CN105348647B - 一种玻纤增强聚丙烯复合物及其制备方法 - Google Patents

一种玻纤增强聚丙烯复合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玻纤增强聚丙烯复合物，其特征在于，包括以下组分及其重量百分数含量：聚丙烯24‑78％，热稳定剂0‑2％，加工助剂0‑2％，成核剂0‑2％，相容剂2‑10％，短切玻璃纤维A10‑30％和短切玻璃纤维B10‑30％；短切玻璃纤维A的直径为14微米，短切玻璃纤维B的直径为7微米。本发明还公开了一种玻纤增强聚丙烯复合物的制备方法。与现有技术相比，本发明采用14微米直径短切玻璃纤维和7微米直径短切玻璃纤维为原材料，既显著提升了现有玻纤增强聚丙烯的性能，又保持了一个良好的性价比。

Description

一种玻纤增强聚丙烯复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料及其成型加工领域，特别涉及一种玻纤增强聚丙烯复合物及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车市场的竞争越来越激烈，对汽车材料的成本要求越来越高。
传统的汽车发动机周边部件一般用玻纤增强尼龙材料以及LFTPP材料制备，汽车天窗和仪表板骨架一般采用LFTPP制备，而玻纤增强尼龙和LFTPP价格非常高，已经不能适应汽车工业的发展对材料的要求，为适应汽车工业的发展对材料的要求，短玻纤增强聚丙烯(又称“短玻纤增强PP”)在汽车上的应用越来越广泛，主要用于替代传统采用玻纤增强尼龙和LFTPP的部件，短玻纤增强PP具有加工成型容易、低密度以及优异的性价比。
但是，目前的普通的短玻纤增强PP由于采用的是14微米直径短切玻璃纤维，综合性能较差，采用7微米直径短切玻璃纤维，综合性能可以得到显著提升，但7微米直径短切玻璃纤维的价格非常高，全部采用7微米直径短切玻璃纤维，短纤增强PP的成本与尼龙、LFTPP相比并不占优。所以，研发一种综合性能好且成本较低的短玻纤增强PP是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种玻纤增强聚丙烯复合物，该复合物采用14微米直径短切玻璃纤维和7微米直径短切玻璃纤维为原材料，既显著提升了现有玻纤增强聚丙烯的性能，又保持了一个良好的性价比。
本发明的另一个目的还在于提供了一种玻纤增强聚丙烯复合物的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案实施如下：
本发明的一种玻纤增强聚丙烯复合物，包括以下组分及其重量百分数含量：
所述短切玻璃纤维A的直径为14微米，所述短切玻璃纤维B的直径为7微米。
上述的一种玻纤增强聚丙烯复合物，其中，所述聚丙烯为熔体流动速率为1～1000g/10min的均聚聚丙烯和熔体流动速率为1～1000g/10min的共聚聚丙烯中的至少一种。
上述的一种玻纤增强聚丙烯复合物，其中，所述热稳定剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类和杯芳烃类热稳定剂中至少一种。
上述的一种玻纤增强聚丙烯复合物，其中，所述加工助剂为低分子酯类、硬脂酸复合酯类和酰胺类加工助剂中的至少一种。
上述的一种玻纤增强聚丙烯复合物，其中，所述成核剂为山梨醇类成核剂、有机磷酸盐类成核剂和滑石粉中的至少一种。
上述的一种玻纤增强聚丙烯复合物，其特征在于，所述相容剂为极性单体接枝聚合物，所述极性单体接枝聚合物由聚合物基体和极性单体制备而成。
所述聚合物基体为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种。
所述极性单体为马来酸酐、富马酸、衣康酸、柠康酸、柠康酸酐、乙烯基丁二酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯中的至少一种。
本发明还提供了一种玻纤增强聚丙烯复合物的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1：按照以下组分及其重量百分数含量准备原材料：聚丙烯24-78％，热稳定剂0-2％，加工助剂0-2％，成核剂0-2％，相容剂2-10％，短切玻璃纤维A10-30％和短切玻璃纤维B10-30％；
步骤2：将聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、成核剂和相容剂加入双螺杆挤出机中熔融混合分散；
步骤3：将短切玻璃纤维A和短切玻璃纤维B通过失重式计量秤从侧喂料加入双螺杆挤出机，挤出造粒，得到最终的产品。
上述的一种玻纤增强聚丙烯复合物的制备方法，其中，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，各段温度设置在190-240℃。
