CN106916447A - 一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用芳纶纤维、长玻璃纤维、热塑性树脂制备热塑性材料的配方和制造方法，属于改性塑料和复合材料技术领域。本发明的特点是基于长纤维增强热塑性塑料粒料工艺（LFT‑G），利用芳纶纤维的高强度、高韧性、高柔性的特性，使芳纶纤维在长玻璃纤维增强热塑性塑料的三维刚性骨架中均匀分散、纵横穿插，起到增加复合材料韧性和抗冲击强度的效果。本发明方法利用原有的LFT‑G生产设备，所需的设备简单，具有生产路线短、所需设备功耗小、操作方便、产品性能突出等有益效果，符合低碳环保和节能减排的要求，在汽车、家电、航空、建材、装备制造等领域有良好的应用前景。

Description

一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法
技术领域
本发明涉及利用芳纶纤维、长玻璃纤维、热塑性树脂制备热塑性材料的配方和制造方法，属于改性塑料和复合材料技术领域。
背景技术
长玻纤增强热塑性塑料(LFT, Long Fiber Reinforced Thermoplastic)是一类采用长玻璃纤维为增强骨架的热塑性材料，具有高强度、高刚度、高尺寸稳定性、低翘曲度、使用寿命长、耐蠕变等显著特点，可以弥补常用的短纤维增强热塑性塑料的不足。正是由于长玻纤增强热塑性塑料具有上述突出的性能，主要应用在汽车工程塑料结构部件，替代金属零部件以节省成本、降低重量、减少能耗；替代价格高的特种工程塑料，如尼龙、聚苯硫醚等；取代热固性玻璃钢复合材料，如氨基树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂等，提高成型效率、降低成本，并可以循环使用、二次加工，从而使纤维增强热塑性复合材料应用领域得到进一步的加强、扩展和深化。它的推广应用对铝、镁合金材料、纤维增强热固性复合材料、传统工程塑料等构成了巨大挑战，逐步成为制作汽车零部件和其他应用领域结构制件的主流材料。“环保、节能、汽车轻量化”成为LFT研发与生产、制件设计与应用快速发展的主要推动力。
芳纶分子结构上的酰胺基团被芳环分离且与苯环形成了共扼效应,内旋位能高,分子链之间可排列紧密,使其具有高强度、高模量，高耐热性、耐化学腐蚀性以及耐疲劳性能和尺寸稳定性等优异的综合性能,特别是在有机纤维中它的尺寸稳定性最佳,密度最轻,且具备无机纤维的物理性能和有机纤维的加工性能。由于芳纶纤维属于有机柔性纤维，且具有较高的强度和韧性，在冲击、剪切、拉伸等机械作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤，将其分散到改性聚合物基体后具有更高的屈服强度，减少了对基体的磨耗。将芳纶纤维添加进热塑性塑料中，使其具有优良的抗冲击性能、耐磨性能和综合力学强度。
随着汽车工业的不断发展和人们对汽车“轻量化、高性能化、安全性”等要求的显著提高，长玻纤增强热塑性材料被赋予日益提高的期望，如更高的抗冲击性和低温韧性等性能。单纯依靠刚性的长玻璃纤维形成的纵横交错、互相穿插三维网状结构所提供的吸收冲击和能量的特性，使长玻纤增强热塑性材料抗冲击韧性的的进一步提高遇到瓶颈。虽然刚性纤维可以通过自身断裂和从基体中拔出吸收冲击能量，但刚性骨架在熔体成型过程中形成了大量的缺陷和应力集中，当受到外部冲击时，裂纹通常从这些缺陷和应力集中处形成和发展进而形成大的开裂，从而使材料的实际抗冲击性能较差，不能满足“以塑代钢”的要求。刚性纤维增强热塑性材料在受冲击时形成的这种裂纹不同于韧性材料受冲击时形成的“银纹”（或称微裂纹）的原因在于，韧性材料的银纹是柔性分子链和空隙形成的实体，柔性分子链充斥在银纹中，使材料既吸收了大量冲击能量又不至于断裂。因此柔性纤维的存在可避免刚性骨架因缺陷和局部应力先于基体发生断裂，将柔性纤维芳纶引入长玻璃纤维形成的刚性骨架是本发明的重要特征和理论基础。综合玻璃刚性纤维和芳纶柔性纤维的各自特点，发挥复合材料“1+1＞2”的特有优势，使长玻纤增强热塑性材料的抗冲击强度得以提高。作为柔性长纤维的芳纶，可以在受到冲击时利用瞬时形变吸收大量能量，将能量及时传递出去，并诱发基体产生大量微裂纹来吸收更多的能量。
中国专利CN104151580A公开了一种增强增韧尼龙PA66改性工程塑料的制备方法，通过尼龙PA66、碳纤维、芳纶纤维和相容剂等助剂在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到成品。中国专利CN105131589A公开了一种气辅成型玻纤增强尼龙6工程塑料及其制备方法，通过将尼龙6树脂、无碱玻璃纤维、表面处理后的碳纤维、芳纶纤维以及相容剂等助剂在双螺杆中熔融共混挤出造粒得成品。中国专利CN102746648A公开了芳纶纤维增强的尼龙复合材料，通过尼龙树脂、无机填料、磨碎玻璃纤维、短切芳纶纤维和其他助剂制备复合材料。这些专利都肯定了芳纶纤维在热塑性塑料改性中的重要作用，但均不是基于LFT-G技术，所得产品也均不是长玻纤增强热塑性材料，即最终成型制品中的残留玻纤长度均较短，远低于玻纤临界长度L0，不能形成三维刚性骨架。中国专利CN104669636A公开了一种混杂纤维增强聚丙烯高强度复合材料的制备方法，通过将玻璃纤维与凯夫拉纤维混杂并通过改性塑料组份熔体浸渍得到改性塑料包覆的连续混杂纤维，然后经定向排布、热压、冷却、切割，得到混杂纤维薄片，最后再将纤维薄片与聚丙烯薄片间隔叠层并热压得到混杂纤维增强聚丙烯复合材料。该专利是基于GMT成型技术，产品为热压成型片材，而非基于LFT-G技术的热塑性粒料。
本发明基于LFT-G工艺，是芳纶纤维改性的长玻纤增强热塑性塑料粒料，相比之前的公开专利具有冲击强度高、低温韧性好、翘曲程度低等特点。
发明内容
针对长玻纤增强热塑性塑料材料现有技术的不足，本发明的目的是提供一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法，该方法制备的粒料具有优良的抗冲击韧性、低翘曲、耐磨损等显著优点。
本发明的第一个特征是采用如下的配方组成质量百分比：
热塑性树脂 40～80%
长玻璃纤维 20～60%
