CN104419060B - 一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料，其是由聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维5‑70份、聚丙烯30‑95份与助剂0‑30份制备而成。使用聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液来改性连续有机纤维，增加了连续有机纤维表面的官能度和表面粗糙度，与聚丙烯基体界面结合能力强，大大的改善有机纤维与基质的浸润性与相容性，最终制备的连续有机纤维填充聚丙烯具有高强度、超高韧性，具有广泛的应用前景。

Description

一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子改性材料领域，具体涉及一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
连续纤维填充热塑性树脂中的纤维单向排布，平均长度为5-30mm且长度方向与树脂粒料长度方向相同。与一般的短纤维填充热塑性塑料相比，它具有更加优异的抗冲击强度、拉伸强度、模量等力学性能。
连续有机纤维填充聚丙烯是近年来很热门的一项研究课题，大部分的研究者只是直接通过添加未经过处理的连续有机纤维填充聚丙烯，然后产品因为其相容性不好，力学性能很差。也有研究者把一些相容剂或偶联剂直接与基体树脂共混挤出，在熔体槽中浸润纤维，拉条，切粒。然而，这种方法存在严重的缺陷：纤维在通过熔体槽时，不经过剪切，直接被熔体槽中的熔体浸润，因为通过时间较短，相容剂或偶联剂与内部的纤维浸润性较差，从而使得最终产品强度、冲击性能提高的幅度有限。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有有机纤维填充聚丙烯存在的问题，提供一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料。
一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维5-70份；
聚丙烯30-95份；
助剂0-30份。
进一步，所述的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维是指有机纤维浸润在聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中经表面处理所得。
所述的聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液由聚丙烯蜡接枝马来酸酐与混合液按质量浓度比1-100g/L组成，所述混合液为二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1组成。
所述的助剂为抗氧剂、填料、润滑剂或光稳剂中的至少一种。
所述的有机纤维为尼龙纤维或聚酯纤维。
本发明的另一个目的是提供一种制备上述连续有机纤维填充聚丙烯复合材料的方法，包括如下步骤：
（1）把二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1配制成混合液，再将聚丙烯蜡接枝马来酸酐于室温条件下溶解于二甲苯与四氢呋喃的混合液中制成浓度为1-100g/L聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液；
（2）将表面未经过处理的有机纤维浸润到聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中1-2小时，取出干燥得到聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维；
（3）按配比把聚丙烯、助剂进行均匀混合后，从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；再将（2）制备的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维5-70份从熔体槽纤维入口加入，经牵引、压辊、切粒，得到连续有机纤维填充聚丙烯复合材料。
本发明制备的连续有机纤维单丝沿母粒长度方向平行排列，且与母粒颗粒长度相同，平均长度为5-30mm；
聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维中有机纤维浸润到聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中时间很关键，一般为1-2小时，如果浸润时间少于1小时浸润性较差，会降低后期产品的力学性能。
所述的混合液为二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1组成，这种混合溶剂毒性小，可以常温溶解聚丙烯蜡接枝马来酸酐。其中常温溶解一方面减少了溶剂的挥发，另一方面减少了由加热引起的能耗。
所述的聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶解于二甲苯与四氢呋喃中的浓度范围为1g/L-100g/L，这个优选的混合比例可以在最短的时间内溶解聚丙烯蜡接枝马来酸酐，大大缩短了溶解时间。
本发明实施例中选用的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物，光稳剂选用3,5-双叔丁基-4-羟基苯甲酸，润滑剂选用石蜡，填料选用滑石粉。
本发明的有益效果有：
（1）经过大量的实验，我们使用聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液来改性连续有机纤维，增加了连续有机纤维表面的官能度和表面粗糙度，与聚丙烯基体界面结合能力强，大大的改善有机纤维与基质的浸润性与相容性，最终制备的连续有机纤维填充聚丙烯具有高强度、超高韧性，具有广泛的应用前景。
（2）纤维浸润工艺简单，常温操作；既减少了溶剂的挥发，又减少了由加热引起的能耗。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域常规方法得到。除另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
本发明中力学测试方法如下：
拉伸性能的测试：ASTM D638,塑料拉伸性能试验方法，拉伸速度5mm/min。
冲击性能的测试：悬臂梁缺口冲击强度按照ASTM D256,塑料悬臂梁冲击试验方法。测试温度为-40℃。
实施例1
（1）把二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1配制成混合液，再将聚丙烯蜡接枝马来酸酐于室温条件下溶解于二甲苯与四氢呋喃的混合液中制成浓度为50g/L聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液；
（2）将表面未经过处理的尼龙纤维浸润到聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中2小时，取出干燥得到聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性尼龙纤维；
（3）按配比把55份聚丙烯、0.2份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168常温混合均匀后，从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；再将（2）制备的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性尼龙纤维45份从熔体槽纤维入口加入，经牵引、压辊、切粒，得到连续尼龙纤维填充聚丙烯复合材料。
实施例2
（1）把二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1配制成混合液，再将聚丙烯蜡接枝马来酸酐于室温条件下溶解于二甲苯与四氢呋喃的混合液中制成浓度为10g/L聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液；
（2）将表面未经过处理的聚酯纤维浸润到聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中1.5小时，取出干燥得到聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性聚酯纤维；
（3）按配比把75份聚丙烯、0.2份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.2份的3,5-双叔丁基-4-羟基苯甲酸、0.5份石蜡、29份滑石粉常温混合均匀后，从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；再将（2）制备的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性聚酯纤维25份从熔体槽纤维入口加入，经牵引、压辊、切粒，得到连续聚酯纤维填充聚丙烯复合材料。
实施例3
（1）把二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1配制成混合液，再将聚丙烯蜡接枝马来酸酐于室温条件下溶解于二甲苯与四氢呋喃的混合液中制成浓度为1g/L聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液；
（2）将表面未经过处理的聚酯纤维浸润到聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中1小时，取出干燥得到聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性聚酯纤维；
（3）按配比把95份聚丙烯从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；再将（2）制备的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性聚酯纤维5份从熔体槽纤维入口加入，经牵引、压辊、切粒，得到连续聚酯纤维填充聚丙烯复合材料。
实施例4
（1）把二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1配制成混合液，再将聚丙烯蜡接枝马来酸酐于室温条件下溶解于二甲苯与四氢呋喃的混合液中制成浓度为100g/L聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液；
（2）将表面未经过处理的尼龙纤维浸润到聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中1.5小时，取出干燥得到聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性尼龙纤维；
（3）按配比把75份聚丙烯、0.2份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.2份的3,5-双叔丁基-4-羟基苯甲酸常温混合均匀后，从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；再将（2）制备的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性尼龙纤维70份从熔体槽纤维入口加入，经牵引、压辊、切粒，得到连续尼龙纤维填充聚丙烯复合材料。
为了便于对比，以实施例1为基础进行对比例1-2来进行对比，对比例1-2如下：
对比例1
把55份的聚丙烯、0.2份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168常温均匀混合后，从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；把未经过改性的尼龙纤维45份从熔体槽纤维入口加入，经牵引，压辊，切粒，得到连续尼龙纤维填充聚丙烯复合材料。
对比例2
把55份的聚丙烯、0.2份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5份偶联剂KH550常温均匀混合后，从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；把未经过改性的尼龙纤维45份从熔体槽纤维入口加入，经牵引，压辊，切粒，得到连续尼龙纤维填充聚丙烯复合材料。
将本发明实施例1-4制备的连续有机纤维填充聚丙烯复合材料与对比例1-2制备的聚丙烯复合材料，按照ASTM D638 、ASTM D256对其拉伸性能与冲击性能进行试验，数据如下表所示：
拉伸强度（Mpa） 缺口冲击强度（J/M，-40℃）
实施例1 172 493
实施例2 117 410
实施例3 66 277
实施例4 193 345
对比例1 83 32
对比例2 91 58
从实验数据可以看出，本发明使用聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液来改性连续有机纤维，增加了连续有机纤维表面的官能度和表面粗糙度，与聚丙烯基体界面结合能力强，大大的改善纤维与基质的浸润性与相容性，最终制备的连续有机纤维填充聚丙烯具有高强度、超高韧性，具有广泛的应用前景。
实施例1与对比例1-2相比，其机械强度提高明显，实施例1的拉伸强度为对比例1的2倍多、缺口冲击强度为对比例1的15倍多。

