CN107236189A - 低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，包括如下组分：按照重量百分比计，聚丙烯树脂30‑60％、相容剂5‑10％、偶联剂0.5‑1.5％、玻璃纤维30‑50％、空心玻璃微珠3‑6％以及抗氧剂0.4‑1％。本发明还提供该种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法以及其在汽车领域的应用。本发明通过合理的高流动的均聚聚丙烯和高流动共聚聚丙烯和/或嵌段共聚聚丙烯混合，配合相容剂和偶联剂的作用，使聚丙烯、空心玻璃微珠和玻璃纤维较好的结合，通过熔融浸润挤出机机头，得到力学性能优异的长玻纤增强聚丙烯材料。同时高压缩强度的空心玻璃微珠不会被挤破，在降低材料密度的同时，材料强度没有明显降低。经本发明的改进，轻量化效果明显，在不影响材料力学性能的前提下减重5％‑10％。

Description

低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车用复合材料技术领域，尤其涉及一种汽车用的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
长玻纤增强聚丙烯材料由于力学性能优异、耐腐蚀、易成型和可回收利用等特点广泛用于汽车前端框架、仪表板骨架等结构部件，单车材料用量也在逐渐增多。由于长玻纤增强聚丙烯材料优异力学性能，在汽车应用上可以替代部分金属材料。长玻纤增强聚丙烯材料中玻璃纤维的加入提高了材料的力学性能，但是长玻纤的加入同时也增大了材料的密度，导致汽车配件的重量增加，限制了轻量化程度。
然而，出于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。所谓汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。在汽车轻量化的发展趋势下，保持长玻纤增强聚丙烯材料力学性能的前提下降低材料密度是重要的发展方向。但是，迄今为止，材料行业还没有为降低长玻纤增强聚丙烯材料密度而做出的技术方案。
有鉴于此，开发更低密度的汽车应用材料，降低长玻纤增强聚丙烯材料密度成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，包含如下组分：按照重量百分比计，聚丙烯树脂30-60％、相容剂5-10％、偶联剂0.5-1.5％、玻璃纤维30-50％、空心玻璃微珠3-6％以及抗氧剂0.4-1％。
根据本发明的一个实施例，当所述聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的质量比为0.5:1～2:1，优选为1:1。
根据本发明的一个实施例，当该聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的质量比为0.5:1～2:1，优选为1:1。
根据本发明的一个实施例，当该聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的质量比为1:1:1～2:1:1。
根据本发明的一个实施例，所述聚丙烯树脂的熔融指数为80g/10min以上，优选为80g/10min～120g/10min。
根据本发明的一个实施例，所述空心玻璃微珠的粒径为10-250μm，优选为15～135μm，其中90％的空心玻璃微珠的粒径小于25μm。。
根据本发明的一个实施例，所述空心玻璃微珠的耐压强度为15000PSI以上，优选15000PSI～20000PSI。
根据本发明的一个实施例，所述每个空心玻璃微珠上含有1个微孔，孔径为0.4～2μm。
根据本发明的一个实施例，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。该受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1:1～1:3。
本发明还提供一种上述低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：按照重量百分比称取以下原料：聚丙烯树脂30-60wt％、相容剂5-10wt％、偶联剂0.5～1.5wt％、玻璃纤维30-50wt％、空心玻璃微珠3-6wt％、抗氧剂0.4-1wt％；将聚丙烯树脂、相容剂、偶联剂、空心玻璃微珠、抗氧剂充分混合后，经过双螺杆挤出机，在挤出机模头处于长玻纤完成熔融浸渍，经牵引切粒后形成低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料；其中，该双螺杆挤出机的挤出温度为250-280℃，模头温度为270-290℃。
