CN104419058A - 一种聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚丙烯组合物及其生产方法，属于改性塑料领域。该材料由聚丙烯、玻璃纤维、相容剂、抗氧剂、金属钝化剂以及润滑剂组成。生产方法包括将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、金属钝化剂以及润滑剂加入高混机中进行混合，然后用双螺杆挤出机进行挤出，该熔体进入浸渍槽中，长玻璃纤维从浸渍槽中通过，得到被聚丙烯包覆好的复合材料。该发明产品具有优异的力学性能和好的长期耐热老化性能，可以用在洗衣机制件以及汽车电池包组件上面。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯改性材料领域，特别涉及一种耐热氧老化的玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP）是一种通用塑料，具有加工性能优良，机械性能好，耐腐蚀，价格低廉等优点，因而在汽车以及家电行业应用广泛，例如家电的各种零件、汽车内外饰件等制品。但是没有经过改性的聚丙烯在强度和耐热性方面比较差，无法满足较高要求制品的材料需求。
聚丙烯中含有大量不稳定的叔碳原子，特别容易受到热氧的攻击而发生性能的劣化，如发生颜色改变、机械性能劣化直至材料粉化。因此，许多产品都对聚丙烯提出长期耐热氧老化性能。另外，很多制件在使用过程中可能会受到短期高温的冲击，这就需要材料具有较高的热变形温度，聚丙烯本身的热变形温度达不到设计要求，因此需要对聚丙烯进行增强改性来提高材料的耐热变形温度。
发明内容
针对现在的塑料制品需要长期耐热以及较高热变形温度的要求，本发明通过对聚丙烯材料的改性，提供一种聚丙烯组合物及其制备方法。
本发明的一种聚丙烯组合物由下述重量配比的组分构成：
聚丙烯 50~85份；
相容剂 0.5~2份；
玻璃纤维 15~50份；
抗氧剂 1.0~2.0份；
金属钝化剂 0.1~0.2份；
润滑剂 0.3~0.5份；
其中，所述的聚丙烯为高流动性树脂，熔指大于50g/10min（230℃，2.16KG）；
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH），该接枝物可以提高聚丙烯与玻纤的界面粘结力，使材料具有更高的强度；
所述的玻璃纤维为长玻璃纤维，优选为直径较大（10-17μm）的长玻璃纤维热塑性增强材料专用玻纤（直径较大，不容易起毛断条）；
所述的润滑剂为酰胺类润滑剂，优选为如乙撑双硬脂酰胺EBS，或者为改性硅酮润滑剂；
所述的抗氧剂为1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯 （抗氧剂1330）、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）、β,β'-硫代二丙酸二硬脂酸酯（抗氧剂DSTDP）、聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯（光稳剂622）、聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}（光稳剂944）和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（抗氧剂168）中的至少一种。
所述的金属钝化剂为酰肼类化合物如为1,2-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼（MD1024）。
所述的具有长期耐热性能的聚丙烯组合物的制备方法如下：将50~85份的聚丙烯、0.5~2.0份相容剂、1.0~2.0份抗氧剂、0.1~0.2份金属钝化剂以及0.3~0.5份润滑剂混合均匀后经过挤出机充分熔融塑化，然后将熔体送入温度设置为220~240℃的熔体槽中，同时将15~50份长玻璃纤维加入熔体槽，调整挤出机的喂料速度以及牵引机的牵引速度玻纤含量在10~50%，得到玻纤增强聚丙烯复合材料。所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40：1，混合熔融温度设定为：第一段160~170℃，第二段170~180℃，第三段180~190℃，第四段190~200℃，第五段200~210℃，第六段200~210℃，机头温度215~225℃。
