遇到了障碍，主要是因为其刚性不足。玻纤增强尼龙产品刚性很好，但价格偏高，韧性偏低，吸水率较高。如果能将二者结合，制备一种连续玻璃纤维增强的聚合物合金材料，则一方面可以提升聚丙烯材料的刚性问题，使其在工程化道路上得到更广泛的应用；另一方面可以解决尼龙价格偏高，吸水率过高等问题，得到一种介于两者性能间的理想的材料。根据上述聚丙烯和尼龙自身的特性，目前有研究学者提出以连续玻璃纤维增强聚丙烯与尼龙共混的方式来制备合金，但由于聚丙烯与尼龙流动性差异很大，在注塑时难以得到很好的混合，从而使得到的复合材料难以拥有优良的机械性能；还有研究学者提出采用连续玻璃纤维增强聚丙烯与聚丙烯/尼龙合金混合的方式制备连续纤维增强的聚丙烯/尼龙合金，一定程度上解决了分层的问题，但在注塑过程中需要比较强的螺杆剪切和比较高的温度，从而使其加工工艺较为繁杂。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法，该方法在使用连续玻纤增强聚合物材料时，既能解决聚丙烯树脂与尼龙树脂之间的分层问题，实现两者优良的混合，解决复合材料后续的相容性及分散性问题，且加工工艺简便易操作。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，由以下按总重量百分比计的各组分组成：

其中所述连续玻璃纤维为长纤维增强热塑性材料（LFT）专用的长无捻粗纱，该长无捻粗纱的类型为E玻璃纤维，其纤维直径小于18μm，该连续玻璃纤维在复合材料中主要起骨架作用；

所述聚丙烯为由不同熔融指数聚丙烯复配而得的熔融指数为50~360g/10min的聚丙烯，或具有50~360g/10min单一熔融指数的聚丙烯；

所述尼龙为尼龙6或尼龙66。

其进一步的技术方案为：

所述尼龙优选为尼龙6。

其进一步的技术方案为：

相容剂可用以增加玻璃纤维与聚丙烯之间的接合性，可有效提高复合材料的综合力学性能。所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯中的至少一种，聚合物为聚乙烯和聚丙烯中的至少一种，其中所述极性单体优选为马来酸酐。

其进一步的技术方案为：

尼龙本身是极性物质，其自身虽能够与玻璃纤维结合，但结合力不强，硅烷类偶联剂的加入可以强化这种结合。所述硅烷类偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

其进一步的技术方案为：

所述热稳定剂为二苯基对苯二胺、4-羟基十八烷酰替苯胺、亚磷酸三苯酯、亚磷酸辛二苯酯和硫代二丙酸二月桂酯中的至少一种，上述热稳定剂的作用在于减少复合材料在加工过程中及后期使用过程中的分解。

本发明还提供了一种连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将所述用量的聚丙烯、尼龙、硅烷类偶联剂、极性单体接枝聚合物型相容剂和热稳定剂混合均匀后加入到双螺杆挤出机中进行充分熔融得到高温熔体，其中双螺杆挤出机的螺杆温度范围为250~360℃；

（2）将所述用量的连续玻璃纤维穿过浸渍模具，与双螺杆挤出机中的高温熔体充分接触，其中浸渍模具的模头温度范围为280~380℃；

（3）对（2）中连续玻璃纤维进行牵引，并将浸渍后的连续玻璃纤维依次通过冷却水槽进行冷却、通过切粒机进行造粒，得到长度为5~20mm的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料粒子。

其中由于聚丙烯的熔点较低，易于熔化，因此在实际生产中聚丙烯的喂料方式为将全部用量的聚丙烯从双螺杆挤出机主喂料口加入、全部用量的聚丙烯从双螺杆挤出机侧喂料口加入、或全部用量中给的部分由主喂料口加入另一部分由侧喂料口加入。

本发明的有益技术效果是：本发明所得连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料既解决了聚丙烯树脂与尼龙树脂之间的分层问题，实现两者优良的混合，改善了复合材料后续的相容性及分散性问题，又使得加工工艺简便易操作，所得复合材料拉伸强度最高可达150MPa，弯曲强度最高可达240MPa，弯曲模量最高可达9900MPa，缺口冲击强度最高可达44 KJ/m²。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

聚丙烯PP EP640T（熔融指数50g/10min）18.5KG，尼龙PA6 VOLGAMID25 60KG，相容剂BONDYRAM 1001CN（马来酸酐接枝均聚聚丙烯，接枝率为0.9%）5KG，偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)0.5KG，热稳定剂(亚磷酸三苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按1:1混合)1KG混合均匀后，加入到双螺杆挤出机，双螺杆的温度设为320℃，对材料进行充分地熔融。将15KG连续玻璃纤维ER4305PM-2400从浸渍模具中拉出，其中浸渍模具的模头温度为300℃，进行牵引、冷却、切粒，得到所需要的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例2

聚丙烯PP K7100（熔融指数90g/10min）50KG，尼龙PA6 M2400 15KG，相容剂BONDYRAM 1001CN（马来酸酐接枝均聚聚丙烯，接枝率为0.9%）3KG，偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)2KG，热稳定剂(二苯基对苯二胺与亚磷酸三苯酯按2:1混合)0.9KG混合均匀，加入到双螺杆挤出机，双螺杆的温度设为250℃，对材料进行充分地熔融。将29.1KG连续玻璃纤维E6DR17-2400-362KF从浸渍模具中拉出，其中浸渍模具的模头温度为380℃，进行牵引、冷却、切粒，得到所需要的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例3