芳纶纤维 1～40%
相容剂 0～20%
偶联剂 0～5%
抗氧剂 0.01～2%
着色剂 0～2%
其他加工助剂 0～2%
其中，
所述热塑性树脂指具有热塑性任意一种树脂或几种树脂的混合物，优选的热塑性树脂为聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、尼龙6（PA6）、尼龙66（PA66）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），尤其指聚丙烯（PP）、尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)。其中PP优选熔指30～150g/10min的原料，PA6和PA66优选粘度2.4～3.2的原料。
所述连续玻璃纤维优选无碱连续玻璃纤维，纤维直径为10～25μm，优选17μm，线密度为1000～4800tex,优选2400tex。
所述芳纶纤维为芳香族聚酰胺纤维的简称，包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA，或称对位芳纶纤维、芳纶1414纤维）和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（PMIA，或称间位芳纶纤维、芳纶1313纤维）或它们的混合物,优选的芳纶纤维为对位芳纶纤维，纤维直径为2～60μm。芳纶纤维按长度分为连续长丝纤维和短切纤维，连续长丝纤维优选纤度为100～10000旦尼尔（Denier,简写为D）,短切芳纶纤维优选长度为1～6mm。
所述相容剂为极性单体接枝聚合物型相容剂，接枝率为0.5～3%，优选的接枝率0.8～1.5%。且该极性单体接枝聚合物性相容剂的聚合物基体为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-α烯烃共聚物(POE)、烯烃嵌段共聚物(OBC)、苯乙烯-丁二烯共聚物（SBS)、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、聚乙烯-聚丙烯-聚丁烯三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、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；该极性单体接枝聚合物性相容剂的极性单体为马来酸酐及其衍生物和丙烯酸酯及其衍生物中的至少一种。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或高分子类偶联剂中的至少一种，优选硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、聚酚氧。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、高分子类抗氧剂中的一种或几种。优选的抗氧剂为抗氧剂1010、1076、1098、3114、168、626等。
所述着色剂为颜料、染料、炭黑、色母粒等。
所述其他加工助剂包括流动改性剂、润滑剂、增塑剂等，优选聚乙烯蜡类、低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类和低粘度双酚A环氧树脂中的一种或几种。
本发明第二个特征是提供了一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法的具体实施工艺，涵盖一切将芳纶纤维分散于长玻纤增强热塑性塑料基体中的工艺方法，包括但不限于以下三种工艺方法：
工艺一：将上述配方中除长玻璃纤维和芳纶纤维外的物料混合均匀后投入挤出机中高温熔融，再将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒，得长玻纤增强热塑性塑料母粒，该母粒的重要特征在于产品粒子中的玻纤沿径向平行排列，产品粒子的径向长度等于粒子中玻纤的长度，粒子长度为5～25mm,优选的粒子长度为8～18mm；将一定比例的热塑性树脂原料及及助剂混合均匀投入挤出机主喂料斗中，将短切芳纶从主喂料或侧喂料斗中混入熔体，或是将连续长丝芳纶从挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，挤出冷却造粒，得芳纶改性热塑性塑料母粒；再将长玻纤增强热塑性塑料母粒和芳纶改性热塑性塑料母粒按照一定比例混合均匀即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料产品。
工艺二：将上述配方中除长玻璃纤维和芳纶纤维外的物料混合均匀后投入挤出机中高温熔融，将短切芳纶从主喂料或侧喂料斗中混入熔体，或是将连续长丝芳纶从挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，再将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒，得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料产品。本工艺重要特征在于产品粒子中的玻纤沿径向平行排列，产品粒子的径向长度等于粒子中玻纤的长度，粒子长度为5～25mm,优选的粒子长度为8～18mm。
工艺三：将上述配方中除长玻璃纤维和芳纶纤维外的物料混合均匀后投入挤出机中高温熔融，再将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，将连续长丝芳纶和连续长玻璃纤维混杂并按一定比例穿入长玻纤浸渍专用模具，使熔体同时浸渍包覆长玻璃纤维和连续长丝芳纶纤维，牵引冷却切粒，得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料产品。本工艺重要特征在于产品粒子中的玻纤和芳纶纤维沿径向平行排列，产品粒子的径向长度等于粒子中玻纤的长度和芳纶纤维长度，粒子长度为4～25mm,优选的粒子长度为5～18mm。
