CN104530558A - 耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，按重量百分比计，具有如下原料配方：连续纤维增强聚丙烯母粒20～60％、改性光稳定剂母粒20～70％、第一聚丙烯树脂0～10％；相较于现有技术，本发明通过对原料配方进行优化创新，即添加了由第二聚丙烯树脂、光稳定剂、碱性化合物和热稳定剂制成的改性光稳定剂母粒，所述改性光稳定剂母粒的添加，不仅提高了复合材料的力学性能，还大大提升了复合材料的耐候性能，从而具有广阔的市场前景和市场效益。

Description

耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料的加工技术领域，尤其涉及一种耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯材料作为五大通用塑料之一，在日常生活及工农业生产中具有广泛的应用，如应用于家电外壳、洗衣机滚筒、电动工具等。但随着工业化的发展，如何降低成本成为很多公司开发新产品所竭力追求的目标，因此，一些之前常用的工程塑料制件慢慢地被玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制件所取代。
一般情况下，我们为了提高聚丙烯材料的耐候性能，通常会在配方中加入抗紫外剂，但由于在玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的生产过程中还需要加入相容剂，对相容剂而言，一方面，其本身不稳定，容易老化；另一方面，相容剂呈现酸性，易与常用的抗紫外剂发生反应，降低甚至抵消抗紫外线效果，从而使聚丙烯材料在光线直射下过早地老化，一般地，如果有光线，即使是在室内光线直射下超过1000小时，聚丙烯材料表面颜色即会有明显变化，如果在阳光下连续直射超过1000小时或在室外使用一年，材料表面即会粉化，严重影响聚丙烯材料的使用寿命。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该制备方法简单、操作安全，并且经该制备方法制得的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料不仅具有优异的力学性能，还具有优异的耐候性能。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，按重量百分比计，具有如下原料配方：连续纤维增强聚丙烯母粒20～60％、改性光稳定剂母粒20～70％、第一聚丙烯树脂0～10％。
作为本发明的进一步改进，所述连续纤维增强聚丙烯母粒的粒子长度不小于5mm，且玻璃纤维含量为50％。
作为本发明的进一步改进，所述改性光稳定剂母粒由下列重量百分比的原料制成：第二聚丙烯树脂69～99.6％、光稳定剂0.2～15％、碱性化合物0.1～15％、热稳定剂0.1～3％。
作为本发明的进一步改进，所述光稳定剂为紫外光稳定剂，其为邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑、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-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述碱性化合物为碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸钾中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述热稳定剂选自酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯热稳定剂中的至少一种。
本发明还提供了一种所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1：将配方比的第二聚丙烯树脂、光稳定剂、碱性化合物和热稳定剂投入到双螺杆挤出机中进行高温混合、熔融，并挤出造粒，得到所述的改性光稳定剂母粒，其中双螺杆挤出机的熔融温度范围为180～300℃；
步骤2：将配方比的连续纤维增强聚丙烯母粒、第一聚丙烯树脂、以及上述步骤1中制备的改性光稳定剂母粒混合均匀，即得到所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
作为本发明的进一步改进，步骤1中，所述双螺杆挤出机的熔融温度范围为200～250℃。
本发明的有益效果是：相较于现有技术，本发明通过对原料配方进行优化创新，即添加了由第二聚丙烯树脂、光稳定剂、碱性化合物和热稳定剂制成的改性光稳定剂母粒，所述改性光稳定剂母粒的添加，不仅提高了复合材料的力学性能，还大大提升了复合材料的耐候性能，从而具有广阔的市场前景和市场效益。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
本发明中，所述光稳定剂主要用于中和材料中的自由基离子，减缓材料在紫外光照射下的老化过程。所述光稳定剂为紫外光稳定剂，其为邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑、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-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯中的至少一种。
所述碱性化合物主要用于中和相容剂(如连续纤维增强聚丙烯母粒中含有的相容剂)中残留的酸性物质，以防止与紫外光稳定剂发生化学反应，影响材料的耐候效果。所述碱性化合物为碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸钾中的至少一种。但本反明并不限于上述列出的碱性化合物，所有能与酸性物质在高温下反应的物质均可使用。