本发明还提供上述低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料在汽车前端框架、仪表板骨架中的应用。
本发明利用本发明利用空心玻璃微珠在相容剂及偶联剂的作用下对聚丙烯材料进行改性，在不降低复合材料的力学性能的前提下降低材料的密度，从而实现材料的轻量化。同时，通过对聚丙烯树脂的选取，进一步提升材料的力学性能。进一步地，通过选取合适的空心玻璃微珠粒径，得到有利于提升复合材料力学性能的恰当的粒径范围。最后，通过对空心玻璃微珠的微孔的孔径的选择，保证在提升力学性能的同时降低材料的密度，最终实现最佳的轻量化解决方案，适应当前汽车行业轻量化的发展趋势，开发更低密度的汽车应用材料，满足汽车行业的发展需求。
本发明通过合理的高流动的均聚聚丙烯和高流动共聚聚丙烯和/或嵌段共聚聚丙烯混合，同时配合相容剂和偶联剂的作用，使聚丙烯、空心玻璃微珠和玻璃纤维较好的结合，通过熔融浸润挤出机机头，得到力学性能优异的长玻纤增强聚丙烯材料。同时高压缩强度的空心玻璃微珠不会被挤破，在降低材料密度的同时，材料强度没有明显降低。经本发明的改进，轻量化效果明显，在不影响材料力学性能的前提下可实现减重5％-10％。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明详细说明如下。
本发明提供一种汽车用的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料包括如下组分：按照重量百分比计，聚丙烯树脂30-60％、相容剂5-10％、偶联剂0.5-1.5％、玻璃纤维30-50％、空心玻璃微珠3-6％、抗氧剂0.4-1％。
其中，该聚丙烯树脂采用高流动的无规共聚聚丙烯(PP-R)与高流动的均聚聚丙烯(PP-H)和/或嵌段共聚聚丙烯(PP-B)的混合物。该无规共聚聚丙烯(PP-R)由丙烯单体和少量的乙烯(1-4％)单体在加热、加压和催化剂作用下共聚得到，乙烯单体无规、随机分布到丙烯的长链中。该均聚聚丙烯(PP-H)由单一的丙烯单体聚合而成，分子链中不含乙烯单体。该嵌段共聚聚丙烯(PP-B)乙烯含量高，一般为7-15％，但由于PP-B中两个乙烯单体及三个单体连接在一起的概率非常高，乙烯单体仅存在嵌段相中，并未将PP-H的规整度降低，抗冲击性能较佳。
当该聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的质量比为0.5:1～2:1，优选为1:1；当该聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的质量比为0.5:1～2:1，优选为1:1；当该聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的质量比为1:1:1～2:1:1。
所得聚丙烯树脂混合物的熔融指数为80g/10min以上，优选为80g/10min～120g/10min。该较高的熔融指数，表示该聚丙烯树脂的流动性能较好。
该相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，为聚丙烯经反应挤出接枝马来酸酐制得，其可以作为增进极性材料与非极性材料粘接性和相容性的桥梁，采购自上海日之升新材料科技有限公司。
该偶联剂为硅烷偶联剂，采购自南京经天纬化工有限公司。硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，可用通式YSiX3表示，式中Y为非水解基团，包括链烯基(主要为乙烯基)，以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl、-OMe、-OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3及OAc等。由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团，可以用于表面处理。
该玻璃纤维为纤维直径为17μm的无碱玻璃纤维直接纱，购自东莞市湘大化工原料有限公司。该玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的。该无碱玻璃纤维是一种硼硅酸盐玻璃纤维，具有良好的电气绝缘性及机械性能。
该空心玻璃微珠是一种微小、中空的椭球形、圆球形或近球形的空心粉末。其密度在0.1-0.7g/ml。该空心玻璃微珠的主要成分是硼硅酸盐，其耐压强度大于15000PSI，优选为15000PSI～20000PSI；其粒径为10-250μm，优选为15～135μm，其中90％的空心玻璃微珠的粒径小于25μm。每个空心玻璃微珠上含有1个微孔，孔径为0.4～2μm；当该空心玻璃微珠填充于聚丙烯树脂时，可减轻产品重量，消除产品内应力确保尺寸稳定性，挺高抗压、抗冲击性。经本发明的对比实验可知，当粒径较大时，例如大于250μm时，其与聚丙烯树脂的相容性降低，同时会降低材料的强度。当微孔的孔径过大时，材料强度降低。
该抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，该受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，化学名为：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，为白色结晶粉末，购自巴斯夫公司。该亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168，化学名为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，为辅助抗氧剂。经本发明的试验验证，该抗氧剂168与抗氧剂1010复配，有很好的协同效应，可有效地防止聚丙烯在基础注塑中的热降解。在本发明的实施例中，该受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1:1～1:3。
本发明还提供该种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：按照重量百分比称取以下原料：聚丙烯树脂30-60wt％、相容剂5-10wt％、偶联剂0.5～1.5wt％、玻璃纤维30-50wt％、空心玻璃微珠3-6wt％、抗氧剂0.4-1wt％；将聚丙烯树脂、相容剂、偶联剂、空心玻璃微珠、抗氧剂充分混合后，经过双螺杆挤出机，在挤出机模头处于长玻纤完成熔融浸渍，经牵引切粒后形成低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机的挤出温度为250-280℃，模头温度为270-290℃。
本发明还提供一种该种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料在汽车前端框架、仪表板骨架中的应用。
本发明通过合理的高流动的均聚聚丙烯和高流动共聚聚丙烯和/或嵌段共聚聚丙烯混合，同时配合相容剂和偶联剂的作用，使聚丙烯、空心玻璃微珠和玻璃纤维较好的结合，通过熔融浸润挤出机机头，得到力学性能优异的长玻纤增强聚丙烯材料。同时高压缩强度的空心玻璃微珠不会被挤破，在降低材料密度的同时，材料强度没有明显降低。经本发明的改进，轻量化效果明显，在不影响材料力学性能的前提下可实现减重5％-10％。
实施例1
本发明的第一实施例提供一种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料包含如下组分：按照重量百分比计，聚丙烯树脂58.5％、相容剂6％、偶联剂0.5％、玻璃纤维30％、空心玻璃微珠4％、抗氧剂1％。其中，该聚丙烯树脂采用高流动的无规共聚聚丙烯(PP-R)与高流动的均聚聚丙烯(PP-H)的混合物，两者的质量比为1:1，所得聚丙烯树脂的混合物的熔融指数为100g/10min。相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，偶联剂为硅烷偶联剂，玻璃纤维为纤维直径为17μm的无碱玻璃纤维直接纱，该空心玻璃微珠的耐压强度为18000PSI，其粒径为10-250μm，优选为15～135μm，其中90％的空心玻璃微珠的粒径小于25μm。每个空心玻璃微珠上含有1个微孔，孔径为0.4～2μm。该抗氧剂为抗氧剂1010与168以质量比为1:2的复配物。
该种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法为：按照重量百分比称取上述原料，将聚丙烯树脂、相容剂、偶联剂、空心玻璃微珠、抗氧剂充分混合后，经过双螺杆挤出机，在挤出机模头处于长玻纤完成熔融浸渍，经牵引切粒后形成长度为12mm的低密度长玻纤增强聚丙烯微粒。双螺杆挤出机的挤出温度为250-280℃，模头温度为270-290℃。
实施例2
本发明的第二实施例提供一种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其包含如下组分：按照重量百分比计，聚丙烯树脂45.2％、相容剂8％、偶联剂0.8％、玻璃纤维40％、空心玻璃微珠5％、抗氧剂1％。其中，该聚丙烯树脂为高流动共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的混合物，比例为1:1，熔融指数为100g/10min，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，偶联剂为硅烷偶联剂，玻璃纤维为纤维直径为17μm的无碱玻璃纤维直接纱，空心玻璃微珠的耐压强度为18000PSI，抗氧剂为质量比为1:2的抗氧剂1010和168复配物。
