CN104693594B - 一种双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料及其制备方法。由包含以下重量份的组分制成：聚丙烯树脂为30～50份、连续纤维为50～70份、抗菌剂0.5～1.5，抗氧剂1010为0.5份、抗氧剂168为1.5份、相容剂为4份。本发明的抗菌复合材料为环保型材料，不仅具有非常高的力学性能而且具有抗菌作用。另外，本发明的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料价格相对也较低廉。

Description

一种双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料及其制备方法。

背景技术

连续性纤维增强聚丙烯树脂是由纤维和树脂两部分组成，聚丙烯树脂(PP)具有优异的物理机械性能、耐化学品与可重复加工性能，在家用日常用品、电子电器、汽车零部件和工业材料领域得到了广泛的应用。但是在制作一些工程部件和某些需要高性能的高分子材料领域时，其性能不能达到要求，使其使用范围受到了一定的限制；而纤维有很高的拉伸强度，但是容易受到破坏且不容易成形加工。纤维与树脂的复合对二者的缺陷进行互补，使得连续性纤维增强聚丙烯树脂复合材料的综合性能大大提高。与传统的钢材和铝材相比，其密度约为钢材的1/5，约为铝材的1/2；比强度与比模量也远高于刚和铝的合金，因此在刚度和强度相同的条件下具有质量轻的特点，在节省能源、提高构件的使用性能方面是其它材料无法比拟的。

目前以连续纤维增强热塑性树脂复合材料的诞生，大大的促进了纤维增强热塑性树脂类复合材料的发展，具有重量更轻的高比强度、高比模量；耐腐蚀、耐水性好，对多种酸、碱呈惰性；不导电，介电强度高；能量控制性能特别好，抗冲击，抗气浪，致断应变值高；加工简便和易清洁，不需特殊的贮存条件，贮存寿命无限；成型压力和温度低，可减少模具成本；成型周期短；可重复成型的连续纤维增强热塑性树脂复合材料的问世对材料领域是一重大突破。

虽然连续纤维增强热塑性树脂复合材料具有如上优异的性能，但是在人们日常接触领域并没有考虑过细菌的问题。细菌、霉菌、酵母菌和放线菌在人类生活和工作中都可能造成危害。据世界卫生组织1996年的统计数据，全世界1995年死亡5200万人，其中因细菌传染引起的死亡为1700万人。感冒、咽炎、流行性脑膜炎、肝炎、皮肤病肺结核等十余种传染病会通过接触同一物品而进行传播。随着我国人民生活水平不断提高，人们也越来越重视健康卫生问题。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术存在的缺陷而提供一种综合性能优越、性价比高的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种上述双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料，由包含以下重量份的组分制成：

所述的聚丙烯树脂的熔融指数≥70g/10min，弯曲模量≥1500MPa，拉伸强度≥22MPa，冲击强度≥3.5KJ/m²。

所述的连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或者玄武岩纤维中的一种或一种以上。

所述的第一抗菌剂为含银量为8mg/L载银沸石。

所述的第二抗菌剂为百菌清化学名称2,4,5,6-四氯-1,3-苯二甲腈。

第一抗菌剂属于无机金属抗菌剂，金属离子带有正电荷，当微量金属离子接触到微生物的细胞膜时，与带负电荷的细胞膜发生库伦吸引，金属离子穿透细胞膜进入细菌体内，与蛋白质上的巯基、氨基发生反应，破坏细菌体内蛋白质活性中心，致使微生物死亡或丧失分裂繁殖能力。具有内热性好、抗菌谱广有效抗菌时间长、不产生耐药性，缺点是加入量过多，会影响产品色泽；第二抗菌剂属于有机抗菌剂，微生物与其进行接触，对微生物的细胞器产生作用，从而影响微生物的繁殖能力。优点是杀菌速度快，颜色稳定性好。缺点是耐热性差和容易产生抗药性。二者相辅相成，相互弥补对方的不足，从而达到优异的抗菌作用。

所述的抗氧剂1010化学名称为四[β-(3′，5′-二叔丁基-4′-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯，

所述的辅助抗氧剂168化学名称为三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯；

所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为1%。

一种上述双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将聚丙烯树脂重量份为30～50份、第一抗菌剂为0.2～0.5、第二抗菌剂为0.3～1.0份、主抗氧剂1010为0.3～0.5份、辅抗氧剂168为0.9～1.5份、相容剂为2.0-4.0份的混合物在高速混合机中充分混合均匀后，在温度不大于270℃熔融状态下与经过烘箱烘干后含水量少于0.01%重量份为50～70份的连续玻璃纤维复合，压平后制成单向预浸带；

