CN104194155A - 一种长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯材料及其制备方法，尤其是一种长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明的原料由以下重量份的组分组成：聚丙烯30-60份，无机粉体10-40份，长玻璃纤维母粒5-40份，发泡母粒0.5-10份，抗氧剂0.2-2份。其有益效果是：采用长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料，显著提高了材料的拉伸、冲击强度、模量和耐热性能，获得了性能优异且环保的聚丙烯微发泡材料。产品可应用到汽车的结构制件，如车门内板模块、前端支架、冷却风扇、换挡器底座等，实现汽车结构制件用材料轻量化；也可用于其它领域，比如建筑、电子、造船等。

Description

一种长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其是一种长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。 
背景技术
能源危机和环境污染的双重压力下，轻量化已经成为汽车工业发展的必然趋势。在车用塑料中，改性聚丙烯材料用量一直占据第一位，其制件种类亦最多，并且仍以每年2.2％—2.8％的速度加快增长。聚丙烯微发泡材料具有独有的致密表层和发泡芯层结构，在保证材料基本性能的前提下，显著减轻制件重量，实现汽车轻量化。已在汽车部件，如仪表板、门板护板、保险杠、立柱护板等应用。 
然而，由于聚丙烯微发泡材料综合性能较低，限制了其在汽车结构制件上的应用，比如，车门内板模块、前端支架、冷却风扇、换挡器底座等。专利CN102675734A公开了一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，将超临界流体注入注塑机螺杆均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，然后通过注塑成型，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料；尽管以上努力明显改善了聚丙烯微发泡材料力学等性能，然而，还是达不到在以上所述汽车结构制件应用的性能要求，难以实现聚丙烯微发泡材料在这些结构件上的应用。 
发明内容
本发明采用长玻璃纤维增强技术，确保聚丙烯微发泡材料轻量化前提下，大幅提高其力学强度、模量和耐热性能，获得了具有轻量化特征的高性能微发泡材料，并提供该材料的制备方法。工艺简单，生产成本低，效率高、易于实现工业化。 
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料，按重量份数，称取聚丙烯30-60份、无机粉体10-40份、抗氧剂0.2-2份。 
将以上组分按照比例加入到高速混合机中，混合3-6min；其中，聚丙烯基料熔融指数为5-50g/10min，优选10-40g/10min的聚丙烯；无机矿物粉体为碳酸钙和滑石粉中的一种，优选滑石粉；主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂中的一种或几种，优选1010，辅抗氧剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种，优选168； 
将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒，得到矿物填充聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机料筒温度为170-270℃，螺杆转速50r/min； 
将所得到的矿物填充聚丙烯复合材料60-94.5份与长玻璃纤维母粒5-30份、发泡剂0.5-10份放入混合机中混合均匀；其中，长玻璃纤维母粒中的连续长玻璃纤维优选单丝直径为2400Tex17μm的玻璃纤维；聚丙烯优选熔融指数大于60g/10min的聚丙烯；相容剂为马莱酸酐接枝聚乙烯型、马莱酸酐接枝聚丙烯型中的一种，优选马莱酸酐接枝聚丙烯型，发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛、偶氮二碳酸胺中的一种或几种的组合物，优选偶氮二甲酰胺。 
将矿物填充聚丙烯材料、长玻璃纤维母粒、发泡剂混合物加入到注塑机中，注塑成型得到长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280℃，注射压力为40-80MPa，注射速度为40-80mm/s，冷却时间为10-30s。 
本发明的原料来源广泛、成本低廉，产品可通过普通注塑机实现，操作简单。其有益效果是：相比未加纤、以及常规玻纤增强聚 丙烯微发泡材料，长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，减轻材料重量的同时，大幅提高拉伸强度、模量、抗冲击性能和耐热性能，进一步降低生产成本。产品可应用到汽车的内外塑料结构件代替现有实心改性聚丙烯注塑制件，并可代替部分工程塑料制件，实现汽车材料轻量化；也可用于其它领域，比如建筑、电子、造船工业等。 
具体实施方式
实施例一 
将熔融指数为10g/10min的聚丙烯30份、滑石粉29份、抗氧剂1680.6份、抗氧剂10100.4份的混合物放入高速混合机，混合6分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将30份长玻璃纤维母粒、10份发泡母粒与60份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280℃，注射压力为60MPa，注射速度为70mm/s，冷却时间为15s。所得复合材料性能对比如下表所示： 
表1长玻璃纤维增强微发泡材料与未加玻纤、常规玻纤增强的材料性能对比 
实施例二 
将熔融指数为26g/10min的聚丙烯48份、滑石粉40份、抗氧剂1681.2份、抗氧剂10100.8份的混合物放入高速混合机，混合3分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将5份长玻璃纤维母粒、5份发泡母粒与90份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280℃，注射压力为50MPa，注射速度为80mm/s，冷却时间为10s。所得复合材料性能对比如下表所示： 
