CN106967250A - 一种长纤维增强热塑性模压料的组成及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种长纤维增强热塑性模压料的组成及其使用方法，模压料是由连续的增强纤维粗纱与热塑性树脂配方经挤出熔融浸润后切断得到颗粒状的物料；将模压料预热到熔化，通过刮抹刮平再刮拢聚集成料团；将料团放到热压机模具内，合模成型得到模压制品。热塑性树脂配方的原料组成为：100份熔融流动指数MI为4～60g/10min的基体树脂,4～40份接枝反应的聚合物,1～20份无机矿物粉末；0.1～10份润滑剂；3～25份增韧组分。该模压料具有高的强度和韧性，突出的热稳定性，良好的流动充模特性，熔化后树脂同纤维一起流动不会分离，因此只要轻轻刮动就能让纤维均匀散开，不需要通过挤出机进行塑化分散。

Description

一种长纤维增强热塑性模压料的组成及其使用方法
技术领域：
本发明涉及材料加工领域，更具体的说是涉及一种长纤维增强热塑性模压料的组成及其使用方法。
背景技术：
在高分子材料里添加增强纤维，进行模压成型是获得大尺寸、高强度制品的有效途径，由于环保、韧性好、成型周期短等优点，以聚丙烯等塑料为主的热塑性模压料正在逐渐取代传统的SMC等热固性材料。
热塑性模压料的典型工艺包括把原料预热到熔化状态，然后放入温度低于原料树脂熔点的一副金属模具内，快速压缩充填模具，冷却后脱模得到制品。对增强模压料来说，内部的增强纤维的长度对制品强度，尤其是抗冲击性能起着决定性的影响。目前广泛使用的热塑性模压制品主要有这几种方法：
1.热塑性玻纤毡(GMT)是由多层玻璃纤维毡和塑料薄膜交叠层压而成的，纤维毡包含连续的或长度在20毫米以上的玻璃纤维，因此具有突出的抗冲击性能，但GMT的成本较高，流动性差，生产环节多，限制了其进一步发展。
2.长纤维在线混配工艺(D-LFT)，包括一套混配制取增强料的设备和一套把混配好的增强料挤出来的设备。挤出的原料立即送到热压机上成型。其优点是原料流动充模性好，能成型复杂零件，但设备太过复杂，加工环节太多。
3.长纤维增强粒料是预先浸渍了塑料树脂的增强材料，呈圆柱形，粒料内部有长度跟颗粒长度相同的增强纤维，使用工艺是把这种粒料通过挤出机熔化、把纤维和树脂混合分散均匀，然后挤出来进行模压。该工艺适应性强、设备简单，因而具有良好的发展前景。但由于增强纤维在挤出机内受到剪切破坏，最后只能保持1厘米左右的长度，因而性能还有待提高。另外，同长纤维在线混配工艺相比，使用长纤维增强粒料的单位成本还比较高。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种长纤维增强热塑性模压料的组成及其使用方法，是一种优化的长纤维增强粒料，使其更适于模压工艺，得到更好的性能，其降低原料的成本，使其具有更广泛的应用前景。
本发明的技术解决措施如下：
一种长纤维增强热塑性模压料，模压料是由连续的增强纤维粗纱与热塑性树脂配方经挤出熔融浸润后切断制得的颗粒状的物料，所述热塑性树脂配方按重量份数计，包括的组分有：100份熔融流动指数MI为4～60g/10min的基体树脂,4～40份接枝反应的聚合物,1～20份无机矿物粉末；3～25份增韧组分。
作为优选，所述基体树脂为高密度聚乙烯HDPE、均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，基体树脂的熔融流动指数MI为10～40g/10min，基体树脂是一次合成而成，基体树脂没有经过过氧化物的降解来降低其粘度的处理工艺。
作为优选，所述接枝反应的聚合物为基体树脂与马来酸酐或丙烯酸接枝反应生成的聚合物，为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯，聚合物的接枝率为0.5～3％，且聚合物的熔融流动指数大于基体树脂的熔融流动指数。
作为优选，所述无机矿物粉末为3～16份，无机矿物粉末为颗粒状粉末，如活性碳酸钙，且无机矿物粉末的目数大于1000目。
作为优选，所述热塑性树脂配方中还包括润滑剂，且润滑剂为0.1～10份；润滑剂为硬脂酸及硬脂酸盐类、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、低分子量聚丙烯、微晶蜡或接枝聚乙烯蜡中的一种或两种。