将聚丙烯、相容剂、偶联剂、空心玻璃微珠和抗氧剂充分混合后经过双螺杆挤出机，在挤出机模头处于长玻纤完成熔融浸渍，经牵引切粒后形成长度为12mm低密度长玻纤增强聚丙烯颗粒。双螺杆挤出机的挤出温度为250℃～280℃，模头温度270℃～290℃。
实施例3
本发明第三实施例提供一种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其包含如下组分：按照重量百分比计，聚丙烯树脂32％、相容剂10％、偶联剂1％、玻璃纤维50％、空心玻璃微珠6％、抗氧剂1％。其中，聚丙烯为高流动共聚聚丙烯和均聚聚丙烯混合物，比例为1:1，熔融指数为100g/10min，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，偶联剂为硅烷偶联剂，玻璃纤维为纤维直径为17μm的无碱玻璃纤维直接纱，空心玻璃微珠的耐压强度为18000PSI，抗氧剂为质量比为1:2的抗氧剂1010和168复配物。
将聚丙烯、相容剂、偶联剂、空心玻璃微珠和抗氧剂充分混合后经过双螺杆挤出机，在挤出机模头处于长玻纤完成熔融浸渍，经牵引切粒后形成长度为12mm低密度长玻纤增强聚丙烯颗粒。双螺杆挤出机的挤出温度为250℃～280℃，模头温度270℃～290℃。
实施例4：本实施例与实施例1的区别在于：该聚丙烯树脂为质量比为1:1的共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物。
实施例5：本实施例与实施例1的区别在于：该聚丙烯树脂为质量比为1:1:1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物。
实施例6：本实施例与实施例1的区别在于：该聚丙烯树脂为质量比为2:1:1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物。
实施例7：本实施例与实施例3的区别在于：该聚丙烯树脂为质量比为1:1的共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物。
实施例8：本实施例与实施例3的区别在于：该该聚丙烯树脂为质量比为1:1:1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物。
实施例9：本实施例与实施例3的区别在于：该聚丙烯树脂为质量比为2:1:1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物。
对比例1：与实施例1相比区别在于，该聚丙烯树脂为共聚聚丙烯。
对比例2：与实施例1相比区别在于，该聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
对比例3：与实施例1相比区别在于，该聚丙烯树脂为嵌段聚丙烯。
对比例4：与实施例3相比区别在于，该聚丙烯树脂为共聚聚丙烯。
对比例5：与实施例3相比区别在于，该聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
对比例6：与实施例3相比区别在于，该聚丙烯树脂为嵌段聚丙烯。
对比例7：与实施例1相比，空心玻璃微珠的含量为2％。
对比例8：与实施例3相比，空心玻璃微珠的含量为2％。
对比例9：与实施例1相比，90％的空心玻璃微珠的粒径大于25μm。
对比例10：与实施例3相比90％的空心玻璃微珠的粒径大于25μm。
对比例11：与实施例6相比90％的空心玻璃微珠的粒径大于25μm。
对比例12：与实施例9相比90％的空心玻璃微珠的粒径大于25μm。
对比例13：与实施例1相比，空心玻璃微珠的微孔孔径小于0.4μm。
对比例14：与实施例1相比，空心玻璃微珠的微孔孔径大于2μm。
对比例15：与实施例3相比，空心玻璃微珠的微孔孔径小于0.4μm。
对比例16：对比例16与实施例3相比，每个空心玻璃微珠的微孔孔径大于2μm。
对比例17：对比例17与实施例6相比，每个空心玻璃微珠的微孔孔径小于0.4μm。
对比例18：对比例18与实施例6相比，每个空心玻璃微珠的微孔孔径大于2μm。
对比例19：对比例19与实施例9相比，每个空心玻璃微珠的微孔孔径小于0.4μm。
对比例20：对比例20与实施例9相比，每个空心玻璃微珠的微孔孔径大于2μm。
对比例21：与实施例1相比，不添加空心玻璃微珠。
对比例22：与实施例3相比，不添加空心玻璃微珠。
对比例23：与实施例4相比，不添加空心玻璃微珠。