Claims (4)

1.一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维5-70份；
聚丙烯30-95份；
助剂0-30份，
所述的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维是指有机纤维浸润在聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中1-2小时经表面处理所得；
所述的聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液由聚丙烯蜡接枝马来酸酐与混合液按质量浓度比1-100g/L组成，所述混合液为二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1组成。
2.根据权利要求1所述的一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的助剂为抗氧剂、填料、润滑剂或光稳剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种连续有机纤维填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的有机纤维为尼龙纤维或聚酯纤维。
4.一种制备如权利要求1所述的连续有机纤维填充聚丙烯复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）把二甲苯与四氢呋喃按体积比为10:1配制成混合液，再将聚丙烯蜡接枝马来酸酐于室温条件下溶解于二甲苯与四氢呋喃的混合液中制成浓度为1-100g/L聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液；
（2）将表面未经过处理的有机纤维浸润到聚丙烯蜡接枝马来酸酐溶液中1-2小时，取出干燥得到聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维；
（3）按配比把聚丙烯、助剂进行均匀混合后，从挤出机进料口中加入，熔融挤出至熔体槽；再将（2）制备的聚丙烯蜡接枝马来酸酐改性有机纤维5-70份从熔体槽纤维入口加入，经牵引、压辊、切粒，得到连续有机纤维填充聚丙烯复合材料。
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