聚丙烯PP BX3900（熔融指数100g/10min）25.8KG，尼龙PA6 VOLGAMID27 40KG，相容剂OREVAC CA100（马来酸酐接枝共聚聚丙烯，接枝率为1.1%）2KG，偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)0.2KG，热稳定剂(4-羟基十八烷酰替苯胺与硫代二丙酸二月桂酯按1:3混合)2KG混合均匀，加入到双螺杆挤出机，双螺杆的温度设为300℃，对材料进行充分地熔融。将30KG连续玻璃纤维ER4305PM-2400从浸渍模具中拉出，其中浸渍模具的模头温度为360℃，进行牵引、冷却、切粒，得到所需要的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例4

聚丙烯PP HM2015（熔融指数140g/10min）31.0KG，尼龙PA6 M200015KG，相容剂PC-33C（马来酸酐接枝聚乙烯，接枝率为0.6%）2KG，偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)1KG，热稳定剂(亚磷酸三苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按1:1混合)1KG混合均匀，加入到双螺杆挤出机，双螺杆的温度设为330℃，对材料进行充分地熔融。将50KG连续玻璃纤维ER4305PM-2400从浸渍模具中拉出，其中浸渍模具的模头温度为280℃，进行牵引、冷却、切粒，得到所需要的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例5

聚丙烯（熔融指数360g/10min，由熔融指数为12 g/10min的HP500N和熔融指数为1800 g/10min的MF650Y复配而成）14.0KG，尼龙PA6 M2400 30KG，相容剂OREVAC CA100（马来酸酐接枝均聚聚丙烯，接枝率为1.1%）3KG，偶联剂(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)2KG，热稳定剂(4-羟基十八烷酰替苯胺与硫代二丙酸二月桂酯按1:3混合)1KG混合均匀，加入到双螺杆挤出机，双螺杆的温度设为360℃，对材料进行充分地熔融。将50KG连续玻璃纤维E6DR17-2400-362KF从浸渍模具中拉出，其中浸渍模具的模头温度为340℃，进行牵引、冷却、切粒，得到所需要的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料。

本发明中聚丙烯的喂料方式为将全部用量的聚丙烯从双螺杆挤出机主喂料口加入、全部用量的聚丙烯从双螺杆挤出机侧喂料口加入、或全部用量中给的部分由主喂料口加入另一部分由侧喂料口加入。当全部（或部分）用量的聚丙烯从双螺杆挤出机侧喂料口加入时，将所述全部用量的尼龙、硅烷类偶联剂、极性单体接枝聚合物型相容剂和热稳定剂（及其剩余用量的聚丙烯）混合均匀后从主喂料口加入到双螺杆挤出机中进行充分熔融得第一高温熔体，将部分用量的聚丙烯从双螺杆挤出机的侧喂料口加入与第一高温熔体混合并充分熔融得到第二高温熔体。经加工后得到的产品为长度为5~20mm的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料粒子。

本发明中未提及的操作方法和测试方法均为本领域技术人员所熟知的内容，实施方式中不再赘述。按照上述实施例所得产品的各项机械性能检测数据如表1所示。

表1  实施例所得复合材料粒子机械性能检测数据

Claims (8)

1.一种连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于：由以下按总重量百分比计的各组分组成：

其中所述连续玻璃纤维为长纤维增强热塑性材料专用的长无捻粗纱，该长无捻粗纱的类型为E玻璃纤维，其纤维直径小于18μm；

所述聚丙烯为由不同熔融指数聚丙烯复配而得的熔融指数为50~360g/10min的聚丙烯，或具有50~360g/10min单一熔融指数的聚丙烯；

所述尼龙为尼龙6或尼龙66。

2.根据权利要求1所述的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于：所述尼龙为尼龙6。

3.根据权利要求1所述的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于：所述极性单体接枝聚合物型相容剂中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯中的至少一种，聚合物为聚乙烯和聚丙烯中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于：所述极性单体为马来酸酐。 

5.根据权利要求1所述的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于：所述硅烷类偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为二苯基对苯二胺、4-羟基十八烷酰替苯胺、亚磷酸三苯酯、亚磷酸辛二苯酯和硫代二丙酸二月桂酯中的至少一种。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将所述用量的聚丙烯、尼龙、硅烷类偶联剂、极性单体接枝聚合物型相容剂和热稳定剂混合均匀后加入到双螺杆挤出机中进行充分熔融得到高温熔体，其中双螺杆挤出机的螺杆温度范围为250~360℃；

（2）将所述用量的连续玻璃纤维穿过浸渍模具，与双螺杆挤出机中的高温熔体充分接触，其中浸渍模具的模头温度范围为280~380℃；

（3）对（2）中连续玻璃纤维进行牵引，并将浸渍后的连续玻璃纤维依次通过冷却水槽进行冷却、通过切粒机进行造粒，得到长度为5~20mm的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料粒子。

8.根据权利要求7所述的连续玻纤增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于：聚丙烯的喂料方式为将全部用量的聚丙烯从双螺杆挤出机主喂料口加入、全部用量的聚丙烯从双螺杆挤 出机侧喂料口加入、或全部聚丙烯用量中的一部分由主喂料口加入另一部分由侧喂料口加入。