CN106589587B - 聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，所述聚丙烯复合材料如下按质量份计算的组分：19～71.5份聚丙烯；2～10份液晶聚合物；20～60份无碱连续长玻璃纤维；2～5份防翘曲剂；5～10份相容剂；0.5～6份其他助剂；其中，所述聚丙烯的熔融指数为30～120g/10min；所述液晶聚合物的热变形温度为177～210℃；所述无碱连续长玻璃纤维的单丝直径为10～25μm。本发明所制备的聚丙烯复合材料不易翘曲，耐高温性、综合力学性能优异且外观质量较好。

Description

聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，更具体的，本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯材料作为一种低极性高结晶性高分子材料，分子间作用力为范德华力，材料的翘曲性大，耐温性较差。采用玻纤对聚丙烯增强可以在一定的程度提高材料的耐温性，但这样做会加剧材料的翘曲变形的程度。

已有专利公开了一种长玻纤增强聚丙烯/尼龙复合材料及其制备，其各组份按质量百分比包括：聚丙烯：17～44％，尼龙6：2～10％，玻纤50～60％，相容剂：2～8％，热稳定剂：0.2～2％，光稳定剂：0.1～1％，加工助剂：0.1～2％。该方法中加入尼龙6虽然可以提高材料的耐温性能，但是由于尼龙6的吸水性是非常之大的，吸水后材料的尺寸稳定会变化。尺寸的大小会根据尼龙6吸水率的变化而不同，这样大大地降低材料的应用范围。

液晶聚合物(LCP)是一种新型的高分子材料，在熔融态时一般呈现液晶性。最初工业化液晶聚合物是美国DuPont公司开发出来的聚对亚苯基对苯二甲酰胺。这类液晶材料由于其大分子链是取向的，它有异常规整的纤维状结构，因此其具有优异的耐温性及低翘曲变形。然而，通常液晶聚合物与聚丙烯共混时存在相容性不好的问题，所得的复合材料无法兼具聚丙烯的优异力学性能和液晶聚合物的优异耐高温性和低翘曲变形性，注塑成制件后复合材料甚至会出现分层现象，即常说的“脱皮”现象。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料不易翘曲，耐高温性好、综合力学性能优异且外观质量好。

其技术方案如下：

一种聚丙烯复合材料，包括如下按质量份计算的组分：

聚丙烯：19～71.5份；

液晶聚合物：2～10份；

连续长玻璃纤维：20～60份；

防翘曲剂：2～5份；

相容剂：5～10份；

其他助剂:0.5～6份；

其中，所述聚丙烯的熔融指数为30～120g/10min；所述液晶聚合物的热变形温度为177～210℃；所述连续长玻璃纤维的单丝直径为10～25μm。

发明人通过实验发现，当聚丙烯的熔融指数为30～120g/10min、玻璃纤维为单丝直径为10～25μm无碱连续长玻璃纤维时，用玻璃纤维和聚丙烯与热变形温度为177～210℃的液晶聚合物复合能够得到不易翘曲、耐高温性优异的聚丙烯复合材料，且复合材料的综合力学性能和外观质量也较好。原因在于：液晶聚合物热变形温度过高时，其熔融温度也会更高，从而会影响其在成型加工过程中与聚丙烯树脂之间的相容性，且液晶聚合物具有异常规整的纤维状结构特点，具有自增强性，在该配方中能起到提高材料的耐温性及降低翘曲的作用，聚丙烯的融熔指数影响着材料的加工流动性和与液晶聚合物的相容性，而选用单丝直径为10～25μm的无碱连续长玻璃纤维可得到玻璃纤维排列整齐有序、玻纤长度适宜的料粒，若玻璃纤维单丝直径过大，则其与聚丙烯树脂相容性较差，若玻璃纤维单丝直径过小，则玻纤很容易在加工的过程中断裂，大大影响材料的耐高温性，且聚丙烯分子会沿着玻纤结晶取向而造成复合材料翘曲较大。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯复合材料包括如下按质量份计算的组分：