本发明的有益效果：
本发明的聚丙烯组合物，具有高流动性，可成型大型制件；在150℃热老化超过1500h不发生龟裂，具有较高的热变形温度（1.8Mpa下大于155℃）和好的长期耐热性能，可用于洗衣机滚筒以及汽车电池包组件。
具体实施方式
为了能够更清楚的理解本发明的技术内容，下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种聚丙烯组合物，按重量分数，由下列组分组成：
聚丙烯 85份，
长玻璃纤维 15份，
相容剂PP-g-MAH 0.5份，
抗氧剂1330 0.2份，
抗氧剂168 0.2份，
抗氧剂DSTDP 0.6份，
光稳剂944 0.6份，
金属钝化剂MD1024 0.2份，
润滑剂EBS 0.3份。
本实施例的连续长玻璃纤维增强PP复合材料的制备方法如下：
1）将85份PP与0.2份抗氧剂1330、0.2份抗氧剂168、0.6份抗氧剂DSTDP、0.6份光稳剂944、0.2份金属钝化剂MD1024、0.3份润滑剂EBS以及0.5份相容剂PP-g-MAH在高速混合机中室温下混合15 分钟得到混合物；
2）将步骤（1）所得混合物加入到双螺杆挤出机中充分熔融混合，螺杆1~6区温度分别为150~170℃，170~190℃，180~200℃，190~210℃，200~220℃，210~230℃，机头为215~235℃，熔体由双螺杆挤出机进入到浸渍熔体槽中；多股连续长玻璃纤维由长纤维入口通道成股进入浸渍熔体槽中，浸渍熔体槽模具的温度设定在220℃，纤维在浸渍熔体槽中被树脂熔体充分浸渍，并经过热处理消除内应力；
3）经过浸渍和热处理的连续长玻璃纤维/PP复合材料经牵引机引出并切粒，通过控制喂料速度以及牵引机转速来控制玻纤含量，得到长玻纤增强PP复合材料。该复合材料样品的性能见表1。
对比例1
一种聚丙烯组合物，按重量分数，由下列组分组成：
聚丙烯 85份，
长玻璃纤维 15份，
相容剂PP-g-MAH 0.5份，
抗氧剂1330 0.2份，
抗氧剂168 0.2份，
金属钝化剂MD1024 0.2份，
润滑剂EBS 0.3份。
本实施例的连续长玻璃纤维增强PP复合材料的制备方法如下：
1）将85份PP与0.2份抗氧剂1330、0.2份抗氧剂168、0.2份金属钝化剂MD1024、0.3份润滑剂EBS以及0.5份相容剂PP-g-MAH在高速混合机中室温下混合15 分钟得到混合物；
2）将步骤（1）所得混合物加入到双螺杆挤出机中充分熔融混合，螺杆1~6区温度分别为150~170℃，170~190℃，180~200℃，190~210℃，200~220℃，210~230℃，机头为215~235℃，熔体由双螺杆挤出机进入到浸渍熔体槽中；多股连续长玻璃纤维由长纤维入口通道成股进入浸渍熔体槽中，浸渍熔体槽模具的温度设定在220℃，纤维在浸渍熔体槽中被树脂熔体充分浸渍，并经过热处理消除内应力；
3）经过浸渍和热处理的连续长玻璃纤维/PP复合材料经牵引机引出并切粒，通过控制喂料速度以及牵引机转速来控制玻纤含量，得到长玻纤增强PP复合材料。该复合材料样品的性能见表1。
实施例2
一种聚丙烯组合物，按重量分数，由下列组分组成：
聚丙烯 70份，
长玻璃纤维 30份，
相容剂PP-g-MAH 1.2份，
抗氧剂1010 0.2份，
抗氧剂168 0.2份，
抗氧剂DSTDP 0.6份，
光稳剂622 0.5份，
金属钝化剂MD1024 0.15份，
润滑剂GM-100 0.4份。
本实施例的连续长玻璃纤维增强PP复合材料的制备方法如下：
1）将85份PP与0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.6份抗氧剂DSTDP、0.5份光稳剂622、0.15份金属钝化剂MD1024、0.4份润滑剂GM-100以及1.2份相容剂PP-g-MAH在高速混合机中室温下混合15 分钟得到混合物；
2）将步骤（1）所得混合物加入到双螺杆挤出机中充分熔融混合，螺杆1~6区温度分别为150~170℃，170~190℃，180~200℃，190~210℃，200~220℃，210~230℃，机头为215~235℃，熔体由双螺杆挤出机进入到浸渍熔体槽中；多股连续长玻璃纤维由长纤维入口通道成股进入浸渍熔体槽中，浸渍熔体槽模具的温度设定在220℃，纤维在浸渍熔体槽中被树脂熔体充分浸渍，并经过热处理消除内应力；
