CN104100782A - 一种玻璃纤维增强聚丙烯双层挤出管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种玻璃纤维增强聚丙烯双层挤出管材及其制备方法,所述双层挤出管材是由内层材料与外层材料分别经挤出机同时挤出、复合成型的,所述内层材料为玻璃纤维增强聚丙烯材料,所述外层材料为改性聚丙烯材料。本发明管材是由内层材料与外层材料经挤出机同时挤出、复合成型的,其强度好、韧性高,并提高了管材的耐寒性、稳定性与适应性。本发明管材的制备方法简单,易操作;通过管材模具的不同,可制备不同规格不同用途的管件以满足社会的需求。
Description
技术领域
本发明属于聚合物加工技术领域,涉及一种玻璃纤维增强聚丙烯双层挤出管材及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种结构规整的结晶性聚合物,为白色粒料或粉料,是无味、无毒、质轻的热塑性树脂,具备易加工、冲击强度、挠曲性以及电绝缘性好等优点;同时还具有良好的耐化学性能,在汽车工业、家用电器、电子、包装、建材及家具等方面具有广泛的应用。但是PP也存在一些不足之处,它的耐寒性差、低温易脆断、收缩率大、抗蠕变性差、制品尺寸稳定性差,容易产生翘曲变形等缺点,因此为了扩大其适应性,需要对聚丙烯进行改性。
玻璃纤维增强聚丙烯管材不但具备了聚丙烯良好的化学性能,又具备了玻纤材料特有的力学性能,玻纤增强聚丙烯挤出材料能生产多种规格的管材和异型材,扩大其应用。而且外层包覆聚丙烯材料不仅可以消除玻纤的浮纤问题,还可用作外观件;另外聚丙烯可被染成多种颜色,进一步扩大了其应用范围。
韩敏(上海杰事杰新材料股份有限公司)等公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯组合物(中国专利CN 1235990A);冯威(中国科学院化学研究所)等使用聚合级聚丙烯、化学降解聚丙烯、聚丙烯、乙烯/α-烯烃共聚物等共混制成一种薄壁聚丙烯材料(中国专利CN 1247207A);李崇勋(漯河市森鑫塑业有限公司)等制备了使用聚丙烯50-100份、晶须10-50份、润滑剂0.5-5份、偶联剂0.5-10份等制备了一种晶须增强聚丙烯材料(中国专利CN 1702109A)。以上专利均涉及增强聚丙烯挤出管件,但都是单层,且外观易出现浮纤,只能用作室内或地下管件,而不能用作外观件。
发明内容
针对以上现有技术的局限性,本发明的目的是提供一种玻璃纤维增强聚丙烯双层挤出管材。
本发明的另一个目的是提供一种玻璃纤维增强聚丙烯双层挤出管材的制备方法。
本发明的技术方案如下:
本发明提供了一种玻璃纤维增强聚丙烯双层挤出管材,所述双层挤出管材是由内层材料与外层材料经挤出机同时挤出、复合成型的,所述内层材料为玻璃纤维增强聚丙烯材料,所述外层材料为改性聚丙烯材料。
所述玻璃纤维增强聚丙烯材料是由下列组份按重量份组成:
聚丙烯 70-93份;
玻璃纤维 5-20份;
马来酸酐接枝聚丙烯 2-10份;
分散剂 0-1份;
偶联剂 0-1份。
所述改性聚丙烯材料是由下列组份按重量份组成:
聚丙烯 100份;
抗氧剂 0-1份;
光稳剂 0-1份;
分散剂 0-0.5份。
所述聚丙烯的熔融指数是指在230℃/2.16kg条件下为1.5-5g/10min,
所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维,其公制号数为1000-2500 tex、直径为8-15 μm。
所述马来酸酐接枝聚丙烯为聚丙烯与酸酐接枝的低聚物,其熔融指数是指在230℃/2.16kg条件下为70-110 g/10min。
所述分散剂选自乙撑双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸钙、硬脂酸中的至少一种。
所述偶联剂为硅烷偶联剂,所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)。
所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或含硫化合物中的一种。
所述的受阻酚类抗氧剂优选单酚抗氧剂、双酚抗氧剂、多元酚抗氧剂;进一步优选抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010);
所述的亚磷酸酯类抗氧剂优选亚磷酸烷基酯、亚磷酸芳基酯或亚磷酸烷基芳基酯;进一步优选为抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168);
所述的含硫化合物优选自硫代酯、硫醚、二硫化物或硫醇;进一步优选抗氧剂2,4-二(正辛基硫亚甲基)-6-甲基苯酚(抗氧剂1520)。
所述光稳剂选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基苯基)苯并三唑、三丙酮胺或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)。
本发明还提供了上述的双层挤出管材的制备方法,包括以下步骤:
1)将聚丙烯70-93份、马来酸酐接枝聚丙烯2-10份、分散剂0-1份、偶联剂0-1份于60℃-90℃的高速混合机中使用500-1500r/min混合5-10min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂0-1份、光稳剂0-1份、分散剂0-0.5份在60℃-90℃高速混合机中使用500-1500r/min混合5-10min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维5-20份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。
本发明同现有技术相比,具有以下优点和有益效果:
1、本发明管材是由内层材料与外层材料经挤出机同时挤出、复合成型的,其强度好、韧性高,并提高了管材的耐寒性、稳定性与适应性。
2、由于管材的外层包覆有改性聚丙烯材料,使管材的耐候效果更好,并且管材的表面光洁无浮纤,也适于做成多种颜色,扩大了其应用范围。