聚丙烯：19～46份；

液晶聚合物：5～10份；

连续长玻璃纤维：40～50份；

防翘曲剂：2～5份；

相容剂：5～10份；

助剂：0.5～6份。

当按上述比例制备聚丙烯复合材料时，聚丙烯复合材料的翘曲性、耐高温性及外观质量可得到进一步提升。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯的熔融指数为90～110g/10min。发明人在实验过程中发现，选用熔融指数为90～110g/10min时，所得复合材料的抗翘曲性更佳。

在其中一个实施例中，所述液晶聚合物为无规共聚聚酯。

在其中一个实施例中，所述防翘曲剂为无机矿粉填料。

在其中一个实施例中，所述无机矿粉填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母、二氧化钼和玻璃微珠中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述防翘曲剂为粒径(D50)为0.6～0.8μm的沉淀硫酸钡。由于沉淀硫酸钡是圆形球状的，其与玻纤的棒状有很大区别，在塑料中硫酸钡会破坏聚丙烯沿着玻纤的方向结晶收缩，从而降低材料的翘曲度。

在其中一个实施例中，所述相容剂为极性单体接技聚合物。

在其中一个实施例中，所述极性单体接技聚合物的聚合基体为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-ɑ-乙烯-辛烯其聚物、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任意一种或多种，所述极性单体接技聚合物的极性单体为马来酸酐及其类似物和丙烯酸及其酯类衍生物中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述相容剂为PP-g-MAH。活性反应基团酸酐的引入，能够显著提高PP与玻纤之间的粘接力，明显提高材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能。

在其中一个实施例中，所述助剂为热稳定剂、抗氧化剂、润滑剂中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述助剂为0.5～2份热稳定剂、0.5～2份抗氧化剂、0.5～2份润滑剂。

在其中一个实施例中，所述热稳定剂为二苯基对苯二胺、4-羟基十八烷酰替苯胺、亚磷酸三苯酯、亚磷酸辛二苯酯和硫代二丙酸二月桂酯中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂B225、抗氧化剂1098、抗氧化剂168、抗氧化剂626中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述硬酯酸钙、硬酯酸锌、PE蜡、硅酮粉中的一种或多种。

所述的聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚丙烯、液晶聚合物、防翘曲剂、相容剂、助剂按比例混合均匀得到混合料；

S2、混合料经挤出机塑化熔融，熔体输入模头温度为230～300℃的浸渍模具，将连续长玻璃纤维输入浸渍模具，浸渍熔体后，将其牵引出浸渍模具，冷却、切粒，即得聚丙烯复合材料。

在其中一个实施例中，切粒为切成10～25mm长的粒子。切成10～25mm长的粒子则可使复合材料的玻璃纤维长度为10～25mm，玻璃纤维长度过长或过短都会较大的影响复合材料的性能，当玻纤的长度小于10mm时，材料的翘曲会增加，这是由于聚丙烯分子沿着玻纤结晶取向而造成的，当玻纤长度过长时，材料的加工成型难度增大。

本发明的有益效果在于：本发明将聚丙烯、玻璃纤维、液晶聚合物等复合，通过选择特定熔融指数的聚丙烯、特定单丝长度的无碱连续长玻璃纤维及特定热变形温度的液晶聚合物，得到了不易翘曲，耐高温、综合力学性能优异且外观质量佳的聚丙烯复合材料。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