本发明中的热稳定剂的作用是抑制加工过程中聚丙烯产生的降解；加工助剂的作用是促进共混物各成分之间的良好分散性；聚丙烯专用成核剂的作用是提高材料注塑过程中的结晶速率，缩短注塑成型周期；相容剂的作用是增加聚丙烯和短切扁平玻璃纤维之间的界面相容性。
本发明的有益效果如下：
1.本发明采用14微米直径短切玻璃纤维和7微米直径短切玻璃纤维为原材料，既显著提升了现有玻纤增强聚丙烯的性能，又保持了一个良好的性价比。
2.本发明相比一般的玻纤增强聚丙烯材料，显著提高了材料刚性。经检测，其具有以下的性能：拉伸强度≥70MPa，弯曲强度≥100MPa，弯曲模量≥4000MPa，23℃缺口冲击强度≥8KJ/m2，-30℃缺口冲击强度≥10KJ/m2，热变形温度(1.80Mpa)≥140℃。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明作进一步说明。
对比例1
将75kg聚丙烯、0.2kg酚类热稳定剂、0.3kg亚磷酸酯类热稳定剂、0.3kg乙撑双硬脂酰胺、0.2kg芳基磷酸盐类成核剂、4kg马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散。随后，将20kg14微米直径短切玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料精确加入，200℃挤出造粒，最终得到产品。
上述原材料的型号和生产厂家见下表：
原料 型号 厂家
聚丙烯 HX3800 韩国SK
酚类热稳定剂 1010 巴斯夫
亚磷酸酯类热稳定剂 168 巴斯夫
乙撑双硬脂酰胺 EBS 日本花王
芳基磷酸盐类成核剂 TMP-5 山西煤科院
马来酸酐接枝聚丙烯 CA 100 阿克玛
14微米直径短切玻璃纤维 508A 泰山玻纤
对比例2
将52kg聚丙烯、0.5kg酚类热稳定剂、0.5kg亚磷酸酯类热稳定剂、0.5kg乙撑双硬脂酰胺、0.5kg芳基磷酸盐类成核剂、6kg马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散。随后，将40kg14微米直径短切玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料精确加入，200℃挤出造粒，最终得到产品。
上述原材料的型号和生产厂家见下表：
原料 型号 厂家
聚丙烯 HX3800 韩国SK
酚类热稳定剂 1010 巴斯夫
亚磷酸酯类热稳定剂 168 巴斯夫
乙撑双硬脂酰胺 EB-FF 日本花王
芳基磷酸盐类成核剂 HPN-20E 美利肯
马来酸酐接枝聚丙烯 Bondyram 1001CN 普利朗
14微米直径短切玻璃纤维 ECS305K 巨石玻纤
对比例3
将38kg聚丙烯、1kg酚类热稳定剂、1kg亚磷酸酯类热稳定剂、1kg乙撑双硬脂酰胺、1kg滑石粉、8kg马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散。随后，将50kg14微米直径短切玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料精确加入，200℃挤出造粒，最终得到产品。
上述原材料的型号和生产厂家见下表：
原料 型号 厂家
聚丙烯 HX3900 韩国SK
酚类热稳定剂 1010 巴斯夫
亚磷酸酯类热稳定剂 627A 科聚亚
乙撑双硬脂酰胺 TAF 日本花王
滑石粉 HTPULTRA5 桂林天成
马来酸酐接枝聚丙烯 Bondyram 1001 普利朗
14微米直径短切玻璃纤维 ECS305K 巨石玻纤
实施例1
将75kg聚丙烯、0.2kg酚类热稳定剂、0.3kg亚磷酸酯类热稳定剂168、0.3kg乙撑双硬脂酰胺、0.2kg芳基磷酸酯盐类成核剂、4kg马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40：1的双螺杆挤出机中熔融混合分散。随后，将10kg14微米直径短切玻璃纤维和10kg7微米直径短切玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料精确加入，200℃挤出造粒，最终得到产品。
上述原材料的型号和生产厂家见下表：
原料 型号 厂家
聚丙烯 HX3800 韩国SK
酚类热稳定剂 1010 巴斯夫
亚磷酸酯类热稳定剂 168 巴斯夫
乙撑双硬脂酰胺 EBS 日本花王
芳基磷酸酯盐类成核剂 TMP-5 山西煤科院
马来酸酐接枝聚丙烯 CA 100 阿克玛
14微米直径短切玻璃纤维 508A 泰山玻纤
7微米直径短切玻璃纤维 509K 巨石玻纤
实施例2
将52kg聚丙烯PP HX3800、0.5kg酚类热稳定剂1010、0.5kg亚磷酸酯类热稳定剂168、0.5kg乙撑双硬脂酰胺、0.5kg芳基磷酸盐类成核剂、6kg马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散。随后，将20kg14微米直径短切玻璃纤维和7微米直径短切玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料精确加入，200℃挤出造粒，最终得到产品。