3）经过浸渍和热处理的连续长玻璃纤维/PP复合材料经牵引机引出并切粒，通过控制喂料速度以及牵引机转速来控制玻纤含量，得到长玻纤增强PP复合材料。该复合材料样品的性能见表1。
对比例2
一种聚丙烯组合物，按重量分数，由下列组分组成：
聚丙烯 70份，
长玻璃纤维 30份，
相容剂PP-g-MAH 1.2份，
抗氧剂1010 0.2份，
抗氧剂168 0.2份，
金属钝化剂MD1024 0.15份，
润滑剂GM-100 0.4份。
本实施例的连续长玻璃纤维增强PP复合材料的制备方法如下：
1）将70份PP与0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.15份金属钝化剂MD1024、0.4份润滑剂GM-100以及1.2份相容剂PP-g-MAH在高速混合机中室温下混合15 分钟得到混合物；
2）将步骤（1）所得混合物加入到双螺杆挤出机中充分熔融混合，螺杆1~6区温度分别为150~170℃，170~190℃，180~200℃，190~210℃，200~220℃，210~230℃，机头为215~235℃，熔体由双螺杆挤出机进入到浸渍熔体槽中；多股连续长玻璃纤维由长纤维入口通道成股进入浸渍熔体槽中，浸渍熔体槽模具的温度设定在220℃，纤维在浸渍熔体槽中被树脂熔体充分浸渍，并经过热处理消除内应力；
3）经过浸渍和热处理的连续长玻璃纤维/PP复合材料经牵引机引出并切粒，通过控制喂料速度以及牵引机转速来控制玻纤含量，得到长玻纤增强PP复合材料。该复合材料样品的性能见表1。
实施例3
一种聚丙烯组合物，按重量分数，由下列组分组成：
聚丙烯 50份，
长玻璃纤维 50份，
相容剂PP-g-MAH 2.0份，
抗氧剂1330 0.2份，
抗氧剂168 0.2份，
抗氧剂DSTDP 0.4份，
光稳剂944 0.2份，
金属钝化剂MD1024 0.1份，
润滑剂EBS 0.5份。
本实施例的连续长玻璃纤维增强PP复合材料的制备方法如下：
1）将50份PP与0.2份抗氧剂1330、0.2份抗氧剂168、0.1份金属钝化剂MD1024、0.4份抗氧剂DSTDP、0.2份光稳剂944、0.5份润滑剂EBS以及2.0份相容剂PP-g-MAH在高速混合机中室温下混合15 分钟得到混合物；
2）将步骤（1）所得混合物加入到双螺杆挤出机中充分熔融混合，螺杆1~6区温度分别为150~170℃，170~190℃，180~200℃，190~210℃，200~220℃，210~230℃，机头为215~235℃，熔体由双螺杆挤出机进入到浸渍熔体槽中；多股连续长玻璃纤维由长纤维入口通道成股进入浸渍熔体槽中，浸渍熔体槽模具的温度设定在220℃，纤维在浸渍熔体槽中被树脂熔体充分浸渍，并经过热处理消除内应力；
3）经过浸渍和热处理的连续长玻璃纤维/PP复合材料经牵引机引出并切粒，通过控制喂料速度以及牵引机转速来控制玻纤含量，得到长玻纤增强PP复合材料。该复合材料样品的性能见表1。
对比例3
一种聚丙烯组合物，按重量分数，由下列组分组成：
聚丙烯 50份，
长玻璃纤维 50份，
相容剂PP-g-MAH 2.0份，
抗氧剂1010 0.2份，
抗氧剂168 0.2份，
金属钝化剂MD1024 0.1份，
润滑剂EBS 0.3份。
本实施例的连续长玻璃纤维增强PP复合材料的制备方法如下：
1）将50份PP与0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.1份金属钝化剂MD1024、0.5份润滑剂EBS以及2.0份相容剂PP-g-MAH在高速混合机中室温下混合15 分钟得到混合物；
2）将步骤（1）所得混合物加入到双螺杆挤出机中充分熔融混合，螺杆1~6区温度分别为150~170℃，170~190℃，180~200℃，190~210℃，200~220℃，210~230℃，机头为215~235℃，熔体由双螺杆挤出机进入到浸渍熔体槽中；多股连续长玻璃纤维由长纤维入口通道成股进入浸渍熔体槽中，浸渍熔体槽模具的温度设定在220℃，纤维在浸渍熔体槽中被树脂熔体充分浸渍，并经过热处理消除内应力；
