CN106554561A - 一种新型的力学性能柔性可变的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型的力学性能柔性可变的复合材料及其制备方法，属于复合材料加工技术领域。其是将28~35wt%聚丙烯、1.8~10wt%相容剂、1~4wt%增韧剂、0.2~1wt%抗氧剂、0.1~0.2wt%β晶型成核剂和1~7.7wt%填料预热并混合，接着将混合料喂入第一螺杆挤出机，经混合并碾碎后，由螺杆运输并熔融状挤出；混合料又被喂入第二螺杆挤出机，同时在喂料口加入50~60wt%玄武岩纤维，由双螺杆绞碎并与熔融状混合料搅拌；最后熔融料被挤出进入模压机，经冷却后得到成品。结构稳定、强度高且韧性好；拉伸强度大于150Mpa，弯曲强度大于200Mpa；工艺简练，生产成本低，避免机械性能的损失，节能高效。
Description
技术领域
本发明属于复合材料加工技术领域，具体涉及一种新型的力学性能柔性可变的复合材料及其制备方法。
背景技术
上述的复合材料是指一种长纤维增强热塑性材料（LFT，英文为Long Fiber Reinforced
Thermoplastics），通常长纤维增强热塑性材料采用树脂材料为基体、玻璃纤维作为增强纤维，而为了提高长纤维增强热塑性材料的综合性能，我们采用玄武岩纤维作为长纤维增强热塑性材料的增强纤维，在复合材料中，玄武岩纤维与玻璃纤维相比较，主要具有以下几个优势：1.玄武岩纤维与树脂材料的粘合强度高于玻璃纤维，可得到的复合材料结构稳定、强度高；2.玄武岩纤维的耐热性强，使用温度范围为-260~700℃，而传统的玻璃纤维为-60~450℃，并且玄武岩纤维在正常400℃下工作时，其断裂强度能够保持85%，远比其他材料坚韧；3. 玄武岩纤维具有良好的介电性能，其体积电阻率比玻璃纤维高一个数量级；4. 玄武岩纤维的导热系数随直径的减小而减少，可作为热绝缘复合材料，真正起到冬暖夏凉的效果；5.以玄武岩纤维为增强纤维制成的复合材料具有多孔和无规则排列的结构，吸音性好，可作为声绝缘复合材料。
已有技术存在的不足是：首先，由于LFT用的材料，对生产的工艺性要求很高，因此能生产此类纤维的厂家较少；其次，不同的配比、成分，纤维在成品中的分散状况有很大差异，导致它们的力学性能和柔性度也有很大的差异，目前已公开的发明专利授权公告号CN101338051B、CN102010546A、CN103030891A，其在材料的选取、成分的配比方面存在不合理性，导致成品在力学性能强度及柔性可变性方面达不到用户的要求；第三，在制备方法中，无法避免二次成型过程反复降温升温引起的机械性能的损失，且能耗大，效率低。
发明内容
本发明的首要任务是要提供一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，采用玄武岩纤维增强热塑性多层铆接，其力学性能强、柔性可变性好，综合性能显著优于现有长纤维增强热塑性复合材料。
本发明的另一任务是要提供一种新型的力学性能柔性可变的复合材料的制备方法，该方法工艺过程简练，能够避免二次成型过程反复降温升温引起的机械性能的损失，且节能高效。
为了完成首要任务，本发明所提供的技术方案是：一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，其组分的质量百分含量为：
聚丙烯
28~35wt%；
玄武岩纤维
50~60wt%；
相容剂
1.8~10wt%；
增韧剂
1~4wt%；
抗氧剂
0.2~1wt%；
β晶型成核剂
0. 1~0.2wt%；
填料
1~7.7wt%。
在本发明的一个具体的实施例中，所述的β晶型成核剂为β晶型成核剂WBG或β晶型成核剂NJSTARNU-100。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚丙烯、马来酸酐接枝的乙烯-醋酸乙烯共聚物或马来酸酐接枝的苯乙烯。
在本发明的又一个具体的实施例中，所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、丙烯酸酯类聚合物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂300或抗氧剂168。
在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的填料为超细滑石粉、超细云母粉、超细碳酸钙中的一种或两种混合物。