实施工艺中所述挤出机和长玻纤浸渍专用模具，按热塑性树脂种类不同，挤出机设定温度为170～300℃，长玻纤浸渍专用模具设定温度为180～320℃，挤出机转速为200～800转/分。
所述长玻纤浸渍专用模具为本领域技术人员所熟知的可以熔融树脂浸渍到玻璃纤维空隙中的专用模具，本专利对该专用模具结构设计不作限定，一切能使熔融树脂浸渍到玻璃单丝纤维空隙中结构设计都适用于本发明的制备方法。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1.本发明采用柔性芳纶纤维改性长玻纤增强热塑性塑料，柔性芳纶在长玻纤刚性骨架和热塑性树脂构成的基体中均匀分散、纵横穿插，提高了传统LFT材料的抗冲击强度和低温韧性，尤其是非缺口冲击强度，并改善了注塑产品的翘曲变形程度。
2.本发明采用柔性芳纶纤维改性连续长玻纤增强热塑性塑料，改善了制品的表面浮纤程度，提高了材料的耐热性能、耐磨性能、绝缘性能。
3.本发明具以下特点：生产工艺简单，使用原有LFT-G生产设备，不需要另外投资购买设备；原料成本低，产品附加值高。
本发明的第三个特征是提供了芳纶纤维改性连续长玻纤增强热塑性塑料的用途，制备的芳纶纤维改性连续长玻纤增强热塑性塑料,可以广泛汽车行业、航空航天、机械装备、电器设备、建筑建材、安全劳保等领域，产品包括但不限于发动机周边、汽车前端模块、仪表板支架、门板模块、防撞梁、座椅骨架、设备底座、防腐耐磨部件、脚踏板、电器底座壳体、汽车轮毂、洗衣机滚筒、纺织纱管、风机叶片及框架、安全帽、劳保鞋包头、自行车骨架等。
具体实施方式:
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明的内容包括但不限于这些实施例。
实施例1：
将30KG的尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、0.1KG抗氧剂1098以及0.1KG抗氧剂168在高速混合机中混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融，双螺杆挤出机设定温度为250～280℃；将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号T835，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃；将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒，得长玻纤增强PA66母粒(粒料长度12mm)。将30KG尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG短切芳纶（长度3mm,单丝直径10μm）、0.5KG硅烷偶联剂KH560、0.1KG抗氧剂1098以及0.1KG抗氧剂168在高速混合机中混合均匀后投入双螺杆挤出机主喂料斗中，熔融挤出冷却造粒，得芳纶改性PA66母粒；再将长玻纤增强PA66母粒和芳纶改性PA66母粒按照1:1的质量比混合均匀即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA66产品。
实施例2：
将30KG的尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、0.1KG抗氧剂1098以及0.1KG抗氧剂168在高速混合机中混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融，双螺杆挤出机设定温度为250～280℃；将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号T835，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃；将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒，得长玻纤增强PA66母粒(粒料长度12mm)。将30KG尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、0.5KG硅烷偶联剂KH560、0.1KG抗氧剂1098以及0.1KG抗氧剂168在高速混合机中混合均匀后投入双螺杆挤出机主喂料斗中熔融，将5KG短切芳纶（长度3mm,单丝直径10μm）投入侧喂料斗中输入挤出机，挤出冷却造粒，得芳纶改性PA66母粒；再将长玻纤增强PA66母粒和芳纶改性PA66母粒按照1:1的质量比混合均匀即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA66产品。
实施例3：
将30KG的尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、0.1KG抗氧剂1098以及0.1KG抗氧剂168在高速混合机中混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融，双螺杆挤出机设定温度为250～280℃；将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号T835，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃；将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒，得长玻纤增强PA66母粒(粒料长度12mm)。将30KG尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、0.5KG硅烷偶联剂KH550、0.1KG抗氧剂1098以及0.1KG抗氧剂168在高速混合机中混合均匀后投入挤出机主喂料斗中熔融，将3股连续长丝芳纶（单丝直径10μm，纤度1000D）从双螺杆挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，挤出冷却造粒，得芳纶改性PA66母粒；再将长玻纤增强PA66母粒和芳纶改性PA66母粒按照1:1的质量比混合均匀即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA66产品。
