CN105837941B - 一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，由以下重量份的原料制成：聚丙烯树脂100份；高熔体强度聚丙烯15‑30份；玻璃纤维10‑50份：相容剂1‑3份；乙烯‑丙烯嵌段共聚物5‑15份；其他助剂1‑2份。所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法采用螺杆挤出加工，螺杆组合设计原理：一区至二区仅由输送元件组成，三区至七区均含剪切元件，八区至十区仅由输送元件组成，挤出温度165‑230℃。本发明的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料的力学性能优异，且能够使得制品表面光洁无浮纤。

Description

一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说，是一种表面低浮纤的玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯树脂目前是商品化高分子材料中应用最普遍的，广泛用于汽车，电气等行业。为了提高聚丙烯产品的力学性能，聚丙烯树脂经无机物如滑石、玻纤、碳酸钙等填充挤出共混后，能够显著提高其刚性和强度，并能大幅降低成本，目前被广泛应用。而玻璃纤维增强聚丙烯比较其他矿物增强而言力学性能提高最大。玻璃纤维增强聚丙烯的生产工艺主要分为，双螺杆挤出，切粒机切粒，打包封装。但当玻璃纤维填充量过多时，由于玻纤在聚丙烯中分散效果变差，玻纤无法充分被聚丙烯包裹，且切粒环节，锋利的道具直接对挤出样条进行切断导致截面机械性破损，玻纤由集成一束的应力集中状态而突然应力释放散开，二者共同导致在下一阶段的注塑成型中玻纤外露明显，严重限制了玻纤增强聚丙烯的应用。
中国专利文献CN 103012952A公开了一种高熔体强度PP与聚烯烃及苯乙烯弹性体共混，提高体系低温冲击性能。中国专利文献CN 102993560A公开了一种用于吹塑的玻纤增强聚丙烯材料，但其玻纤外露改善差，且玻纤不能填充太高含量。但是关于一种表面低浮纤的玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种表面低浮纤、且力学性能优异的玻纤增强聚丙烯材料。
本发明的第一方面，提供一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，由以下重量份的原料制成：
优选的，由以下重量份的原料制成：
优选的，所述的聚丙烯树脂选自等规立构聚丙烯、间规立构聚丙烯中的一种或几种的混合。
优选的，所述的玻璃纤维为直径8-20μm的无碱玻璃纤维。
优选的，所述的高熔体强度聚丙烯为具有在每1000个碳原子中含0.05～0.15个长支链且多分散性系数为4～10的聚丙烯树脂。
优选的，所述的相容剂为环状酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH。
优选的，所述的乙烯-丙烯嵌段共聚物为乙烯链段含量为15％-20％的乙烯-丙烯嵌段共聚弹性体。
优选的，所述的助剂为流动改性剂PE蜡或抗氧剂。
本发明的第二方面，提供上述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区；采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，螺杆组合设计原理：一区至二区仅由输送元件组成，三区至七区均含剪切元件，八区至十区仅由输送元件组成，挤出温度165-230℃，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
在一个优选的实施方式中，各原料组分选自：
聚丙烯树脂:中沙天津聚丙烯511MK40T；扬子石化S700韩国SK BX3800；
高熔体强度聚丙烯：北欧化工WB140；
玻璃纤维：巨石玻纤GF988A；
相容剂：聚丙烯接枝马来酸酐9801南通佳易容；
乙烯-丙烯嵌段共聚物：6202埃克森美孚；
其他助剂：流动改性剂PE蜡，巴斯夫抗氧剂1681010；
按照上述优选配比分别称取原料组分，将聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂和抗氧剂充分混合均匀后将物料送入到双螺杆挤出机主喂料口(CTE36科倍隆科亚(南京)机械有限公司)中，玻璃纤维由侧喂料口进入，将原材料混合物经双螺杆高速剪切、混炼、挤出、拉条、冷却、造粒，加工工艺如表3。
本发明优点在于：
1.本发明在配方中引入高熔体强度聚丙烯，在挤出共混时由于高熔体强度聚丙烯具有长支链结构，其熔体粘度随剪切力减小到一定程度而骤然增大。利用高熔体强度聚丙烯的熔体特性，发明人设计出专门的螺杆组合工艺，三区至七区设有剪切块，设计的作用在于：此时高熔体强度聚丙烯熔体粘度相对较小，其与其他助剂可均匀的分散在聚丙烯树脂中，五区至七区完成玻纤在基体中的均匀分散；八区至十区均采用输送块，基本无剪切，设计作用在于：该过程中，高熔体强度聚丙烯的熔体粘度会陡然增大，长支链运动缓慢，玻纤及助剂被树脂充分包裹而无法运动到树脂相的外侧，有效的防止了玻纤外露及助剂析出的现象，另外，在高熔体强度PP分子链的包裹下，分散均匀的玻纤及其他助剂不易产生再次团聚的现象，所获材料的强度高、性能优异；
2.发明人通过实验探索，创造性的发现，通过在配方中加入乙烯-丙烯嵌段共聚物可有效解决聚丙烯树脂和高熔体强度聚丙烯粘度差导致的难以均匀混合的现象。共混时乙烯-丙烯嵌段共聚物弹性体由于其分子结构由软段聚乙烯和硬段聚丙烯组成，软段聚乙烯可与高熔体强度聚丙烯支链形成缠结点，硬段聚丙烯与聚丙烯树脂具有相容性，乙烯-丙烯嵌段共聚物作为桥梁作用有效的提高高熔体强度聚丙烯和聚丙烯的共混效果，三者能够均匀的混合将玻纤充分包裹，分散；
