CN107345026B - 一种低温-55℃耐冲击、高温70℃抗变形聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种低温-55℃耐冲击、高温70℃抗变形聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温‑55℃耐冲击、高温70℃抗变形聚丙烯复合材料及其制备方法，该材料是一种长玻璃纤维掺混短切芳纶纤维的聚丙烯复合材料，包括如下质量百分比的组分：聚丙烯50～90％、玻璃纤维0～30％、短切芳纶纤维0～20％、相容剂2～10％、特种增韧剂5～30％、润滑剂0.2～1％、其他助剂0.1～2％。本发明的优势在于结合了长玻纤增强聚丙烯材料耐热变形和短切芳纶纤维增韧聚丙烯耐低温冲击的特点，同时加入特种增韧剂，改进注塑时纤维取向性能。将上述两种纤维与聚丙烯材料共混改性制备聚丙烯复合材料，并直接注塑成型。用该材料制备的军用弹药包装箱，同时满足高温70℃密封性能和低温‑55℃跌落无破坏的性能要求，该材料在军事、航空等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种低温-55℃耐冲击、高温70℃抗变形聚丙烯复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及通用塑料改性领域，特别涉及一种掺杂长比例纤维、芳纶纤维制备的耐低温冲击、抗高温热变形聚丙烯复合材料。
背景技术
长玻纤增强热塑性复合材料具有比强度高、抗高温热变形、耐腐蚀、成型加工性能优异等卓越性能。其中长玻纤增强聚丙烯复合材料以其性价比高、热变形温度高、高模量、高刚性、相对密度低以及综合性能优越等优点，已广泛应用于汽车、电子、家电、军事等领域。虽然长玻纤增强聚丙烯材料具有以上优点，其断裂伸长率低，低温延展性低的缺点，在很多应用领域受到限制。
有机纤维芳纶纤维是一种分子排列规整、高结晶度、取向高的芳香族聚酰胺材料，具有相对密度低、低温冲击强度高、相对延展性好、耐疲劳等特点。经表面处理的芳纶纤维，能够克服表面光滑、表面活性低的缺点，通过与树脂共混，能够综合纤维与树脂基体各自的优点。
发明内容
本发明的目的在于制备一种掺杂双组份纤维耐低温冲击、抗热变形聚丙烯复合材料，该材料结合了长玻璃纤维增强聚丙烯材料模量高、成本低、强度高、热变形温度高和短切芳纶纤维耐冲击聚丙烯材料高延展率、抗剪切、低温冲击强度高和密度低的特点，同时加入特种增韧剂，提高注塑时纤维取向造成的材料横向拉伸强度低低温冲击易开裂的缺点，将短切芳纶纤维与长玻璃纤维增强聚丙烯材料共混掺混改性制备耐低温冲击抗热变形聚丙烯复合材料，并直接注塑成型。与其他高温抗热变形长玻纤增强聚丙烯复合材料或低温耐冲击聚丙烯、抗冲击聚苯乙烯增韧改性材料相比，该复合材料同时兼顾了两类材料的高或低温性能，既具有高温抗热变形能力，又具有极低温度耐冲击破坏的特点。用该材料制备的军用弹药包装箱，同时满足高温70℃密封性能和低温-55℃满载1.5米自由跌落无破坏的性能要求，该材料在军事、航空、极地科考等领域具有广阔的应用前景。
本发明技术方案为：
该双组份纤维制备的耐低温冲击、抗热变形聚丙烯复合材料，包括如下质量百分比的组份：
Figure BSA0000129873070000021
首先制备一定玻纤含量的长玻璃纤维增强抗热变形聚丙烯复合材料，然后制备一定芳纶纤维含量的短切芳纶纤维耐低温冲击聚丙烯复合材料，按比例将两种聚丙烯复合材料共混后，直接注塑成型。
所述高结晶共聚聚丙烯或高抗冲共聚聚丙烯，熔融指数在10～50g/10min，保证复合材料具有较好的流动性，便于加工成型。
所述玻璃纤维为无碱连续长玻璃纤维，玻璃纤维直径在8～20μm。
所述短切芳纶纤维为芳纶1313、芳纶1414中的一种或者两种，芳纶纤维长度2～15mm。
所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或者几种。
所述特种增韧剂，为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-己烯共聚物、丙烯-乙烯共聚物中的一种或几种，一般采用双峰聚合工艺或茂金属催化剂聚合生产的烯烃共聚物。
所述润滑剂为硬脂酸盐、硅酮、脂肪酸酰胺类中的至少一种；所述硬脂酸盐为硬脂酸钙或硬脂酸锌，硅酮为高分子硅氧烷，所述脂肪酸酰胺类为油酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺。
所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂按2∶1复配。所述光稳定剂为高分子量的受阻胺类光稳定剂，能够在弱酸环境中长期作用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将短切芳纶纤维与长玻璃纤维增强聚丙烯材料共混，直接注塑成型。通过调整合适的配方比例，使芳纶纤维、玻璃纤维和聚丙烯树脂很好的融合，在保证材料刚度和强度的基础上，增加聚丙烯复合材料的低温-55℃冲击强度。
具体实施方式
下面实施例是对本发明的一种耐低温冲击、抗热变形聚丙烯复合材料的进一步说明，所述的实施例是为了更好地解释本发明，而不是对本发明权利要求保护范围的限制。
实施例一
一种聚丙烯复合材料，包括如下质量百分比的组份：
Figure BSA0000129873070000031
Figure BSA0000129873070000041
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，置于双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、生产、造粒，获得长玻纤增强聚丙烯塑料粒子。