实施例4：
将60KG的尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、1KG聚酚氧、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度250～280℃），将3股连续长丝芳纶（单丝直径10μm，纤度1000D）从双螺杆挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4100，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA66产品。
实施例5：
将60KG的尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG短切芳纶（长度3mm,单丝直径10μm）、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、1KG硅烷偶联剂KH560、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度250～280℃），将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4100，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA66产品。
实施例6：
将60KG的尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度250～280℃），将1股连续长丝芳纶（单丝直径10μm，纤度4000D）和1股无碱连续长玻璃纤维（牌号T835，单丝直径17μm，线密度2400Tex）并股混杂后穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体同时浸渍包覆长玻璃纤维和连续长丝芳纶纤维，牵引冷却切粒(粒料长度8mm)，即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA66产品。
实施例7：
将60KG的尼龙6(牌号YH400，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-9,接枝率为0.8～1.2%)、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度220～260℃），将5股连续长丝芳纶（单丝直径10μm，纤度1000D）从挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4100，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为230～280℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA6产品。
实施例8：
将62KG的聚丙烯PP(牌号BX3900，熔融指数100g/10min)、3KG的相容剂马来酸酐接枝PP(牌号CMG5701,接枝率为0.8～1.2%)、0.2KG加工助剂芥酸酰胺、0.2KG抗氧剂1010、0.2KG抗氧剂168以及1KG黑色母（牌号UN2014, 含50%高色素碳黑）混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度180～230℃），将3股连续长丝芳纶（单丝直径10μm，纤度1000D）从挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4805，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为200～250℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PP产品。
实施例9：
将40KG的尼龙66(牌号EPR27，粘度为2.7)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、1KG硅烷偶联剂KH560、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度250～280℃），将5股连续长丝芳纶（单丝直径10μm，纤度2000D）从双螺杆挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，将50KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4100，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强PA66产品。
对比例1：
将65KG的尼龙66(牌号EPR24，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度250～280℃），将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4100，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得长玻璃纤维增强PA66产品。
对比例2：
将65KG的尼龙6(牌号YH400，粘度为2.4)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-9,接枝率为0.8～1.2%)、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度220～260℃），将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4100，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为230～280℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得长玻璃纤维增强PA6产品。