（2）连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带根据需要，进行裁剪后，按照预浸带中连续纤维的方向进行横纵交错铺设预浸带至需要厚度，将其放到模具上，送入热压机中，进行热压后移入至冷压机中进行冷压，出模，制得双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料。

步骤（1）中所述的单向预浸带规格：厚度为0.2～0.35mm，宽度为100～650mm，长度≥1m。

步骤（2）中所述的热压的工艺为：热压温度为210℃；压力在1～2.5MPa，热压时间1～10min；所述的冷压的工艺为：冷压压力在2～3MPa，保压时间1～20min。

步骤（2）中所述的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料厚度为1mm-50mm。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料中添加了少量的载银沸石抗菌剂，该种抗菌剂具有耐热性好、抗菌谱广、抗菌期长、毒性低以及不会产生耐药性。并且添加了百菌清的有机抗菌剂，具有杀菌速度快的特点。

2、本发明的双向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料中的第一抗菌剂虽为无机抗菌剂但是添加量少，不影响连续纤维与聚丙烯树脂界面的充分粘合，保证了本复合材料具有高的力学性能。

3、本发明的双向连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料中通过使用无机和有机抗菌剂复配，使得复合材料具有非常好的抗菌作用，抗菌率可以达到97%以上。

4、本发明的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料中连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带横纵铺叠热压制成板材，使得板材中连续玻璃纤维具有双向性，保证了在连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料的力学性能均衡。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

以下实施例中相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为1%。

实施例1

（1）将重量份为50份的聚丙烯树脂、重量份为0.2份的第一抗菌剂、重量份为1.0份的第二抗菌剂、0.3份的抗氧剂1010、0.9份抗氧剂168、2.0份相容剂在高速混合机中充分混合均匀后，在270℃条件下熔融与重量份为50份的经过烘箱干燥含水量小于0.01%连续玻璃纤维复合，压平后制成连续玻璃纤维增强聚丙烯（PP/GF）单向预浸带，

（2）将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带（预浸带规格：厚度为0.25mm，宽度为650mm，长度为≥1m）剪裁成宽度为200mm，长度为1m的预浸带，然后将其横纵交错铺设至4层，放入模具中，待温度达到210℃送入热压机中，压力1MPa，保温时间1min。保温结束，送入至冷压机，压力2MPa，保压1min。出模，制得双向连续玻璃纤维增强聚丙烯板材，其压出板材厚度为1mm。性能测试结果见表1。

所述的聚丙烯树脂的熔融指数≥70g/10min购自燕京石化K7780型PP。

所述的连续纤维为玻纤直径为17μm，购自PPG公司4588型连续玻璃纤维。

所述的载银沸石购自葫芦岛康华科技有限公司。

实施例2

（1）将重量份为30份的聚丙烯树脂、重量份为0.5份的第一抗菌剂、重量份为0.3份的第二抗菌剂、0.4份的抗氧剂1010、1.2份抗氧剂168、4.0份相容剂的混合物，在高速混合机中充分混合均匀后，在265℃条件下熔融与重量份为70份的经过烘箱干燥含水量小于0.01%连续玄武岩纤维复合，压平后制成连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带，

（2）将连续玄武岩纤维增强聚丙烯单向预浸带（预浸带规格：厚度为0.2mm，宽度为100mm，长度为≥5m）剪裁成宽度为100mm，长度为5m的预浸带，然后将其横纵交错铺设至100层，放入模具中，待温度达到210℃，送入热压机中，压力1.5MPa，保温时间5min。保温结束，送入至冷压机，压力2.5MPa，保压10min。出模，制得双向连续玄武岩纤维增强聚丙烯板材，其压出板材厚度为20mm。性能测试结果见表1。

所述的聚丙烯树脂的熔融指数≥70g/10min购自韩国三星的型号为BI961。

所述的连续玄武岩纤维为无捻粗纱,纤维直径为17μm，购自四川航天拓鑫玄武岩有限公司。

所述的载银沸石购自葫芦岛康华科技有限公司。

实施例3

（1）将重量份为40份的聚丙烯树脂、重量份为0.4份的第一抗菌剂、重量份为0.8份的第二抗菌剂、0.5份的抗氧剂1010、1.5份抗氧剂168、3.0份相容剂的混合物，在高速混合机中充分混合均匀后，在260℃条件下熔融与重量份为60份的经过烘箱干燥含水量小于0.01%连续碳纤维复合，压平后制成单向预浸带，