3.本发明采用分子间作用的方法提高玻纤增强聚丙烯材料的表观性能和机械性能，较传统添加防玻纤外露剂改良方法相比，该方法具有永久性，不会受多次加工或使用过程的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
以下实施例中，各原料组分选自：
聚丙烯树脂：中沙天津聚丙烯511MK40T；扬子石化S700韩国SK BX3800；
高熔体强度聚丙烯：北欧化工WB140；
玻璃纤维：巨石玻纤GF988A；
相容剂：聚丙烯接枝马来酸酐9801南通佳易容；
乙烯-丙烯嵌段共聚物：6202埃克森美孚；
其他助剂：巴斯夫抗氧剂168、1010；
在如下各实施例中优选配方分别按配比称取原料组分，将聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂和抗氧剂充分混合均匀后将物料送入到双螺杆挤出机主喂料口(CTE36科倍隆科亚(南京)机械有限公司)中，玻璃纤维由侧喂料口进入，将原材料混合物经双螺杆高速剪切、混炼、挤出、拉条、冷却、造粒。
实施例1
所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，它包含如下成分：
所述的聚丙烯选自扬子石化S700(等规立构聚丙烯)。
所述的玻璃纤维为直径8μm的无碱玻璃纤维。
所述的高熔体强度聚丙烯为具有在每1000个碳原子中含0.05个长支链且多分散性系数为4的聚丙烯树脂；
所述的相容剂为环状酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)；
所述的乙烯-丙烯嵌段共聚物为乙烯链段含量为15％的乙烯-丙烯嵌段共聚弹性体；
所述的其他助剂为流动改性剂PE蜡。
所述的低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，具体步骤为，采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区。采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，工艺及螺杆组合设计见表1，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
表1 加工工艺
螺杆区段 一区 二区 三区 四区 五区 六区 七区 八区 九区 十区
温度℃ 165 175 190 190 190 190 190 185 180 170
剪切效果 弱 弱 强 强 强 强 强 弱 弱 弱
螺纹元件 输送块 输送块 剪切块 剪切块 剪切块 剪切块 剪切块 输送块 输送块 输送块
实施例2
所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，它包含如下成分：
所述的聚丙烯选自韩国SK BX3800(间规立构聚丙烯)；
所述的玻璃纤维为直径20μm的无碱玻璃纤维；
所述的高熔体强度聚丙烯为具有在每1000个碳原子中含0.15个长支链且多分散性系数为10的聚丙烯树脂；
所述的相容剂为环状酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)；
所述的乙烯-丙烯嵌段共聚物为乙烯链段含量为20％的乙烯-丙烯嵌段共聚弹性体；
所述的其他助剂为流动改性剂PE蜡。
所述的低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，具体步骤为，采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区。采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，工艺及螺杆组合设计见表2，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
表2 加工工艺
螺杆区段 一区 二区 三区 四区 五区 六区 七区 八区 九区 十区
温度℃ 190 210 220 220 220 220 220 210 180 170
剪切效果 弱 弱 强 强 强 强 强 弱 弱 弱
螺纹元件 输送块 输送块 剪切块 剪切块 剪切块 剪切块 剪切块 输送块 输送块 输送块
实施例3
所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，它包含如下成分：
所述的聚丙烯选自聚丙烯选自韩国SK BX3800(间规立构聚丙烯)与扬子石化S700(等规立构聚丙烯)1:1的混合物；
所述的玻璃纤维为直径12μm的无碱玻璃纤维；
所述的高熔体强度聚丙烯为具有在每1000个碳原子中含0.1个长支链且多分散性系数为8的聚丙烯树脂；
所述的相容剂为环状酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)；
所述的乙烯-丙烯嵌段共聚物为乙烯链段含量为18％的乙烯-丙烯嵌段共聚弹性体；
所述的其他助剂为流动改性剂PE蜡；
所述的低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，具体步骤为，采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区。采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，工艺及螺杆组合设计见表3，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