作为优选，所述硬脂酸盐类为硬脂酸锌、硬脂酸铝或硬脂酸钙。
作为优选，所述增韧组分为增韧剂、与基体树脂相容的共聚物或树脂，增韧组分为共聚聚丙烯，聚乙烯，聚烯烃弹性体POE，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物EVA，三元乙丙橡胶EPDM，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体SBS中的至少一种。
作为优选，所述增韧组分的弹性模量比基体树脂的弹性模量低，并且能在基体树脂中均匀、稳定地分散。
作为优选，所述连续的增强纤维粗纱是玻璃纤维直接无捻粗纱。
一种长纤维增强热塑性模压料的使用方法，包括如下步骤：
a)将模压料铺在托盘上，放置在热风烘箱内预热到熔化，热风烘箱的加热温度为180℃～250℃，熔化后的料通过刮抹刮平，再刮拢聚集成料团；
b)将料团放到热压机模具内，模具温度为60℃～120℃，合模成型得到模压制品。
本发明的有益效果在于：
本发明使用较高粘度的基体树脂，基体树脂包括聚乙烯或聚丙烯，基体树脂的熔融流动指数MI为4～60g/10min(230℃/2.16kg)，更具体地说，MI为10～40g/10min的基体树脂。其基体树脂是一次合成而成，没有经过过氧化物降解等降低粘度的处理工艺，因此具有良好的强度和稳定性。同其他的成型方法比如注塑相比，模压成型过程中，模压料受热时间长，并且受热时与空气接触，而经过过氧化物降解的树脂内含有残留的过氧化物以及分解产生的小分子物质，因此制品的耐久性和抗冲击性能不好。
为了获得好的力学性能，制品内部的增强纤维应该尽量长，尽量直并且充分分散开。如果树脂粘度太低，即MI高于60，则需要通过强的剪切分散过程让纤维充分分散，但这一过程同时造成纤维折断以及过分弯曲，降低了纤维的增强效果。采用上述MI范围的树脂后，树脂流动时就能带动纤维一起流动，因此只要很柔和的塑化过程就能让纤维充分分散开，同时保持了纤维的长度和直度。如果树脂的MI低于4，则生产长纤维增强粒料的难度大，树脂不能浸透所有纤维。另外树脂流动时的剪切应力也会折断纤维。
本发明在配方中添加马来酸酐或丙烯酸接枝反应的聚合物，聚合物的接枝率为0.5～3％，聚合物的熔融流动指数大于基体树脂的熔融流动指数。如果聚合物用量过低，则树脂与增强纤维的界面粘接强度差，影响强度和耐候性。如果聚合物用量过高或者接枝率过高，熔融后会有酸性气味，给生产和使用带来不良影响。
本发明为了更好地让纤维和树脂结合在一起，阻止模压时两者分离，在配方中添加1～20份的无机矿物粉末，更具体地为3～16份的无机矿物粉末，以增强树脂和纤维的相互作用力。所说的无机矿物粉末优选颗粒状粉末，比如活性碳酸钙，其目数应小于纤维直径的1/3,最好是1/5,以避免对纤维的磨损。研究表明，添加少量的微米级粉末可以提高纤维增强塑料的强度及抗冲击性，无机矿物粉末的加入还降低了制品厚度方向的收缩率，使制品表面平整。
本发明为了改善制品表面质量，在配方中添加0.1～10份的润滑剂，促进树脂对纤维的包覆，防止制品表面出现浮纤。润滑剂包括但不限于硬脂酸及其盐类(硬脂酸锌、硬脂酸铝、硬脂酸钙等)、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、低分子量聚丙烯、微晶蜡、接枝聚乙烯蜡等。
本发明在配方中加入3～25份的增韧组分，以提高材料的韧性和强度。增韧组分可以是行业上通常采用的商业品牌增韧剂，也可以是与基体树脂相容的共聚物或其他树脂。增韧组分的弹性模量比基体树脂的弹性模量低，并且能在基体树脂中均匀、稳定地分散。各基体树脂优选的增韧组分如下表：
本发明将热塑性树脂配方在低速混合机内混合，经挤出机挤出；混合后的热塑性树脂配方与玻璃纤维直接无捻纱熔融浸润，冷却切粒得到颗粒；将所得的颗粒铺在托盘上，放置在热风烘箱内预热到熔化，熔化后的料通过刮抹刮平，再刮拢聚集成料团；将料团放到热压机模具内，合模成型得到模压制品。该模压料具有高的强度和韧性，突出的热稳定性，良好的流动充模特性。熔化后树脂同纤维一起流动不会分离，因此只要轻轻刮动就能让纤维均匀散开，不需要通过挤出机进行塑化分散.