以下实施例所用原料如下：

聚丙烯：YPJ-3100H，熔融指数为100g/10min，扬子石化公司；

聚丙烯：PP MM50S，熔融指数为50g/10min，茂名石化公司；

液晶聚合物：Rudrum LC3000：热变形温度200℃，日本UNITIKA公司；

无碱连续长玻璃纤维：EDR240-T838T，单丝直径为10～25μm，泰山玻璃纤维有限公司；

防翘曲剂：沉淀硫酸钡，平均粒径(D50)为0.6～0.8μm，广州添友化工有限公司；

相容剂：CMG9801，PP-g-MAH，佳易容相容剂江苏有限公司；

热稳定剂：采用4-羟基十八烷酰替苯胺和二苯基对苯二胺按1：2比例复配，普通市售；

抗氧化剂：采用抗氧化剂1010和抗氧化剂168按1：2的比例复配，普通市售；

润滑剂：硅酮粉，普通市售；

其他未特别注明的原料均为普通市售产品。

实施例1-6

一种聚丙烯复合材料，其配方见表1，按如下方法制备：

S1、将聚丙烯、液晶聚合物、防翘曲剂、相容剂、助剂按比例混合均匀得到混合料；

S2、混合料加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的温度设定在240～260℃，将材料进行充分地塑化熔融，然后将所得的熔体输入浸渍模具，浸渍模具的模头温度设定为300℃，将长连续玻璃纤维输入浸渍模具，分散并被熔体完全浸渍后，将其牵引出浸渍模具，冷却、切成10～25mm长的粒子，得到所述聚丙烯复合材料。

实施例7

聚丙烯复合材料的配方及制备过程与实施例1相似，区别在于，用聚丙烯PPMM50S替换聚丙烯YPJ-3100H。

实施例8

聚丙烯复合材料的配方及制备过程与实施例1相似，区别在于，用粒径为1.0～2.5μm的沉淀硫酸钡(JLH-B7)替换粒径为0.6～0.8μm的沉淀硫酸钡。

对比例1

聚丙烯复合材料的配方及制备过程与实施例1相似，区别在于，用熔融指数为20g/10min的聚丙烯(PP-EP548R，中海壳牌)替换聚丙烯YPJ-3100H。

对比例2

聚丙烯复合材料的配方及制备过程与实施例1相似，区别在于，用热变形温度为220～250℃的液晶聚合物(KG250-100)替换液晶聚合物Rudrum LC3000。

对比例3

聚丙烯复合材料的配方及制备过程与实施例1相似，区别在于，用玻纤长度为3.0mm的短切无碱玻璃纤维(ECS301CL-3.0，重庆国际复合材料有限公司)替换连续长玻璃纤维EDR240-T838T。

对比例4

聚丙烯复合材料的配方及制备过程与实施例1相似，区别在于，用单丝直径为30～40μm的无碱连续长玻璃纤维(ERS200-17-T635C，泰山玻璃纤维有限公司)替换连续长玻璃纤维EDR240-T838T。

表1

按照以下性能测试标准或者测试方法对实施例和对比例所制备的聚丙烯复合材料进行性能测试：拉伸强度和伸长率：GB/T1040；弯曲强度和弯曲模量：GB/T9341；IZOD冲击强度：GB/T1843；热变形温度：GB/T1634；翘曲变形：注塑成直径为100mm、厚度为1.5mm的圆形板，然后将圆形板放在平整的桌面上，用高度尺测量圆形板边的高度，每块板测量四个点，每个样品测量三个样件，最后取其平均值；表面光泽度：按GB/T8807标准进行检测。

实施例和对比例的性能测试结果见表1、表2。

表1实施例性能测试结果

表2对比例性能测试结果

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按质量份计算的组分：

聚丙烯：19～46份；

液晶聚合物：5～10份；

连续长玻璃纤维：40～50份；

防翘曲剂：2～5份；

相容剂：5～10份；

助剂：0.5～6份；

其中，所述聚丙烯的熔融指数为30～120g/10min；所述液晶聚合物的热变形温度为177～210℃；所述无碱连续长玻璃纤维的单丝直径为10～25μm。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯的熔融指数为90～110g/10min。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述防翘曲剂为无机矿粉填料。

4.根据权利要求3所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述防翘曲剂为粒径为0.6～0.8μm的沉淀硫酸钡。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为极性单体接技聚合物。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助剂为热稳定剂、抗氧化剂、润滑剂中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助剂为0.5～2份热稳定剂、0.5～2份抗氧化剂、0.5～2份润滑剂。

8.权利要求1-7任一权利要求所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将聚丙烯、液晶聚合物、防翘曲剂、相容剂、助剂按比例混合均匀得到混合料；

S2、混合料经挤出机塑化熔融，熔体输入模头温度为230～300℃的浸渍模具，将连续长玻璃纤维输入浸渍模具，浸渍熔体后，将其牵引出浸渍模具，冷却、切粒，即得聚丙烯复合材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述切粒为切成10～25mm长的粒子。