上述原材料的型号和生产厂家见下表：
原料 型号 厂家
聚丙烯 HX3800 韩国SK
酚类热稳定剂 1010 巴斯夫
亚磷酸酯类热稳定剂 168 巴斯夫
乙撑双硬脂酰胺 EB-FF 日本花王
芳基磷酸盐类成核剂 HPN-20E 美利肯
马来酸酐接枝聚丙烯 Bondyram 1001CN 普利朗
14微米直径短切玻璃纤维 ECS305K 巨石玻纤
7微米直径短切玻璃纤维 ECS308G 巨石玻纤
实施例3
将38kg聚丙烯、1kg酚类热稳定剂、1kg亚磷酸酯类热稳定剂、1kg乙撑双硬脂酰胺、1kg滑石粉、8kg马来酸酐接枝聚丙烯在长径比为1:40的双螺杆挤出机中熔融混合分散。随后，将30kg14微米直径短切玻璃纤维和20kg7微米直径短切玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料精确加入，200℃挤出造粒，最终得到产品。
上述原材料的型号和生产厂家见下表：
原料 型号 厂家
聚丙烯 HX3900 韩国SK
酚类热稳定剂 1010 巴斯夫
亚磷酸酯类热稳定剂 627A 科聚亚
乙撑双硬脂酰胺 TAF 日本花王
滑石粉 HTPULTRA5 桂林天成
马来酸酐接枝聚丙烯 Bondyram 1001 普利朗
14微米直径短切玻璃纤维 ECS305K 巨石玻纤
7微米直径短切玻璃纤维 ECS308G 巨石玻纤
将对比例1-3和实施例1-3中所获得的产品进行相关力学性能的测试，测试的结果如下表所述：
性能 单位 测试标准 对比例1 对比例2 对比例3 实施例1 实施例2 实施例3
密度 g/cm3 ISO 1183-93 1.04 1.22 1.34 1.04 1.22 1.34
拉伸强度 MPa ISO527/2-93 80 105 115 95 122 129
弯曲强度 MPa ISO178-93 115 141 155 132 173 175
弯曲模量 MPa ISO178-93 4100 7800 9800 4200 8100 10100
23℃缺口冲击强度 KJ/m2 ISO180-93 8.5 10.8 12.3 10.5 12.3 13.5
-30℃缺口冲击强度 KJ/m2 ISO180-93 11 12.9 14.9 12.8 14.7 15.5
热变形温度(1.80Mpa) ℃ ISO 75-93 145 149 150 147 152 152
通过对比例1-3和实施例1-3的对比，我们可以看出，7微米直径短切玻璃纤维和14微米直径短切玻璃纤维复配可以显著提高材料的力学性能。实施例1-3所获得的产品均具有以下的性能：拉伸强度≥70MPa，弯曲强度≥100MPa，弯曲模量≥4000MPa，23℃缺口冲击强度≥8KJ/m2，-30℃缺口冲击强度≥10KJ/m2，热变形温度(1.80Mpa)≥140℃。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (3)

1.一种玻纤增强聚丙烯复合物，其特征在于，包括以下组分及其重量百分数含量：
聚丙烯 24-78%；
热稳定剂 0-2%；
加工助剂 0-2%；
成核剂 0-2%；
相容剂 2-10%；
短切玻璃纤维A 10-30%；
短切玻璃纤维B 10-30%;
所述短切玻璃纤维A的直径为14微米，所述短切玻璃纤维B的直径为7微米；
所述热稳定剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类和杯芳烃类热稳定剂中至少一种；
所述加工助剂为低分子酯类、硬脂酸复合酯类和酰胺类加工助剂中的至少一种；
所述成核剂为山梨醇类成核剂、有机磷酸盐类成核剂和滑石粉中的至少一种；
所述聚丙烯为熔体流动速率均为1～1000g/10min的均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种；
所述相容剂为极性单体接枝聚合物。
2.一种如权利要求1所述的一种玻纤增强聚丙烯复合物的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
步骤1：按照以下组分及其重量百分数含量准备原材料：聚丙烯24-78%，热稳定剂0-2%，加工助剂0-2%，成核剂0-2%，相容剂2-10%，短切玻璃纤维A10-30%和短切玻璃纤维B10-30%；
步骤2：将聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、成核剂和相容剂加入双螺杆挤出机中熔融混合分散；
步骤3：将短切玻璃纤维A和短切玻璃纤维B通过失重式计量秤从侧喂料加入双螺杆挤出机，挤出造粒，得到最终的产品。
3.如权利要求2所述的一种玻纤增强聚丙烯复合物的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，各段温度设置在190-240℃。
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