具体实施方式：
实施例一，一种长纤维增强热塑性模压料，模压料是由连续的增强纤维粗纱与热塑性树脂配方经挤出熔融浸润后切断制得的颗粒状的物料，所述热塑性树脂配方按重量份数计，包括的组分有：100份均聚聚丙烯：均聚聚丙烯的等规度为95％，均聚聚丙烯的熔融流动指数MI为15g/10min；10份马来酸酐接枝聚丙烯：其接枝率为0.9％,其熔融流动指数MI为120g/10min；8份活性碳酸钙：碳酸钙的目数为1200目；10份线性低密度聚乙烯LLDPE：其LLDPE的熔融流动指数为2g/10min。
将上述热塑性树脂配方的组分按重量配好，在低速混合机内混合15分钟后，经挤出机挤出，与玻璃纤维直接无捻粗纱(玻璃纤维直接无捻粗纱为2400tex无碱玻璃纤维纱)熔融浸润，冷却切粒得到长度为20毫米的颗粒，得到的颗粒即为模压料，将所得的颗粒铺在托盘上，放置在热风烘箱内加热到220℃，用刮板刮平，再刮拢成料团，此时绝大部分颗粒已经散开，看不出原来平行的纤维束。再将料团放到热压机模具内，模具温度100℃，合模成型得到模压制品。
上述方法制得的模压料在加热过程中无变色，没有酸性气味，经80％的压缩比模压后，纤维沿制品平面内均匀分布，没有明显的取向，制品加热到110℃时刚度没有显著变化。
实施例二，一种长纤维增强热塑性模压料，模压料是由连续的增强纤维粗纱与热塑性树脂配方经挤出熔融浸润后切断制得的颗粒状的物料，所述热塑性树脂配方按重量份数计，包括的组分有：100份均聚聚丙烯：均聚聚丙烯的等规度为95％，均聚聚丙烯的熔融流动指数MI为15g/10min；5份马来酸酐接枝聚丙烯：其接枝率为0.9％,其熔融流动指数MI为200g/10min；10份活性碳酸钙：碳酸钙的目数为1200目；6份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物EVA：其VA含量18％；2份聚乙烯蜡：其熔点为110℃。
将上述热塑性树脂配方的组分按重量配好，在低速混合机内混合15分钟后，经挤出机挤出，与玻璃纤维直接无捻粗纱(玻璃纤维直接无捻粗纱为2400tex无碱玻璃纤维纱)熔融浸润，冷却切粒得到长度为20毫米的颗粒，将所得的颗粒铺在托盘上，放置在热风烘箱内加热到220℃，用刮板刮平，再刮拢成料团，此时绝大部分颗粒已经散开，看不出原来平行的纤维束。再将料团放到热压机模具内，模具温度100℃，合模成型得到制品。制品表面光洁，韧性好，加热到90℃时刚度没有显著变化。
上述实施例是对本发明进行的具体描述，只是对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术人员根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：模压料是由连续的增强纤维粗纱与热塑性树脂配方经挤出熔融浸润后切断制得的颗粒状的物料，所述热塑性树脂配方按重量份数计，包括的组分有：100份熔融流动指数MI为4～60g/10min的基体树脂,4～40份接枝反应的聚合物,1～20份无机矿物粉末；3～25份增韧组分。
2.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述基体树脂为高密度聚乙烯HDPE、均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，基体树脂的熔融流动指数MI为10～40g/10min，基体树脂是一次合成而成，基体树脂没有经过过氧化物的降解来降低其粘度的处理工艺。
3.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述接枝反应的聚合物为基体树脂与马来酸酐或丙烯酸接枝反应生成的聚合物，为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯，聚合物的接枝率为0.5～3％，且聚合物的熔融流动指数大于基体树脂的熔融流动指数。
4.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述无机矿物粉末为3～16份，无机矿物粉末为颗粒状粉末，如活性碳酸钙，且无机矿物粉末的目数大于1000目。
5.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述热塑性树脂配方中还包括润滑剂，且润滑剂为0.1～10份；润滑剂为硬脂酸及硬脂酸盐类、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、低分子量聚丙烯、微晶蜡或接枝聚乙烯蜡中的一种或两种。
6.根据权利要求5所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述硬脂酸盐类为硬脂酸锌、硬脂酸铝或硬脂酸钙。
7.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述增韧组分为增韧剂、与基体树脂相容的共聚物或树脂，增韧组分为共聚聚丙烯，聚乙烯，聚烯烃弹性体POE，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物EVA，三元乙丙橡胶EPDM，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体SBS中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述增韧组分的弹性模量比基体树脂的弹性模量低，并且能在基体树脂中均匀、稳定地分散。
9.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性模压料，其特征在于：所述连续的增强纤维粗纱是玻璃纤维直接无捻粗纱。
10.如权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性模压料的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)将模压料铺在托盘上，放置在热风烘箱内预热到熔化，热风烘箱的加热温度为180℃～250℃，熔化后的料通过刮抹刮平，再刮拢聚集成料团；
b)将料团放到热压机模具内，模具温度为60℃～120℃，合模成型得到模压制品。
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