对比例24：与实施例6相比，不添加空心玻璃微珠。
对比例25：与实施例1相比，空心玻璃微珠的耐压强度为6000PSI。
对比例26：与实施例3相比，空心玻璃微珠的耐压强度为6000PSI。
将上述方法完成造粒的汽车用聚丙烯复合材料在80～90℃下烘烤2小时，然后将干燥好的粒子在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
密度按照GB/T1033.1-2008标准进行检测，拉伸强度按GB/T1040.2-2006标准进行检测，样条尺寸(mm)：180×10×4，拉伸速度为50mm/min；弯曲强度和弯曲模量按GB/T9341-2008，样条尺寸(mm)：80×10×4，弯曲速度为2mm/min；缺口冲击强度按GB/T1843-2008标准进行检测，样条尺寸(mm)：80×10×4，剩余缺口厚度为2mm；材料的综合性能通过测试所得到的密度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度进行评判。
将上述实施例1-9以及对比例1-24所得的样条按照上述方法进行物性参数的表征，得到如下表1中的检测结果。
实施例1与对比例1-2的区别为：实施例1采用共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的混合物，对比例1采用共聚聚丙烯，对比例2采用均聚聚丙烯。通过实施例1与对比例1-2的样条检测结果的对比可知，同为30％长玻纤增强聚丙烯材料，若采用单一共聚聚丙烯树脂，材料冲击性能优异但刚性较差，若采用单一均聚聚丙烯树脂，材料刚性优异但冲击性能较差，而实例1采用共聚和均聚聚丙烯材料混合，可实现材料刚性和韧性的平衡，各方面性能均较为优异。这说明：采用共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的混合物的聚丙烯树脂，其总体力学性能强于单独采用其中一种的力学性能。
类似地，实施例3与对比例4、5的区别为：实施例3采用共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的混合物，对比例4采用共聚聚丙烯，对比例5采用均聚聚丙烯。通过实施例3与对比例4-5的样条检测结果对比可知，若采用单一共聚聚丙烯树脂，材料冲击性能优异但刚性较差，若采用单一均聚聚丙烯树脂，材料刚性优异但冲击性能较差，而实例3采用共聚和均聚聚丙烯材料混合，可实现材料刚性和韧性的平衡，各方面性能均较为优异。
同时，实施例1与对比例21、对比例7的区别在于：对比例21不添加空心玻璃微珠组分，对比例7的空心玻璃微珠的含量低于3％，为2％。通过实施例1与对比例21的样条检测结果的对比可知，实例1的密度比对比例21降低了约6％，而拉伸、弯曲和冲击等性能基本相同，这说明：空心玻璃微珠的加入，实现了在不影响材料力学性能的前提下降低材料密度的目的。同时，对比实施例1与对比例21的样条检测结果可知，实施例1的密度相比于对比例21降低了约6％，而对比例7的密度相比于对比例21几乎没有改善。也就是说，当空心玻璃微珠的加入量过少时，对降低材料密度的作用不明显。由此，在适当添加范围内的空心玻璃微珠加入，可以在不影响材料力学性能的前提下降低材料的密度。
实施例4与对比例1、对比例3的区别在于：实施例4采用共聚聚丙烯与嵌段聚丙烯的混合物，对比例1单独采用共聚聚丙烯，对比例3单独采用嵌段聚丙烯。通过实施例4与对比例1、对比例3的样条检测结果的对比可知，若采用单一共聚聚丙烯树脂，材料冲击性能优异但刚性较差，若采用单一嵌段聚丙烯树脂，材料刚性优异但韧性差，而实例4采用共聚和嵌段聚丙烯材料混合，可实现刚韧平衡。
类似地，实施例7与对比例4、对比例6的区别在于：实施例7采用共聚聚丙烯与嵌段聚丙烯的混合物，对比例4采用共聚聚丙烯，对比例6采用嵌段聚丙烯。通过对比样条检测结果可知，若采用单一共聚聚丙烯树脂，材料冲击性能优异但刚性较差，若采用单一嵌段聚丙烯树脂，材料刚性优异但韧性差，而实例7采用共聚和嵌段聚丙烯材料混合，可实现刚韧平衡。
同时，实施例4与对比例23的区别在于，对比例23不添加空心玻璃微珠。通过实施例4与对比例23的样条检测结果可知，实施例4的密度降低了约6％，而拉伸、弯曲和冲击等性能基本相同，这说明：空心玻璃微珠的加入，实现了在不影响材料力学性能的前提下降低材料密度的目的。
实施例5与实施例6的区别在于：实施例5采用质量比为1:1:1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段聚丙烯的混合物、实施例6采用质量比为2:1:1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段聚丙烯的混合物。两者的样条检测结果可知，共聚聚丙烯的含量多时，其力学性能更佳。