3、本发明管材的内层材料是由玻璃纤维增强聚丙烯材料制成,提高了管材强度与韧性,且随之玻纤含量越高,材料的增强效果越好,但韧性并没有明显下降。
4、本发明管材的制备方法简单,易操作;通过管材模具的不同,可制备不同规格不同用途的管件以满足社会的需求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
所用双螺杆挤出机的长径比35:1,生产厂家:德国BRABEBDER公司。
本发明的实施中优先使用下述原料:PP树脂为共聚PP;所用的偶联剂KH550、KH570为市售; 所用的抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1520为市售;所用的光稳剂UV-531、2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基苯基)苯并三唑、三丙酮胺为市售;所用分散剂乙撑双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸钙、硬脂酸为市售。
本发明的产品是采用ISO的标准进行测试,所生产管材在23℃、相对湿度50%条件下稳定24h后进行性能测试,所进行的物理机械性能测试有:
管材落锤冲击测试:落锤高度为2m,锤重为5kg;
拉伸强度:按照ISO 527标准制样测试;
弯曲模量:按照ISO 178标准制样测试;
简支梁缺口冲击测试:按照ISO 179标准制样测试;
熔融指数:按照ISO 1133标准制样测试。
实施例1
1)将聚丙烯70份、马来酸酐接枝聚丙烯10份、分散剂硬脂酸钙1份、偶联剂KH550为1份在60℃高速混合机中使用500r/min混合10min;
2)将聚丙烯100份在60℃高速混合机中使用500r/min,混合5min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维20份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。
性能测试结果见表1。
实施例2
1)将聚丙烯93份、马来酸酐接枝聚丙烯2份在90℃高速混合机中使用1500r/min混合5min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂1010为1份、光稳剂UV-531为1份、分散剂 硬脂酸0.5份在90℃高速混合机中使用500r/min,混合10min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维5份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃性能测试结果见表1。
实施例3
1)将聚丙烯80份、马来酸酐接枝聚丙烯7份、分散剂 EBS 为0.5份、分散剂硬脂酸 0.1份、偶联剂KH570为 0.5份在80℃高速混合机中使用700r/min混合8min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂168为 0.5份、光稳剂UV-531为 0.5份、分散剂硬脂酸钙 0.25份在70℃高速混合机中使用1000r/min混合6min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维13份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。性能测试结果见表1。
实施例4
1)将聚丙烯85份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、分散剂硬脂酸钙 0.2份、偶联剂KH550 为0.2份在70℃高速混合机中使用800r/min混合5min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂1010为 0.2份、光稳剂UV-531为0.2份、分散剂硬脂酸钙 0.3份在75℃高速混合机中使用900r/min混合9min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维10份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃性能测试结果见表1。
实施例5
1)将聚丙烯75份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、分散剂EBS 为0.2份、分散剂硬脂酸钙 0.2份、偶联剂KH550为 0.1份在80℃高速混合机中使用1500r/min混合10min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂1520 0.4份、光稳剂UV-531为 0.4份、分散剂EBS为0.5份在80℃高速混合机中使用700r/min混合10min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维20份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。性能测试结果见表1。
实施例6
1)将聚丙烯90份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、分散剂硬脂酸0.3份、偶联剂KH550 为0.3份在70℃高速混合机中使用600r/min混合5min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂168为0.7份、光稳剂UV-531为0.2份、分散剂硬脂酸钙 0.3份在70℃高速混合机中使用550r/min混合5min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维5份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。性能测试结果见表1。
表1