表2长玻璃纤维增强微发泡材料与未加纤、常规玻纤增强的材料性能对比 
实施例三 
将熔融指数为40g/10min的聚丙烯60份、滑石粉10份、抗氧剂1680.3份、抗氧剂10100.2份的混合物放入高速混合机，混合3分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将29份长玻璃纤维母粒、0.5份发泡母粒与70.5份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280℃，注射压力为80MPa，注射速度为60mm/s，冷却时间为30s。所得复合材料性能对比如下表所示： 
表3长玻璃纤维增强微发泡材料与未加纤、常规玻纤增强的材料性能对比 
实施例四 
将熔融指数为15g/10min的聚丙烯56份、滑石粉20份、抗氧剂1680.12份、抗氧剂10100.08份的混合物放入高速混合机，混合3分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min； 最后将20份长玻璃纤维母粒、3.8份发泡母粒与76.2份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280℃，注射压力为40MPa，注射速度为50mm/s，冷却时间为10s。所得复合材料性能对比如下表所示： 
表4长玻璃纤维增强微发泡材料与未加纤、常规玻纤增强的材料性能对比 
实施例五 
将熔融指数为30g/10min的聚丙烯44份、滑石粉10份、抗氧剂1680.6份、抗氧剂10100.4份的混合物放入高速混合机，混合3分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将40份长玻璃纤维母粒、5份发泡母粒与55份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280℃，注射压力为70MPa，注射速度为80mm/s，冷却时间为18s。所得复合材料性能对比如下表所示： 
表5长玻璃纤维增强微发泡材料与未加纤、常规玻纤增强的材料性能对比 
从以上实施例与未加纤、常规玻纤增强聚丙烯微发泡材料性能对比可以看出，在保证聚丙烯材料轻量化的前提下，长玻璃纤维对聚丙烯微发泡材料力学和耐热性能具有显著提升效果，强度、刚性和热变形温度明显优于前二者的。本发明的另一个特点是加工周期明显缩短，显著降低生产成本。产品具有优异的尺寸稳定性。另外，可根据不同需求，调整配方比例，达到所需目标性能，减少材料用量。 
本发明采用长玻璃纤维增强技术，在保证实现聚丙烯材料轻量化的前提下，有效改善产品尺寸稳定性，提高制品刚性、强度和耐热性能，实现聚丙烯微发泡材料高性能化。同时，缩短加工周期，降低生产成本。本产品可通过普通注塑工艺实现，操作简单，实用性强。产品除了适用于汽车内、外塑料结构制件外，还可用于建筑、电子、体育器材等行业领域。 
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的技术范围 内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，原料由以下重量份的组分组成： 
聚丙烯30-60份 
长玻璃纤维母粒5-40份 
无机粉体10-40份 
发泡剂0.5-10份 
抗氧剂0.2-2份。 
2.根据权利要求1所述长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔融指数为5-50g/10min。 
3.根据权利要求1所述长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述长玻璃纤维母粒由重量分数为60％的玻璃纤维、35％聚丙烯和5％相容剂组成。 
4.根据权利要求3所述长玻璃纤维母粒，其特征在于：所述长玻璃纤维为连续无捻粗纱，纤维类型为E玻纤，纤维单丝直径为2400Tex17μm，1200Tex16μm；聚丙烯熔融指数大于60g/10min；相容剂为马莱酸酐接枝聚丙烯型。 
5.根据权利要求1所述长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述无机粉体为滑石粉或碳酸钙。 
6.根据权利要求4所述长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛、偶氮二碳酸胺中的至少一种。 
7.根据权利要求1所述长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述抗氧剂分为主抗氧剂和辅抗氧剂，按照2：3的比例添加，所述主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂中的至少一种，辅抗氧剂剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。 
8.根据权利要求1-7所述，任一长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，包括以下步骤： 
(1)将聚丙烯30-60份、无机粉体10-40份、抗氧剂0.2-2份放入高速混合机中混合3-6min，然后将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒，得到矿物填充聚丙烯复合材料； 
(2)将步骤(1)中所得到的矿物填充聚丙烯复合材料60-94.5份、长玻璃纤维母粒5-40份、发泡剂0.5-10份放入混合机中混合，获得均匀三者均匀混合物； 
(3)将上述步骤(2)中得到的混合物加入到注塑机中，注塑成型得到具有结皮结构的长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料，注塑机料筒温度180-280℃，注射压力为40-80MPa，注射速度为40-80mm/s，冷却时间为10-30s。 
9.根据权利要求8所述长玻璃纤维增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，双螺杆挤出机料筒温度为170-270℃，螺杆转速50r/min。 
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