对比例3：
将65KG的聚丙烯PP(牌号BI997，熔融指数90～100g/10min)、3KG的相容剂马来酸酐接枝PP(牌号KHPP-1010,接枝率为1.0～1.5%)、0.2KG加工助剂芥酸酰胺、0.2KG抗氧剂1010、0.2KG抗氧剂168以及1KG黑色母（牌号UN2014, 含50%高色素碳黑）混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度180～230℃），将30KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4805，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为200～250℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得长玻璃纤维增强PP产品。
对比例4：
将65KG的尼龙66(牌号EPR27，粘度为2.7)、5KG的相容剂马来酸酐接枝POE(牌号KT-915,接枝率为1.0～2.0%)、0.2KG抗氧剂1098以及0.2KG抗氧剂168混合均匀后投入双螺杆挤出机中高温熔融（挤出机设定温度250～280℃），将50KG无碱连续长玻璃纤维（牌号SE4100，单丝直径17μm，线密度2400Tex）穿入长玻纤浸渍专用模具，模具设定温度为260～300℃，将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒(粒料长度12mm)，即得长玻璃纤维增强PA66产品。
按照ISO测试标准，分别对上述实施例1～9和对比例1～4所制得的材料进行相关性能的测试，并取平均值，测试结果如表1、2所示：
表1：实施例1～6和对比例1所制得的材料的ISO标准测试结果
测试项目 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比例1
ISO 1183 1.36 1.36 1.36 1.36 1.36 1.36 1.36
玻纤含量（%） ISO 3451 30 30 30 30 30 30 30
拉伸强度（MPa） ISO 527 190 196 190 186 192 202 199
弯曲强度（MPa） ISO 178 267 267 268 270 270 277 262
弯曲模量（MPa） ISO 178 9800 9900 10000 10400 9700 11100 10200
ISO 179 23 24 26 27 26 25 20
ISO 179 64 63 69 72 71 70 51
表2：实施例7～9和对比例2～4所制得的材料的ISO标准测试结果
测试项目 测试标准 实施例7 实施例8 实施例9 对比例2 对比例3 对比例4
ISO 1183 1.36 1.12 1.57 1.36 1.12 1.57
玻纤含量（%） ISO 3451 30 30 50 30 30 50
拉伸强度（MPa） ISO 527 168 120 220 162 118 220
弯曲强度（MPa） ISO 178 242 162 362 238 165 362
弯曲模量（MPa） ISO 178 8700 6200 14700 8800 6400 14700
ISO 179 26 26 40 21 22 32
ISO 179 71 53 97 53 46 72
从表1可以看出，实施例1～6分别采用三种工艺的不同方法将芳纶纤维分散到长玻璃纤维增强PA66的体系中，且长玻纤含量为30%，相对于对比例1，缺口冲击强度和非缺口冲击强度均有明显提升，其中实施例4提高幅度最大，非缺口冲击强度提高达41%。
从表2可以看出，实施例7为采用工艺二将芳纶纤维分散到长玻璃纤维增强PA6的体系中，相对于对比例2，缺口冲击强度和非缺口冲击强度均有明显提升，非缺口冲击强度提高达34%；实施例8为采用工艺二将芳纶纤维分散到长玻璃纤维增强PP的体系中，相对于对比例3，缺口冲击强度和非缺口冲击强度均有明显提升，非缺口冲击强度提高达15%；实施例9为采用工艺二将芳纶纤维分散到长玻璃纤维增强PA66的体系中，且长玻纤含量为50%，相对于对比例4，缺口冲击强度和非缺口冲击强度均有明显提升，非缺口冲击强度提高达35%。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉本领域的技术人员能够了解本发明的内容加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种高冲击高强度长玻纤增强热塑性材料的制备方法，该方法基于长纤维增强热塑性塑料（LFT-G）工艺，利用芳纶纤维的高强度、高韧性、高柔性的特性，使芳纶纤维在玻璃纤维增强热塑性塑料的三维刚性骨架中均匀分散、纵横穿插，起到增加复合材料韧性和抗冲击强度的效果。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法所用原料的配方组成质量百分比如下：
热塑性树脂 40～80%
长玻璃纤维 20～60%
芳纶纤维 1～40%
相容剂 0～20%
偶联剂 0～5%
抗氧剂 0.01～2%
着色剂 0～2%
其他加工助剂 0～2%。
3.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述热塑性树脂指具有热塑性的任意一种树脂或几种树脂的混合物，常见热塑性树脂包括但不限于聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、尼龙6（PA6）、尼龙66（PA66）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯硫醚（PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酮（POK)等。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述PP的熔融指数为30～150g/10min，PA6和PA66的粘度为2.4～3.2。