实施例6与对比例24的区别在于对比例24不添加空心玻璃微珠，对比实施例6与对比例24的样条检测结果可知，实施例6的密度降低了约6％，而拉伸、弯曲和冲击等性能与对比例24基本相同，这说明：空心玻璃微珠的加入，实现了在不影响材料力学性能的前提下降低材料密度的目的。
实施例3与对比例22、对比例8的区别在于，对比例22不添加空心玻璃微珠，对比例8的空心玻璃微珠的含量仅为2％。对比实施例3与对比例22的样条检测结果可知，实施例3的密度降低了约8％，而拉伸、弯曲和冲击等性能与对比例22基本相同。这说明空心玻璃微珠的加入，实现了在不影响材料力学性能的前提下降低材料密度的目的。对比例实施例3、对比例22以及对比例8的样条检测结果可知，实施例3的密度相较于对比例22降低了约8％，而对比例8的密度相较于对比例22几乎没变化。这说明，当空心玻璃微珠加入量过少时，降低材料密度的作用不明显。总之，空心玻璃微珠的含量为3-6％时，在不影响材料力学性能的前提下降低材料密度。
实施例1与对比例9的区别在于：对比例9中90％的空心玻璃微珠的粒径大于25μm，也即是说，对比例9中的空心玻璃微珠的粒径偏大。类似地，实施例3与对比例10的区别在于：对比例10的空心玻璃微珠的粒径偏大，实施例6与对比例11的区别在于对比例11的空心玻璃微珠的粒径偏大，实施例9与对比例12的区别在于对比例12的空心玻璃微珠的粒径偏大。通过分别对比实施例1与对比例9、实施例3与对比例10、实施例6与对比例11、实施例9与对比例12,的样条检测结果可知，各个对比例的力学性能明显降低。原因是空心玻璃微珠的粒径过大，容易被压碎。
实施例1与对比例13的区别在于，对比例13中每个空心玻璃微珠内部具有一个微孔，该微孔的孔径小于0.4μm，也就是说，对比例13中的空心玻璃微珠的微孔过小。类似地，实施例6与对比例17的区别为对比例17的微孔孔径过小，实施例3与对比例15的区别为对比例15的微孔孔径过小，实施例9与对比例19的区别为对比例19的微孔孔径过小。分别对比两者的样条检测结果可知，微孔孔径较小时，相对于不添加空心玻璃微珠的对比例21-24而言，材料密度降低的效果不明显。
实施例1与对比例14的区别在于，对比例14中每个空心玻璃微珠具有一个微孔，该微孔孔径大于2μm，也就是说，微孔的孔径较大。类似地，实施例3与对比例16的区别在于，对比例16中每个空心玻璃微珠的微孔孔径大于2μm；实施例6与对比例18的区别在于，对比例18的每个空心玻璃微珠的微孔孔径大于2μm；实施例9与对比例20的区别在于，对比例20的每个空心玻璃微珠的微孔孔径大于2μm。分别对比每组的样条检测结果可知，各个对比例的微孔孔径过大，密度虽然降低，但力学性能均有所下降。
另外，对于聚丙烯树脂为三元混合物的实施例而言，例如实施例5与实施例6相对于实施例1或实施例4，实施例8与实施例9相对于实施例3或实施例7，三种聚丙烯的混合物所带来的力学性能提升比两种聚丙烯的混合物所带来的力学性能提升要大。
实施例1与对比例25的区别在于，对比例25中空心玻璃微珠的耐压强度为6000PSI，实施例1与对比例26的区别为对比例25中空心玻璃微珠的耐压强度为6000PSI。分别对比两者的样条检测结果可知，空心玻璃微珠的耐压强度较小时，在加工过程中容易被压碎，空心玻璃微珠起不到降低材料密度的作用。
综上所述，本发明利用空心玻璃微珠在相容剂及偶联剂的作用下对聚丙烯材料进行改性，在不降低复合材料的力学性能的前提下降低材料的密度，从而实现材料的轻量化。同时，通过对聚丙烯树脂的选取，进一步提升材料的力学性能。进一步地，通过选取合适的空心玻璃微珠粒径，得到有利于提升复合材料力学性能的恰当的粒径范围。最后，通过对空心玻璃微珠的微孔的孔径的选择，保证在提升力学性能的同时降低材料的密度，最终实现最佳的轻量化解决方案，适应当前汽车行业轻量化的发展趋势，开发更低密度的汽车应用材料，满足汽车行业的发展需求。
本发明通过合理的高流动的均聚聚丙烯和高流动共聚聚丙烯和/或嵌段共聚聚丙烯混合，同时配合相容剂和偶联剂的作用，使聚丙烯、空心玻璃微珠和玻璃纤维较好的结合，通过熔融浸润挤出机机头，得到力学性能优异的长玻纤增强聚丙烯材料。同时高压缩强度的空心玻璃微珠不会被挤破，在降低材料密度的同时，材料强度没有明显降低。经本发明的改进，轻量化效果明显，在不影响材料力学性能的前提下可实现减重5％-10％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (16)

1.一种低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：包括如下组分：按照重量百分比计，聚丙烯树脂30-60％、相容剂5-10％、偶联剂0.5-1.5％、玻璃纤维30-50％、空心玻璃微珠3-6％以及抗氧剂0.4-1％。
