CN103374177A

CN103374177A - 一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法

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Publication number: CN103374177A
Application number: CN2012101189774A
Authority: CN
Inventors: 郭学林
Original assignee: CHUZHOU GEMEITE TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: CHUZHOU GEMEITE TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明属于高分子复合材料改性技术领域和加工技术领域，涉及一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。该材料由包括以下重量份数的组分制成：热塑性树脂80～100份，增强纤维60～120份，相容剂8～15份，阻燃剂10～25份，复合型抗氧剂4～8份，增塑剂0.3～0.6份，加工助剂3～5份。与现有技术相比，本发明所制的纤维增强热塑性复合材料界面的粘结能力很好，具有很高的刚性、拉伸和弯曲强度以及低、高温下高的抗冲击性能。其阻燃防火性能和耐老化性能均有很大改善，使产品的应用更加广泛。且本发明的纤维增强热塑性复合材料加工工艺简单，成本低，对环境无污染，广泛用于工业建材、汽车内外饰件等塑料制品中。

Description

一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子复合材料改性技术领域和加工技术领域，涉及一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，纤维增强热塑性树脂基复合材料得到了快速的发展，由于热塑可回收、刚性高、综合力学性能好、价格低廉等优点，有些方面正在代替钢，即所谓的“以塑代钢”。但在替代钢材应用方面其刚性、弯曲强度、拉伸强度、冲击强度还不能完全达到要求，在增强热塑性复合材料使用中也经常遇到易燃引火和老化快的缺陷阻碍。

中国专利CN101654535A公开了一种无卤阻燃长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料及其制备方法，采用回收聚丙烯、长玻璃纤维、膨胀型无卤阻燃剂、抑烟剂、偶联剂、相容剂、熔指改性剂、抗氧剂、润滑剂、功能助剂混合，挤出在挤出机模头处加入长玻纤浸润后冷却切粒制得。

目前塑料使用中常通过添加一些阻燃剂，阻燃性方面的确有些改善，但添加的阻燃剂多是含卤。中国专利CN00820086.6公布了一种含卤阻燃剂添加剂的聚丙烯树脂组合物，该材料在长时间室外暴露和水热浸渍处理后仍能保持优异的阻燃性能，即使在厚度薄时也显示了良好的阻燃性能，但是燃烧时发烟量大、产生大量有毒、腐蚀性气体，造成所谓的“二次污染”。中国专利CN03138746.2公开了一种新型无卤阻燃聚丙烯材料，含有膨胀型阻燃剂，使用效果的确很好。但是，为了达到一定的阻燃效果，需要加入量比较大，一般添加量在40％以上才能取得明显效果。而这类膨胀型阻燃剂是极性物质，和非极性的树脂相容性差，在树脂中大量添加这类阻燃剂必然会造成材料力学性能的下降。

此外，热塑性树脂一般不含有可与偶联剂反应的活性基团，偶联剂较难以化学键与基体树脂结合，其改性效果不如对热固性树脂基复合材料那样显著。聚丙烯、聚乙烯等热塑性树脂是非极性聚合物，其分子链不具备高反应活性的极性基团，与增强纤维复合后界面强度低，影响了材料综合性能的发挥。现有技术尽管取得了一些成效，但综合性能仍不尽理想，满足不了市场对热塑性复合材料日益提高的要求。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种纤维增强热塑性复合材料。这种材料具有很高的刚性、拉伸和弯曲强度以及低、高温下高的抗冲击性能，阻燃耐老化性能好，加工工艺简单等特点。

本发明的另一个目的是提供上述纤维增强热塑性复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纤维增强热塑性复合材料，由包括以下重量份数的组分制成：

热塑性树脂 80～100份，

增强纤维 60～120份，

相容剂 8～15份，

阻燃剂 10～25份，

复合型抗氧剂 4～8份，

增塑剂 0.3～0.6份，

加工助剂 3～5份。

所述的热塑性树脂选自聚丙烯、聚乙烯或聚乙烯与聚丙烯热粘合而成的壳芯双组分纤维(ES纤维)。

所述的增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维或尼龙纤维。

所述的增强纤维为相互平行的纤维构成的纤维束或纤维编织成的纤维毡。

所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或丙烯酸接枝聚乙烯。

所述的阻燃剂选自三聚氰胺盐类阻燃剂和无机氧化物阻燃剂。

所述三聚氰胺盐类阻燃剂选自三聚氰胺氰脲酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺八钼酸盐或三聚氰胺硼酸盐。