为完成另一任务，本发明提供的技术方案是：一种新型的力学性能柔性可变的复合材料的制备方法，按质量百分配比，先将28~35wt%聚丙烯、1.8~10wt%相容剂、1~4wt%增韧剂、0.2~1wt%抗氧剂、0.1~0.2wt%β晶型成核剂和1~7.7wt%填料预热并混合均匀，接着将混合料喂入第一螺杆挤出机，经过进一步混合并碾碎后，由螺杆运输并熔融挤出，并且控制第一螺杆挤出机的一区至七区温度；然后混合料出第一螺杆挤出机后迅速被喂入第二螺杆挤出机，同时在喂料口加入50~60wt%玄武岩纤维，由双螺杆绞碎并与熔融状混合料搅拌均匀，控制第二螺杆挤出机的一区至三区温度；最后熔融挤出进入模具成型，经冷却后得到新型的力学性能柔性可变的复合材料。
在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的第一螺杆挤出机一区至七区温度控制为：一区160~170℃，二区170~180℃，三区180~190℃，四区190~200℃，五区200~210℃，六区210~220℃，七区220~230℃。
在本发明的更进而一个具体的实施例中，所述的第二螺杆挤出机一区至三区温度控制为：一区220~230℃，二区230~240℃，三区220~230℃。
本发明由于采用上述结构后，具有的有益效果：首先，由于采用了玄武岩纤维作为复合材料的增强纤维，玄武岩纤维与树脂材料的粘合度高并在400℃下工作时断裂强度保持85%，因而玄武岩纤维与聚丙烯构成的复合材料结构稳定、强度高并且其断裂强度稳定、拥有较高的韧性；其次，各成分的配比合理，经实验证明，复合材料的拉伸强度大于150Mpa，弯曲强度大于200Mpa；第三，提供的制备方法工艺简练，无苛刻的工艺要求，生产成本较低，其是由二台螺杆挤出机制备含玄武岩纤维层的LFT，作为多层铆接材料的上下层，中间夹持一层长度可调的玄武岩纤维起了铆接上下层的作用，同时也起了增强多层材料的作用，由于中间玄武岩纤维层较增强热塑性毡（GMT）的厚度要薄，使熔融态PP容易浸润，在趁热绞碎切割挤出后直接送模具成型机，克服了已有技术中因二次成型过程反复降温升温引起的机械性能的损失，体现节能高效。
具体实施方式
实施例
1
按质量百分配比，先将28wt%的聚丙烯、10wt%的马来酸酐接枝的聚丙烯、4wt%的苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、0.2wt%的抗氧剂1010、0.1wt%的β晶型成核剂WBG和7.7wt%超细滑石粉预热并混合均匀，接着将混合料喂入第一螺杆挤出机，经过进一步混合并碾碎后，由螺杆运输并熔融状挤出，控制第一螺杆挤出机的一区至七区温度为：一区160℃，二区170℃，三区180℃，四区190℃，五区200℃，六区210℃，七区220℃；然后混合料出第一螺杆挤出机后迅速被喂入第二螺杆挤出机，同时在喂料口加入50wt%玄武岩纤维，由双螺杆绞碎并与熔融状混合料搅拌均匀，控制第二螺杆挤出机的一区至三区温度为：一区220℃，二区230℃，三区220℃；最后熔融料被挤出第二螺杆挤出机并进入模压机，直接模压成一定形状的部件，经冷却后得到新型的力学性能柔性可变的复合材料。
实施例
2
按质量百分配比，先将30wt%的聚丙烯、8wt%的马来酸酐接枝的苯乙烯、3wt%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、0.48wt%的抗氧剂1076、0.12wt%的β晶型成核剂NJSTARNU-100和4wt%超细云母粉预热并混合均匀，接着将混合料喂入第一螺杆挤出机，经过进一步混合并碾碎后，由螺杆运输并熔融挤出，控制第一螺杆挤出机的一区至七区温度为：一区165℃，二区175℃，三区185℃，四区195℃，五区205℃，六区215℃，七区225℃；然后混合料出第一螺杆挤出机后迅速被喂入第二螺杆挤出机，同时在喂料口加入54.4wt%玄武岩纤维，由双螺杆绞碎并与熔融状混合料搅拌均匀，控制第二螺杆挤出机的一区至三区温度为：一区225℃，二区235℃，三区225℃；最后熔融料被挤出第二螺杆挤出机并进入模压机，直接模压成一定形状的部件，经冷却后得到新型的力学性能柔性可变的复合材料。
实施例
3
按质量百分配比，先将32wt%的聚丙烯、5wt%的马来酸酐接枝的乙烯-醋酸乙烯共聚物、2wt%的丙烯酸酯类聚合物、0.75wt%的抗氧剂300、0.15wt%的β晶型成核剂WBG和3wt%超细滑石粉预热并混合均匀，接着将混合料喂入第一螺杆挤出机，经过进一步混合并碾碎后，由螺杆运输并熔融挤出，控制第一螺杆挤出机的一区至七区温度为：一区170℃，二区180℃，三区190℃，四区200℃，五区210℃，六区220℃，七区230℃；然后混合料出第一螺杆挤出机后迅速被喂入第二螺杆挤出机，同时在喂料口加入57.1wt%玄武岩纤维，由双螺杆绞碎并与熔融状混合料搅拌均匀，控制第二螺杆挤出机的一区至三区温度为：一区230℃，二区240℃，三区230℃；最后熔融料被挤出第二螺杆挤出机并进入模压机，直接模压成一定形状的部件，经冷却后得到新型的力学性能柔性可变的复合材料。