2.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯和/或嵌段共聚聚丙烯的混合物。
3.根据权利要求2所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：当所述聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯的质量比为0.5:1～2:1。
4.根据权利要求2所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：当该聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的质量比为0.5:1～2:1。
5.根据权利要求2所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：当该聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯与均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯的混合物时，该无规共聚聚丙烯、均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的质量比为1:1:1～2:1:1。
6.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯树脂的熔融指数为80g/10min～120g/10min。
7.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
8.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，用通式YSiX3表示，式中Y为非水解基团，包括链烯基，以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基官能团的烃基；X为可水解基团，包括Cl、-OMe、-OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3及OAc。
9.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为纤维直径为17μm的无碱玻璃纤维直接纱。
10.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述空心玻璃微珠的粒径为10-250μm，其中90％的空心玻璃微珠的粒径小于25μm。
11.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述空心玻璃微珠的耐压强度为15000PSI～20000PSI。
12.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：每个空心玻璃微珠上含有1个微孔，孔径为0.4～2μm。
13.根据权利要求1所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：该抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。
14.根据权利要求14所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：该受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1:1～1:3。
15.一种如权利要求1-14中任一项所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
按照重量百分比称取以下原料：聚丙烯树脂30-60wt％、相容剂5-10wt％、偶联剂0.5～1.5wt％、玻璃纤维30-50wt％、空心玻璃微珠3-6wt％、抗氧剂0.4-1wt％；
将聚丙烯树脂、相容剂、偶联剂、空心玻璃微珠、抗氧剂充分混合后，经过双螺杆挤出机，在挤出机模头处于长玻纤完成熔融浸渍，经牵引切粒后形成低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料；该双螺杆挤出机的挤出温度为250-280℃，模头温度为270-290℃。
16.一种如权利要求1-14中任一项所述的低密度长玻纤增强聚丙烯复合材料在汽车前端框架、仪表板骨架中的应用。
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