3）经过浸渍和热处理的连续长玻璃纤维/PP复合材料经牵引机引出并切粒，通过控制喂料速度以及牵引机转速来控制玻纤含量，得到长玻纤增强PP复合材料。该复合材料样品的性能见表1。
表1 各实验例所得产品的力学性能测试结果
| 性能/单位 | 测试方法 | 实施例1 | 对比例1 | 实施例2 | 对比例2 | 实施例3 | 对比例3 |
| 拉伸强度/ MPa | ISO527 | 82.3 | 81.5 | 110 | 112 | 125 | 123 |
| 弯曲模量/ MPa | ISO178 | 3013 | 5428 | 5319 | 6954 | 10016 | 10030 |
| 弯曲强度/ MPa | ISO178 | 109 | 142 | 145 | 148 | 180 | 182 |
| 缺口冲击性能/KJ/m2 | ISO180 | 16 | 16 | 23 | 24 | 28 | 28 |
上述实施例制备的长期耐热长玻纤增强聚丙烯材料在150℃下烘箱中的老化结果如下表2：
表2各实验例所得产品的耐热性测试结果
| 测试项目 | 测试条件 | 实施例1 | 对比例1 | 实施例2 | 对比例2 | 实施例3 | 对比例3 |
| 耐热性 | 150℃，烘箱 | ≥1500h | ≤500h | ≥1500h | ≤500h | ≥1500h | ≤500h |
从上面结果可以看出，不同的抗氧剂配方对材料的力学性能并没有影响；抗氧剂DSTDP与受阻胺类光稳剂对材料的耐热氧老化性能有很大的提高作用，材料可以在150℃烘箱中热老化1500h后材料性能基本不变，而没有加DSTDP和受阻胺光稳剂的材料则在500h就已经发生龟裂。
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 (9)
1.一种聚丙烯组合物，其特征在于，由以下重量份的组分制成：
聚丙烯 50~85份；
相容剂 0.5~2份；
玻璃纤维 15~50份；
抗氧剂 1.0~2.0份；
金属钝化剂 0.1~0.2份；
润滑剂 0.3~0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯组合物，其特征在于，所述的聚丙烯在230℃、2.16KG条件下的熔指大于50g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯组合物，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯组合物，其特征在于，所述的玻璃纤维为长玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯组合物，其特征在于，所述的润滑剂为酰胺类润滑剂或者硅酮类润滑剂。
6.根据权利要求1所述的一种聚丙烯组合物，其特征在于，所述的抗氧剂为1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、抗氧剂β,β'-硫代二丙酸二硬脂酸酯、聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯、聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种聚丙烯组合物，其特征在于，所述的金属钝化剂为酰肼类化合物。
8.权利要求1所述的一种聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，将50~85份的聚丙烯、0.5~2.0份相容剂、1.0~2.0份抗氧剂、0.1~0.2份金属钝化剂以及0.3~0.5份润滑剂混合均匀后经过挤出机充分熔融塑化，然后将熔体送入温度设置为220~240℃的熔体槽中，同时将15~50份长玻璃纤维加入熔体槽，调整挤出机的喂料速度以及牵引机的牵引速度玻纤含量在10~50%，得到玻纤增强聚丙烯复合材料。
9.如权利要求8所述聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆各区温度分别为150~170℃，170~190℃，180~200℃，190~210℃，200~220℃，210~230℃，机头为215~235℃。
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