表3 加工工艺
对比例1
按以下配方称取：
上述配方中，聚丙烯选自扬子石化S700(等规立构聚丙烯)，玻璃纤维为直径8μm的无碱玻璃纤维，相容剂为环状酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)；其他助剂为流动改性剂PE蜡。
采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区。采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，螺杆挤出各区温度见表4，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
表4
螺杆区段 一区 二区 三区 四区 五区 六区 七区 八区 九区 十区
温度℃ 165 175 190 190 190 190 190 185 180 170
对比例2
按以下配方称取：
上述配方中，聚丙烯选自扬子石化S700(等规立构聚丙烯)，玻璃纤维为直径8μm的无碱玻璃纤维，高熔体强度聚丙烯为具有在每1000个碳原子中含0.05个长支链且多分散性系数为4的聚丙烯树脂，相容剂为环状酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)，其他助剂为流动改性剂PE蜡。
采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区。采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，螺杆挤出温度见表5，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
表5
螺杆区段 一区 二区 三区 四区 五区 六区 七区 八区 九区 十区
温度℃ 165 175 190 190 190 190 190 185 180 170
实施例与对比例性能测试结果
由实施例1与对比例1性能比较可知，本发明通过配方创新与螺杆组合配套设计，相比较于现有技术中玻纤增强聚丙烯产品，其力学性能显著提高，同时使得制品表面无裸露玻纤可见其极大的改善了产品的外观。实施例1与对比例2性能比较可知，单纯通过添加高熔体强度聚丙烯无法完全包覆玻纤，也无法较好的保持玻纤的优良分散性，通过配合相应的螺杆组合剪切设计以及通过乙烯-丙烯嵌段共聚物降低聚丙烯树脂和高熔体强度聚丙烯之间的粘度差，才能使高熔体强度聚丙烯发挥包覆作用和稳定玻纤优良分散的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
所述的乙烯-丙烯嵌段共聚物为乙烯链段含量为15％-20％的乙烯-丙烯嵌段共聚弹性体；
所述低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料制备方法包括如下步骤：采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区；采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，螺杆组合设计原理：一区至二区仅由输送元件组成，三区至七区均含剪切元件，八区至十区仅由输送元件组成，挤出温度165-230℃，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
2.根据权利要求1所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
3.根据权利要求1所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的聚丙烯树脂选自等规立构聚丙烯、间规立构聚丙烯中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的玻璃纤维为直径8-20μm的无碱玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的高熔体强度聚丙烯为具有在每1000个碳原子中含0.05～0.15个长支链且多分散性系数为4～10的聚丙烯树脂。
6.根据利要求1所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的相容剂为环状酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH。
7.根据权利要求1所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述的助剂为流动改性剂PE蜡或抗氧剂。
8.如权利要求1-7任一所述的一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用熔融挤出共混工艺生产，螺杆分为10个加热区；采用带有一个侧喂料口的挤出机，侧喂料口在5加热区，从主喂料口加入聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、相容剂、助剂的混合物，侧喂料口加入玻纤，螺杆组合设计原理：一区至二区仅由输送元件组成，三区至七区均含剪切元件，八区至十区仅由输送元件组成，挤出温度165-230℃，共混挤出后经冷却，烘干，造粒。
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