所述热稳定剂用于中止加工反应过程中及使用过程中产生的自由基，以达到阻止产品降解的目的。所述热稳定剂选自酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯热稳定剂中的至少一种；其中，酚类热稳定剂为双酚A、双酚C和2,6-二叔丁基对甲酚中的至少一种；胺类热稳定剂为苯基对苯二胺、二苯基对苯二胺、4-羟基十二烷酰替苯胺和4-羟基十八烷酰替苯胺中的至少一种；亚磷酸酯类热稳定剂为亚磷酸三壬基苯酯、亚磷酸三苯酯和亚磷酸辛二苯酯中的至少一种；半受阻酚类热稳定剂为1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯和2,2’-甲撑双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)中的至少一种；杯芳烃类热稳定剂为对叔丁基杯[4]芳烃、对叔丁基杯[6]芳烃和对叔丁基杯[8]芳烃中的至少一种。
实施例1～5均根据本发明所述的配方比及制备方法来制备所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例1：
本实施例步骤1中，所述的改性光稳定剂母粒按如下方法制备：
将91.7KG的接枝聚丙烯M2600R、1KG的光稳定剂邻羟基苯甲酸苯酯、0.5KG的光稳定剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、6.2KG的碳酸钙(分析纯)、0.4KG的热稳定剂双酚A和0.2KG的热稳定剂4-羟基十八烷酰替苯胺投入到双螺杆挤出机中进行高温混合、熔融，并挤出造粒，得到所述的改性光稳定剂母粒，其中双螺杆挤出机的熔融温度范围为210℃，使用较高温度的主要目的是：在高温下设备中化学反应发生的速度更快，更利于去除残留接枝物。
本实施例步骤2中，所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料按如下方法制备：
将50KG的连续纤维增强聚丙烯母粒MB120H-7#、10KG的第一聚丙烯树脂HP500N、以及40KG的上述步骤1中所制备的改性光稳定剂母粒混合均匀，即得到所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例2：
本实施例步骤1中，所述的改性光稳定剂母粒按如下方法制备：
将90KG的接枝聚丙烯M2600R、0.6KG的光稳定剂2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑、0.4KG的光稳定剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、8.4KG的氢氧化镁(分析纯)、0.4KG的热稳定剂对叔丁基杯[4]芳烃和0.2KG的热稳定剂4-羟基十八烷酰替苯胺投入到双螺杆挤出机中进行高温混合、熔融，并挤出造粒，得到所述的改性光稳定剂母粒，其中双螺杆挤出机的熔融温度范围为230℃。
本实施例步骤2中，所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料按如下方法制备：
将60KG的连续纤维增强聚丙烯母粒MB120H-7#和40KG的上述步骤1中所制备的改性光稳定剂母粒混合均匀，即得到所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例3：
本实施例步骤1中，所述的改性光稳定剂母粒按如下方法制备：
将85KG的接枝聚丙烯M2600R、7KG的光稳定剂单苯甲酸间苯二酚酯、2KG的光稳定剂2-(2-羟基-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、5KG的氢氧化镁(分析纯)、0.5KG的热稳定剂对叔丁基杯[4]芳烃和0.5KG的热稳定剂4-羟基十八烷酰替苯胺投入到双螺杆挤出机中进行高温混合、熔融，并挤出造粒，得到所述的改性光稳定剂母粒，其中双螺杆挤出机的熔融温度范围为240℃。
本实施例步骤2中，所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料按如下方法制备：
将35KG的连续纤维增强聚丙烯母粒MB120H-7#、5KG的第一聚丙烯树脂HP500N、以及60KG的上述步骤1中所制备的改性光稳定剂母粒混合均匀，即得到所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例4：
本实施例步骤1中，所述的改性光稳定剂母粒按如下方法制备：
将69.2KG的接枝聚丙烯M2600R、7KG的光稳定剂单苯甲酸间苯二酚酯、7KG的光稳定剂2-(2-羟基-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、2.4KG的碳酸氢钠(分析纯)、12.6KG的碳酸钙(分析纯)、0.6KG的热稳定剂苯基对苯二胺、0.6KG的热稳定剂亚磷酸三苯酯和0.6KG的热稳定剂亚磷酸三苯酯1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯投入到双螺杆挤出机中进行高温混合、熔融，并挤出造粒，得到所述的改性光稳定剂母粒，其中双螺杆挤出机的熔融温度范围为250℃。
本实施例步骤2中，所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料按如下方法制备：
将60KG的连续纤维增强聚丙烯母粒MB120H-3#、10KG的第一聚丙烯树脂HP500N、以及30KG的上述步骤1中所制备的改性光稳定剂母粒混合均匀，即得到所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例5：
本实施例步骤1中，所述的改性光稳定剂母粒按如下方法制备：
将93.2KG的接枝聚丙烯AZ564、0.6KG的光稳定剂2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑、2.4KG的光稳定剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、1KG的氢氧化钠(分析纯)、1.2KG的热稳定剂2,6-二叔丁基对甲酚和1.6KG的热稳定剂1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯投入到双螺杆挤出机中进行高温混合、熔融，并挤出造粒，得到所述的改性光稳定剂母粒，其中双螺杆挤出机的熔融温度范围为230℃。
本实施例步骤2中，所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料按如下方法制备：
