CN103819811A - 可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料采用刚性较好的均聚或者共聚聚丙烯原材料，与高强度短切玻璃纤维、界面相容剂、热稳定剂、加工助剂以及聚丙烯专用成核剂共混改性，该复合材料拉伸强度≥90MPa，拉伸模量≥6000MPa，常温（23℃）缺口冲击强度≥10KJ/m2，熔接痕拉伸强度≥32MPa，热变形温度（1.80MPa）≥150℃，拉伸强度保持率（150℃，1000hr）≥90%，可在-40～120℃环境下长期使用，比传统意义上的玻纤增强聚丙烯机械性能高出20%以上，某些性能指标甚至高于玻纤增强尼龙，可替代玻纤增强尼龙材料用于小排量汽车发动机风扇、护风圈、歧管等汽车发动机周边部件。

Description

可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可替代尼龙的高分子复合材料，尤其涉及一种可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，适用于冷却风扇、护风圈、歧管等汽车发动机用周边零部件。
背景技术
随着汽车工业的发展，以塑代钢、轻量化逐渐成为汽车行业发展的主题，玻纤增强尼龙由于其良好的刚性、耐热性以及耐老化性能，在汽车部件尤其是汽车发动机周边部件得到了广泛应用，为汽车行业的发展作出了重要贡献。但是尼龙材料有着吸水率高、吸水后尺寸稳定性变差等致命缺点，而且近年来尼龙的原材料价格一路攀升，很多主机厂不堪成本压力，要求材料降本的呼声越来越高。聚丙烯为石化工业产品，原料便宜、产量高，而且聚丙烯为非极型半结晶聚合物，由于本身不吸水，经改性后其尺寸稳定性非常优异，有望实现通用塑料工程化的目的。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料具有优异的机械性能、耐热性、焊接性能以及热稳定性，且总和性能优于玻纤增强尼龙。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，由以下按总重量百分比计的各组分组成：
Figure BDA0000241557621
其中所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种，且所述均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的熔体流动速率均为0.01~100g/min；
所述高强度短切玻璃纤维为聚丙烯专用无碱玻璃纤维。
其进一步的技术方案为：
所述热稳定剂为酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、胺类和杯芳烃中的至少一种。
所述加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类中的至少一种。
所述聚丙烯专用成核剂为山梨醇类和有机磷酸盐类中的至少一种。
所述界面相容剂为极性单体接枝聚丙烯，其中所述极性单体为可双键聚合的酸酐类单体、丙烯酸类单体和丙烯酸酯类单体中的至少一种。
所述可双键聚合的酸酐类单体为马来酸酐、富马酸、衣康酸、柠康酸、柠康酸酐和乙烯基丁二酸酐中的至少一种；所述丙烯酸类单体为丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种；所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯中的至少一种。
本发明还提供了一种可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括下列步骤：
将46~72wt.%聚丙烯、0.6~2.0wt.%热稳定剂、0.2~1.0wt.%加工助剂、0.2~1.0wt.%聚丙烯专用成核剂和2~10wt.%界面相容剂，在长径比为40: 1的双螺杆挤出机中熔融混合分散；将25~40wt.%高强度短切玻璃纤维通过精密计量秤从侧喂料口加入，挤出造粒，得可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其中挤出温度为170~240℃。
本发明的有益技术效果是：本发明所述复合材料采用刚性较好的均聚或者共聚聚丙烯原材料，与高强度短切玻璃纤维、界面相容剂、热稳定剂、加工助剂以及聚丙烯专用成核剂共混改性，所得复合材料可以在-40～120℃环境下长期使用，比传统意义上的玻纤增强聚丙烯机械性能高出20%以上，某些性能指标甚至高于玻纤增强尼龙，可替代玻纤增强尼龙材料用于小排量汽车发动机风扇、护风圈、歧管等汽车发动机周边部件。
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，但本发明并不限于下述实施例。
实施例一：
将72公斤聚丙烯PP T30S、0.3公斤酚类热稳定剂Irganox1010（CIBA 公司）、0.3公斤亚磷酸酯类热稳定剂627A，0.2公斤加工助剂EBS、2公斤聚丙烯接枝马来酸酐高效相容剂CA-100、0.2公斤高效聚丙烯专用成核剂NA-11在长径比为1:40的双螺杆挤出机中熔融混合分散，25公斤欧文斯康宁高强度聚丙烯专用短切玻璃纤维248A通过计量秤从侧喂料口加入，挤出温度为170℃，挤出造粒最终得到产品A，其性能如下：
表1  复合材料A的性能
性  能 单位 测试标准 测试结果
拉伸强度 MPa ISO527/2-93 98
拉伸模量 MPa ISO178-93 7000
常温（23℃）缺口冲击强度 KJ/m2 ISO180-93 12
热变形温度（1.80MPa） ℃ ISO75-93 151
熔接痕拉伸强度 MPa ISO527/2-93 36.5
拉伸强度保持率（150℃，1000hr） % ISO527/2-93 98
实施例二：