从表1中可以看出,实施例1-9中,管材的内层材料是由玻璃纤维增强聚丙烯材料制成的,提高了管材的其中拉伸强度、简支梁缺口冲击强度等材料强度。并随之玻纤含量越高,材料的增强效果越好,但韧性并没有明显下降。在管材专用落锤冲击测试下,不同配比的材料也都通过了测试没有裂痕;通过管材模具的不同,可制备不同规格不同用途的管件以满足社会的需求。
实施例7
1)将聚丙烯83份、马来酸酐接枝聚丙烯7份、分散剂EBS 为0.3份、偶联剂KH550为0.3份在70℃高速混合机中使用600r/min混合5min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂1010为0.7份、光稳剂2,4-二羟基二苯甲酮为0.2份、分散剂EBS为0.3份在70℃高速混合机中使用550r/min混合5min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维10份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。
实施例8
1)将聚丙烯78份、马来酸酐接枝聚丙烯7份、分散剂EBS为 0.3份、偶联剂KH550为 0.3份在70℃高速混合机中使用600r/min混合5min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂1010 为0.7份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮为 0.2份、分散剂EBS 为0.3份在70℃高速混合机中使用550r/min混合5min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维15份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。
实施例9
1)将聚丙烯87份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、分散剂EBS为0.3份、偶联剂KH550为0.3份在70℃高速混合机中使用600r/min混合5min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂1010为0.7份、光稳剂、2-(2’-羟基苯基)苯并三唑为0.2份、分散剂EBS为0.3份在70℃高速混合机中使用1500r/min混合5min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维8份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出温度区间为160~220℃。
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)
1.一种玻璃纤维增强聚丙烯双层挤出管材,其特征在于:所述双层挤出管材是由内层材料与外层材料分别经挤出机同时挤出、复合成型的,所述内层材料为玻璃纤维增强聚丙烯材料,所述外层材料为改性聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的双层挤出管材,其特征在于:所述玻璃纤维增强聚丙烯材料是由下列组份按重量份组成:
聚丙烯 70-93份;
玻璃纤维 5-20份;
马来酸酐接枝聚丙烯 2-10份;
分散剂 0-1份;
偶联剂 0-1份。
3.根据权利要求1所述的双层挤出管材,其特征在于:所述改性聚丙烯材料是由下列组份按重量份组成:
聚丙烯 100份;
抗氧剂 0-1份;
光稳剂 0-1份;
分散剂 0-0.5份。
4.根据权利要求2或3所述的双层挤出管材,其特征在于:所述聚丙烯的熔融指数是指在230℃/2.16kg条件下为1.5-5g/10min。
5.根据权利要求2所述的双层挤出管材,其特征在于:所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维,其公制号数为1000-2500 tex、直径为8-15 μm;所述马来酸酐接枝聚丙烯为聚丙烯与酸酐接枝的低聚物,其熔融指数是指在230℃/2.16kg条件下为70-110 g/10min。
6.根据权利要求2或3所述的双层挤出管材,其特征在于:所述分散剂选自乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的双层挤出管材,其特征在于:所述偶联剂为硅烷偶联剂,所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
8.根据权利要求3所述的双层挤出管材,其特征在于:所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或含硫化合物中的一种。
9.根据权利要求3所述的双层挤出管材,其特征在于:所述光稳剂选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基苯基)苯并三唑、三丙酮胺或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
10.一种制备如权利要求1所述的双层挤出管材方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)将聚丙烯70-93份、马来酸酐接枝聚丙烯2-10份、分散剂0-1份、偶联剂0-1份于60℃-90℃的高速混合机中使用500-1500r/min混合5-10min;
2)将聚丙烯100份、抗氧剂0-1份、光稳剂0-1份、分散剂0-0.5份在60℃-90℃高速混合机中使用500-1500r/min混合5-10min;
3)将(1)中的混合物料投入第一台双螺杆挤出机中,再将玻璃纤维5-20份从第一双螺杆挤出机的玻纤口加入挤出成型;同时将(2)中的混合物料投入第二双螺杆挤出机中挤出成型,两台双螺杆挤出机同时挤出内层材料与外层材料,并在挤出模口时将它们进行复合即成聚丙烯双层挤出管材;所述第一双螺杆挤出机、第二双螺杆挤出机的挤出区间各段温度为160~220℃。
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