所述的无机氧化物选自三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝。

所述的复合型抗氧剂选自N，N′-二(β-萘基)对苯二胺、硫代二丙酸十八酯、[β-(3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中的两种或两种以上。

所述的增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二壬酯或对苯二甲酸二辛酯。

所述的加工助剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸或石蜡。

一种上述纤维增强热塑性复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按上述配比称取各组分原料，将热塑性树脂80～100份、相容剂8～15份、阻燃剂10～25份、复合型抗氧剂4～8份、增塑剂0.3～0.6份、加工助剂3～5份加入到高速混合机中，充分混合；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，挤出；

(3)再将挤出机中的混合熔体挤入浸渍模具中，将60～120份增强纤维毡牵引通过浸渍模具，使混合熔体充分浸渍增强纤维毡，模压、冷却、牵引和裁切，得纤维增强热塑性复合材料。

所述的高速混合机转速为800～1500r/min混合的时间为8～15min，混合温度为70～90℃；

所述的双螺杆挤出机的螺杆转速为250～400r/min，挤出段温度依次为：170～185℃、180～195℃、190～205℃、185～200℃、210～225℃、225～240℃

所述的浸渍模具温度为240～260℃，模压为8～16MPa。

本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、与现有技术相比，本发明所制的纤维增强热塑性复合材料界面的粘结能力很好，具有很高的刚性、拉伸和弯曲强度以及低、高温下高的抗冲击性能，满足复合材料力学性能的不足。

2、本发明的纤维增强热塑性复合材料阻燃防火性能和耐老化性能有很大改善，使产品的应用更加广泛。

3、本发明的纤维增强热塑性复合材料加工工艺简单，成本低，对环境无污染，广泛用于工业建材、汽车内外饰件等塑料制品中。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例中采用GB(国标)测定材料的各项性能，如无特别说明，组分的份数均为重量份数。

实施例1

(1)将ES纤维100份、丙烯酸接枝聚乙烯10份、阻燃剂(三聚氰胺氰脲酸盐12份和氢氧化铝3份)、复合型抗氧剂(N，N′-二(β-萘基)对苯二胺2份和硫代二丙酸十八酯3份)、邻苯二甲酸二辛酯0.3份、硬脂酸钙4份加入到高速混合机中，混合机转速优选为980r/min，充分混合10min，温度为80℃；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，螺杆转速320r/min，挤出段温度依次为：175℃、185℃、195℃、190℃、215℃、225℃；

(3)再将挤出机中的混合熔体挤入浸渍模具中，将60份玻璃纤维编织的纤维毡通过浸渍模具，使混合熔体充分浸渍纤维毡，浸渍模具温度为245℃，最后模压、冷却、牵引和裁切，模压为9.5MPa，得纤维增强热塑性复合材料。

实施例2

(1)将聚丙烯100份、丙烯酸接枝聚丙烯12份、阻燃剂(三聚氰胺磷酸盐8份和氢氧化镁2份)、复合型抗氧剂([β-(3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯3份和硫代二丙酸十八酯3份)、邻苯二甲酸二辛酯0.5份、硬脂酸锌3份加入到高速混合机中，混合机转速优选为1050r/min，充分混合8min，温度为90℃；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，螺杆转速280r/min，挤出段温度依次为：185℃、190℃、205℃、200℃、220℃、235℃；

(3)再将挤出机中的混合熔体挤入浸渍模具中，将80份玻璃纤维编织的纤维毡通过浸渍模具，使混合熔体充分浸渍纤维毡，浸渍模具温度为260℃，最后模压、冷却、牵引和裁切，模压为14MPa，得纤维增强热塑性复合材料。

实施例3

(1)将ES纤维100份、丙烯酸接枝聚乙烯8份、阻燃剂(三聚氰胺硼酸盐15份和三氧化二锑3份)、复合型抗氧剂(N，N′-二(β-萘基)对苯二胺2份和[β-(3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯2份)、邻苯二甲酸二丁酯0.6份、石蜡4份加入到高速混合机中，混合机转速优选为820r/min，充分混合12min，温度为70℃；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，螺杆转速250r/min，挤出段温度依次为：170℃、180℃、195℃、190℃、210℃、225℃；