将40KG的连续纤维增强聚丙烯母粒MB120H-3#和60KG的上述步骤1中所制备的改性光稳定剂母粒均匀混合，即得到所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料
上述实施例1～5中，所采用的连续纤维增强聚丙烯母粒的粒子长度为8～12mm，玻璃纤维含量为50％；所采用的第一聚丙烯树脂为PP均聚物，第二聚丙烯树脂为PP共聚物。
对比例1～2均为根据现有的原料配方及制备方法来制得的常规型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例1的制备方法如下：
将60KG的连续纤维增强聚丙烯母粒MB120H-7#和40KG的聚丙烯树脂HP500N均匀混合，即得到第一种常规型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例2的制备方法如下：
将40KG的连续纤维增强聚丙烯母粒MB120H-3#和60KG的聚丙烯树脂M2600N均匀混合，即得到第二种常规型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
按照行业标准，分别对上述实施例1～5所制得的五种耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料、以及对比例1～2所制得的两种常规型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料进行耐紫外性能测试，即对经紫外线照射后的材料进行拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度、及色差测试；其中，紫外线照射采用ASTM G154，紫外线波长为340nm，辐照强度0.77W/m2/nm，循环周期为12小时(8小时的紫外光辐照，4小时冷凝)，紫外辐照的温度为60±3℃，冷凝黑板温度60±3℃；色差测试采用Xrite color-eye 7000A，对比测试前后的色差数据△E。
另取其平均值，测试结果如表1所示：
表1：本发明实施例1～5所制得的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料、以及对比例1～2所制得的常规型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的基本物性测试结果
从表1中可见，本发明所制得的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料在具有优异的力学性能的同时，还具有优异的耐候性能，尤其是本发明所制得的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料在经过500小时的紫外线照射后，其测试前后的色差还不明显，而常规型的连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料则以出现“粉化”状态。因此，本发明所制得的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的耐紫外性能远优于对比例1和2所制得的常规型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的耐紫外性能。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉本领域的技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比计，具有如下原料配方：连续纤维增强聚丙烯母粒20～60％、改性光稳定剂母粒20～70％、第一聚丙烯树脂0～10％。
2.根据权利要求1所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述连续纤维增强聚丙烯母粒的粒子长度不小于5mm，且玻璃纤维含量为50％。
3.根据权利要求1所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述改性光稳定剂母粒由下列重量百分比的原料制成：第二聚丙烯树脂69～99.6％、光稳定剂0.2～15％、碱性化合物0.1～15％、热稳定剂0.1～3％。
4.根据权利要求3所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述光稳定剂为紫外光稳定剂，其为邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑、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-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述碱性化合物为碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸钾中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述热稳定剂选自酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯热稳定剂中的至少一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤1：将配方比的第二聚丙烯树脂、光稳定剂、碱性化合物和热稳定剂投入到双螺杆挤出机中进行高温混合、熔融，并挤出造粒，得到所述的改性光稳定剂母粒，其中双螺杆挤出机的熔融温度范围为180～300℃；
步骤2：将配方比的连续纤维增强聚丙烯母粒、第一聚丙烯树脂、以及上述步骤1中制备的改性光稳定剂母粒混合均匀，即得到所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的耐候型连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述双螺杆挤出机的熔融温度范围为200～250℃。
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