（2）将连续碳纤维增强聚丙烯单向预浸带（预浸带规格：厚度为0.22mm，宽度为650mm，长度为≥1m）剪裁成宽度为450mm，长度为0.5m的预浸带，然后将其横纵交错铺设至228层，放入模具中，待温度达到210℃，送入热压机中，压力2.5MPa，保温时间10min。保温结束，送入至冷压机，压力3MPa，保压20min。出模，制得双向连续碳纤维增强聚丙烯板材，其压出板材厚度为50mm。性能测试结果见表1。

所述的聚丙烯树脂的熔融指数≥70g/10min购自韩国SKG的型号为3900。

所述的连续碳纤维为纤维直径为7μm的无捻粗纱，购自神鹰STY35型连续碳纤维。

所述的载银沸石购自葫芦岛康华科技有限公司。

表1

表1中列出了各实施例产品性能，可以看出虽然在复合材料体系中加入了一定量的无机抗菌剂，但是由于其量比较少，因此并没有对材料的力学性能造成影响。并且通过加入了抗菌剂使得材料具有非常好的抗菌效果，对于大肠埃希菌抑制率和金黄色葡萄球菌抑制率均达到了97%以上。

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 (4)

1.一种双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料，其特征在于：由以下重量份的组分制成：

所述的聚丙烯树脂的熔融指数≥70g/10min，弯曲模量≥1500MPa，拉伸强度≥22MPa，冲击强度≥3.5KJ/m²；

所述的连续纤维为玻璃纤维；

所述的第一抗菌剂为含银量为8mg/L的载银沸石；

所述的第二抗菌剂为2,4,5,6-四氯-1,3-苯二甲腈；

所述的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将聚丙烯树脂重量份为30～50份、第一抗菌剂为0.2～0.5份、第二抗菌剂为0.3～1.0份、主抗氧剂1010为0.3～0.5份、辅助抗氧剂168为0.9～1.5份和相容剂为2.0-4.0份的混合物在高速混合机中充分混合均匀后，在温度不大于270℃熔融状态下与经过烘箱烘干后含水量少于0.01％重量份为50～70份的连续纤维复合，压平后制成连续纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带；

(2)连续纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带根据需要，进行裁剪后，按照连续纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带中连续纤维的方向进行横纵交错铺设该预浸带至需要的厚度，将其放到模具上，送入热压机中，进行热压后移入至冷压机中进行冷压，出模，制得双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料；

步骤(2)中所述的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料的厚度为50mm；

步骤(2)中所述的热压的工艺为：热压的温度为210℃，热压的压力为2.5MPa，热压的时间1～10min；所述的冷压的工艺为：冷压的压力为3MPa，冷压的时间为1～20min。

2.根据权利要求1所述的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为1％。

3.一种根据权利要求1或2所述的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)将聚丙烯树脂重量份为30～50份、第一抗菌剂为0.2～0.5份、第二抗菌剂为0.3～1.0份、主抗氧剂1010为0.3～0.5份、辅助抗氧剂168为0.9～1.5份和相容剂为2.0-4.0份的混合物在高速混合机中充分混合均匀后，在温度不大于270℃熔融状态下与经过烘箱烘干后含水量少于0.01％重量份为50～70份的连续纤维复合，压平后制成连续纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带；

(2)连续纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带根据需要，进行裁剪后，按照连续纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带中连续纤维的方向进行横纵交错铺设该预浸带至需要的厚度，将其放到模具上，送入热压机中，进行热压后移入至冷压机中进行冷压，出模，制得双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料；

步骤(2)中所述的双向连续纤维增强聚丙烯抗菌复合材料的厚度为50mm；

步骤(2)中所述的热压的工艺为：热压的温度为210℃，热压的压力为2.5MPa，热压的时间1～10min；所述的冷压的工艺为：冷压的压力为3MPa，冷压的时间为1～20min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的连续纤维增强聚丙烯树脂单向预浸带规格：厚度为0.2～0.35mm，宽度为100～650mm，长度≥1m。