(3)再将挤出机中的混合熔体挤入浸渍模具中，将100份玻璃纤维编织的纤维毡通过浸渍模具，使混合熔体充分浸渍纤维毡，浸渍模具温度为240℃，最后模压、冷却、牵引和裁切，模压为8.0MPa，得纤维增强热塑性复合材料。

实施例4

(1)将聚丙烯80份、马来酸酐接枝聚丙烯12份、阻燃剂(三聚氰胺氰脲酸盐17份和氢氧化镁5份)、复合型抗氧剂([β-(3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯3份和硫代二丙酸二月桂酯4份)、邻苯二甲酸二壬酯0.5份、硬脂酸5份加入到高速混合机中，混合机转速优选为1480r/min，充分混合12min，温度为85℃；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，螺杆转速400r/min，挤出段温度依次为：185℃、190℃、200℃、190℃、225℃、240℃；

(3)再将挤出机中的混合熔体挤入浸渍模具中，将100份碳纤维编织的纤维毡通过浸渍模具，使混合熔体充分浸渍纤维毡，浸渍模具温度为255℃，最后模压、冷却、牵引和裁切，模压为16MPa，得纤维增强热塑性复合材料。

实施例5

(1)将ES纤维80份、丙烯酸接枝聚乙烯15份、阻燃剂(三聚氰胺磷酸盐19份和氢氧化铝6份)、复合型抗氧剂(硫代二丙酸二月桂酯4份和N，N′-二(β-萘基)对苯二胺4份)、邻苯二甲酸二辛酯0.4份、硬脂酸钙4份加入到高速混合机中，混合机转速优选为1350r/min，充分混合15min，温度为80℃；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，螺杆转速360r/min，挤出段温度依次为：175℃、180℃、195℃、190℃、220℃、230℃；

(3)再将挤出机中的混合熔体挤入浸渍模具中，将120份玻璃纤维编织的纤维毡通过浸渍模具，使混合熔体充分浸渍纤维毡，浸渍模具温度为245℃，最后模压、冷却、牵引和裁切，模压为12MPa，得纤维增强热塑性复合材料。

实施例1-5制备的纤维增强热塑性复合材料的测试性能如下表1：

表1

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						拉伸强度MPa	88	102	145	174	136
弯曲强度MPa	97	114	141	192	143
						弯曲模量GPa	4.6	5.9	7.7	10.8	11.2
缺口冲击强度KJ/m²	35	48	74	83	69
						氧指数％	21.8	20.2	23.5	26.9	28.4

由表1中各项数据看出，本发明制备的纤维增强热塑性复合材料，综合性能好。拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性较好，材料的综合性能理想。

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

1.一种纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：由包括以下重量份数的组分制成：

热塑性树脂 80～100份，

增强纤维 60～120份，

相容剂 8～15份，

阻燃剂 10～25份，

复合型抗氧剂 4～8份，

增塑剂 0.3～0.6份，

加工助剂 3～5份。

2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的热塑性树脂选自聚丙烯、聚乙烯或聚乙烯与聚丙烯热粘合而成的壳芯双组分纤维。

3.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维或尼龙纤维；或所述的增强纤维为相互平行的纤维构成的纤维束或纤维编织成的纤维毡。

4.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或丙烯酸接枝聚乙烯。

5.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂选自三聚氰胺盐类阻燃剂和无机氧化物阻燃剂。

6.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述三聚氰胺盐类阻燃剂选自三聚氰胺氰脲酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺八钼酸盐或三聚氰胺硼酸盐；

或所述的无机氧化物选自三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝。

7.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的复合型抗氧剂选自N，N′-二(β-萘基)对苯二胺、硫代二丙酸十八酯、[β-(3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中的两种或两种以上。

8.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二壬酯或对苯二甲酸二辛酯；

或所述的加工助剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸或石蜡。

9.一种权利要求1-8中任一所述的纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)按权利要求1的配比称取各组分原料，将热塑性树脂80～100份、相容剂8～15份、阻燃剂10～25份、复合型抗氧剂4～8份、增塑剂0.3～0.6份、加工助剂3～5份加入到高速混合机中，充分混合；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，挤出；

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于；所述的高速混合机转速为800～1500r/min混合的时间为8～15min，混合温度为70～90℃；

或所述的双螺杆挤出机的螺杆转速为250～400r/min，挤出段温度依次为：170～185℃、180～195℃、190～205℃、185～200℃、210～225℃、225～240℃；

或所述的浸渍模具的温度为240～260℃，模压为8～16MPa。