5.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述长玻璃纤维为连续玻璃纤维（E类、D类、S类或R类中的一种或几种的混合物），纤维直径为10～25μm，线密度为1000～4800tex。
6.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述芳纶纤维为芳香族聚酰胺纤维的简称，包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA，或称对位芳纶纤维、芳纶1414纤维）和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（PMIA，或称间位芳纶纤维、芳纶1313纤维）或它们的混合物。
7.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述相容剂为极性单体接枝聚合物型相容剂，接枝率为0.5～3%；且该极性单体接枝聚合物性相容剂的聚合物基体为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-α烯烃共聚物(POE)、烯烃嵌段共聚物(OBC)、苯乙烯-丁二烯共聚物（SBS)、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、聚乙烯-聚丙烯-聚丁烯三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、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；该极性单体接枝聚合物性相容剂的极性单体为马来酸酐及其衍生物和丙烯酸酯及其衍生物中的至少一种。
8.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或高分子类偶联剂中的至少一种。
9.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、高分子类抗氧剂中的一种或几种。
10.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述着色剂为颜料、染料、炭黑、色母粒等。
11.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述其他加工助剂包括流动改性剂、润滑剂、增塑剂。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于提供了一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法的具体实施工艺，涵盖一切将芳纶纤维分散于长玻纤增强热塑性塑料基体中的工艺方法。
13.根据权利要求1、2、12所述的方法，其特征在于包括但不限于如下方法：将配方中除长玻璃纤维和芳纶纤维外的物料混合均匀后投入挤出机中高温熔融，再将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒，得长玻纤增强热塑性塑料母粒，该母粒的重要特征在于产品粒子中的玻纤沿径向平行排列，产品粒子的轴向长度等于粒子中玻纤的长度，粒子长度为5～25mm；将一定比例的热塑性树脂原料及助剂混合均匀投入挤出机主喂料斗中，将短切芳纶从主喂料或侧喂料斗中混入熔体，或是将连续长丝芳纶从挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，挤出冷却造粒，得芳纶改性热塑性塑料母粒；再将长玻纤增强热塑性塑料母粒和芳纶改性热塑性塑料母粒按照一定比例混合均匀即得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料产品。
14.根据权利要求1、2、12所述的方法，其特征在于包括但不限于如下方法：将配方中除长玻璃纤维和芳纶纤维外的物料混合均匀后投入挤出机中高温熔融，将短切芳纶从主喂料或侧喂料斗中混入熔体，或是将连续长丝芳纶从挤出机塑化段排气孔（玻纤孔）中混入熔体中，再将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，使熔体浸渍包覆长玻璃纤维，牵引冷却切粒，得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料产品；本工艺重要特征在于产品粒子中的玻纤沿轴向平行排列，产品粒子的径向长度等于粒子中玻纤的长度，粒子长度为5～25mm。
15.根据权利要求1、2、12所述的方法，其特征在于包括但不限于如下方法：将配方中除长玻璃纤维和芳纶纤维外的物料混合均匀后投入挤出机中高温熔融，再将熔体输入长玻纤浸渍专用模具，将连续长丝芳纶和连续长玻璃纤维混杂并按一定比例穿入长玻纤浸渍专用模具，使熔体同时浸渍包覆长玻璃纤维和连续长丝芳纶纤维，牵引冷却切粒，得芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料产品；本工艺重要特征在于产品粒子中的玻纤和芳纶纤维沿径向平行排列，产品粒子的径向长度等于粒子中玻纤的长度和芳纶纤维长度，粒子长度为4～25mm。
16.根据权利要求1、2、12、13、14、15所述的方法，其特征在于所述挤出机和长玻纤浸渍专用模具，按热塑性树脂种类不同，挤出机设定温度为170～300℃，长玻纤浸渍专用模具设定温度为180～320℃，挤出机转速为200～800转/分。
17.根据权利要求1、2、12、13、14、15、16所述的方法，其特征在于所述长玻纤浸渍专用模具为本领域技术人员所熟知的可以使熔融树脂浸渍到玻璃纤维空隙中的专用模具，本专利对该专用模具结构设计不作限定，一切能使熔融树脂浸渍到玻璃单丝纤维空隙中结构设计都适用于本发明的制备方法。
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