实施例
4
按质量百分配比，先将35wt%的聚丙烯、1.8wt%的马来酸酐接枝的苯乙烯、1wt%的苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、1wt%的抗氧剂168、0.2wt%的β晶型成核剂NJSTARNU-100和1wt%超细碳酸钙预热并混合均匀，接着将混合料喂入第一螺杆挤出机，经过进一步混合并碾碎后，由螺杆运输并熔融挤出，控制第一螺杆挤出机的一区至七区温度为：一区160℃，二区175℃，三区185℃，四区190℃，五区205℃，六区215℃，七区220℃；然后混合料出第一螺杆挤出机后迅速被喂入第二螺杆挤出机，同时在喂料口加入60wt%玄武岩纤维，由双螺杆绞碎并与熔融状混合料搅拌均匀，控制第二螺杆挤出机的一区至三区温度为：一区224℃，二区237℃，三区228℃；最后熔融料被挤出第二螺杆挤出机并进入模压机，直接模压成一定形状的部件，经冷却后得到新型的力学性能柔性可变的复合材料。
经上述方法制备的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，可替代钢材、铝材及热固性复合材料，使汽车轻质化、节能降耗，并可回收利用，生态环境好，可极大地带动汽车、电器、石化等相关行业的发展。
Claims (9)
1.一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，其特征在于组分的质量百分含量为：
聚丙烯
28~35wt%；
玄武岩纤维
50~60wt%；
相容剂
1.8~10wt%；
增韧剂
1~4wt%；
抗氧剂
0.2~1wt%；
β晶型成核剂
0. 1~0.2wt%；
填料
1~7.7wt%。
2.根据权利要求1所述的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，其特征在于所述的β晶型成核剂为β晶型成核剂WBG或β晶型成核剂NJSTARNU-100。
3.根据权利要求1所述的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，其特征在于所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚丙烯、马来酸酐接枝的乙烯-醋酸乙烯共聚物或马来酸酐接枝的苯乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，其特征在于所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、丙烯酸酯类聚合物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂300或抗氧剂168。
6.根据权利要求1所述的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料，其特征在于所述的填料为超细滑石粉、超细云母粉、超细碳酸钙中的一种或两种混合物。
7.一种新型的力学性能柔性可变的复合材料的制备方法，其特征在于按质量百分配比，先将28~35wt%聚丙烯、1.8~10wt%相容剂、1~4wt%增韧剂、0.2~1wt%抗氧剂、0.1~0.2wt%β晶型成核剂和1~7.7wt%填料预热并混合均匀，接着将混合料喂入第一螺杆挤出机，经过进一步混合并碾碎后，由螺杆运输并熔融挤出，并且控制第一螺杆挤出机的一区至七区温度；然后混合料出第一螺杆挤出机后迅速被喂入第二螺杆挤出机，同时在喂料口加入50~60wt%玄武岩纤维，由双螺杆绞碎并与熔融状混合料搅拌均匀，控制第二螺杆挤出机的一区至三区温度；最后熔融挤出进入模具成型，经冷却后得到新型的力学性能柔性可变的复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料的制备方法，其特征在于所述的第一螺杆挤出机一区至七区温度控制为：一区160~170℃，二区170~180℃，三区180~190℃，四区190~200℃，五区200~210℃，六区210~220℃，七区220~230℃。
9.据权利要求7所述的一种新型的力学性能柔性可变的复合材料的制备方法，其特征在于所述的第二螺杆挤出机一区至三区温度控制为：一区220~230℃，二区230~240℃，三区220~230℃。
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