将62公斤聚丙烯PP M1200HS、0.5公斤酚类热稳定剂Irganox 1010（CIBA 公司）、0.5公斤亚磷酸酯类热稳定剂412S，0.5公斤加工助剂EBS、6公斤聚丙烯接枝马来酸酐高效相容剂CA-100、0.5公斤高效聚丙烯专用成核剂HPN-68L在长径比为1:40的双螺杆挤出机中熔融混合分散，30公斤欧文斯康宁高强度聚丙烯专用短切玻璃纤248A维通过计量秤从侧喂料加入，挤出温度为210℃，挤出造粒，最终得到产品B，其性能如下：
表2  复合材料B的性能
性  能 单位 测试标准 测试结果
拉伸强度 MPa ISO527/2-93 106
拉伸模量 MPa ISO178-93 8500
常温（23℃）缺口冲击强度 KJ/m2 ISO180-93 11.5
热变形温度（1.80MPa） ℃ ISO75-93 151
熔接痕拉伸强度 MPa ISO527/2-93 35.8
拉伸强度保持率（150℃，1000hr） % ISO527/2-93 99
实施例三：
将54公斤聚丙烯PP Z30S、0.6公斤酚类热稳定剂Irganox 1010（CIBA 公司）、0.2公斤亚磷酸酯类热稳定剂168、0.7公斤硫代酯类热稳定剂PS802，0.7公斤加工助剂EBS、8公斤聚丙烯接枝马来酸酐高效相容剂Bondyram 1001CN、0.8公斤高效聚丙烯专用成核剂Millad NX8000在长径比为1:40的双螺杆挤出机中熔融混合分散，35公斤欧文斯康宁高强度聚丙烯专用短切玻璃纤维249A通过计量秤从侧喂料加入，挤出温度为210℃，挤出造粒，最终得到产品C，其性能如下：
表3  复合材料C的性能
性  能 单位 测试标准 测试结果
拉伸强度 MPa ISO527/2-93 117
拉伸模量 MPa ISO178-93 9500
常温（23℃）缺口冲击强度 KJ/m2 ISO180-93 12.5
热变形温度（1.80MPa） ℃ ISO75-93 152
熔接痕拉伸强度 MPa ISO527/2-93 35.0
拉伸强度保持率（150℃，1000hr） % ISO527/2-93 98
实施例四：
将46公斤聚丙烯PP BX3900、0.9公斤酚类热稳定剂Irganox 1010（CIBA 公司）、0.2公斤亚磷酸酯类热稳定剂168、0.9公斤硫代酯类热稳定剂PS802，1.0公斤加工助剂EB-FF、10公斤聚丙烯接枝马来酸酐高效相容剂Bondyram 1001CN、1.0公斤高效聚丙烯专用成核剂TMP-5在长径比为1:40的双螺杆挤出机中熔融混合分散，40公斤欧文斯康宁高强度聚丙烯专用短切玻璃纤维249A通过计量秤从侧喂料加入，挤出温度为240℃，挤出造粒，最终得到产品D，其性能如下：
表4  复合材料D的性能
性  能 单位 测试标准 测试结果
拉伸强度 MPa ISO527/2-93 128
拉伸模量 MPa ISO178-93 10500
常温（23℃）缺口冲击强度 KJ/m2 ISO180-93 13.9
热变形温度（1.80MPa） ℃ ISO75-93 155
熔接痕拉伸强度 MPa ISO527/2-93 34.5
拉伸强度保持率（150℃，1000hr） % ISO527/2-93 97
由上述实验可看出该复合材料具有优异的机械性能、耐热性、焊接性能以及热稳定性。拉伸强度≥90MPa，拉伸模量≥6000MPa，常温（23℃）缺口冲击强度≥10KJ/m2，熔接痕拉伸强度≥32MPa，热变形温度（1.80MPa）≥150℃，拉伸强度保持率（150℃，1000hr）≥90%。以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明。

Claims (7)

1.一种可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下按总重量百分比计的各组分组成：
Figure FDA0000241557611
其中所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种，且所述均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的熔体流动速率均为0.01~100g/min；
所述高强度短切玻璃纤维为聚丙烯专用无碱玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、胺类和杯芳烃中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯专用成核剂为山梨醇类和有机磷酸盐类中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述界面相容剂为极性单体接枝聚丙烯，其中所述极性单体为可双键聚合的酸酐类单体、丙烯酸类单体和丙烯酸酯类单体中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述可双键聚合的酸酐类单体为马来酸酐、富马酸、衣康酸、柠康酸、柠康酸酐和乙烯基丁二酸酐中的至少一种；所述丙烯酸类单体为丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种；所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯中的至少一种。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：
将46~72wt.%聚丙烯、0.6~2.0wt.%热稳定剂、0.2~1.0wt.%加工助剂、0.2~1.0wt.%聚丙烯专用成核剂和2~10wt.%界面相容剂，在长径比为40: 1的双螺杆挤出机中熔融混合分散；将25~40wt.%高强度短切玻璃纤维通过精密计量秤从侧喂料口加入，挤出造粒，得可替代尼龙的玻纤增强聚丙烯复合材料，其中挤出温度为170~240℃。
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