(2)用注塑机制备标准ISO样条，用于测试。
实施例二
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
Figure BSA0000129873070000042
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，置于双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、生产、造粒，获得长玻纤增强、增韧聚丙烯塑料粒子。
(2)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，短切芳纶纤维从侧喂入，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出的料条通过切粒机进行造粒，获得短切芳纶纤维增韧聚丙烯塑料粒子。
(3)按照重量分数2∶1比例，将两种塑料离子混合均匀后，通过注塑机制备标准ISO样条，用于测试。
实施例三
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
Figure BSA0000129873070000051
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，置于双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、生产、造粒，获得长玻纤增强、增韧聚丙烯塑料粒子。
(2)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，短切芳纶纤维从侧喂入，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出的料条通过切粒机进行造粒，获得短切芳纶纤维增韧聚丙烯塑料粒子。
(3)按照重量分数1∶2比例，将两种塑料离子混合均匀后，通过注塑机制备标准ISO样条，用于测试。
实施例四
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
Figure BSA0000129873070000061
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，置于双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、生产、造粒，获得长玻纤增强、增韧聚丙烯塑料粒子。
(2)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，短切芳纶纤维从侧喂入，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出的料条通过切粒机进行造粒，获得短切芳纶纤维增韧聚丙烯塑料粒子。
(3)按照重量分数1∶1比例，将两种塑料离子混合均匀后，通过注塑机制备标准ISO样条，用于测试。
实施例五
一种聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分：
Figure BSA0000129873070000062
Figure BSA0000129873070000071
聚丙烯复合材料的制备方法如下：
(1)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，置于双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、生产、造粒，获得长玻纤增强、增韧聚丙烯塑料粒子。
(2)按配比将聚丙烯、增韧剂及助剂等经高速搅拌机混合好后，短切芳纶纤维从侧喂入，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出的料条通过切粒机进行造粒，获得短切芳纶纤维增韧聚丙烯塑料粒子。
(3)按照重量分数2∶1比例，将两种塑料离子混合均匀后，通过注塑机制备标准ISO样条，用于测试。
详见如下数据比较：
Figure BSA0000129873070000072

Claims (7)

1.聚丙烯复合材料用于制备军用弹药包装箱的用途，其特征在于，所述聚丙烯复合材料为掺杂双组份纤维、低温-55℃耐冲击、高温70℃抗变形的材料，其基于质量百分比的组份如下：
共聚聚丙烯 50~90%
长玻璃纤维 0~30%
短切芳纶纤维 0~20%
相容剂 2~10%
特种增韧剂 5~30%
润滑剂 0.2~1%
其他助剂 0.1~2%；
其中，长玻璃纤维和短切芳纶纤维各自的质量百分比不为0，所述特种增韧剂为丙烯-乙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-丙烯-二烯三元共聚物中的一种或两种，所述短切芳纶纤维的长度为2-15mm，所述相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐或聚丙烯接枝马来酸酐；
所述军用弹药包装箱的制备包括首先制备长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，然后制备短切芳纶纤维耐冲击聚丙烯复合材料，按比例将两种聚丙烯复合材料共混后，直接注塑成型。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述共聚聚丙烯包括高结晶共聚聚丙烯和/或高抗冲共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述长玻璃纤维的直径为8~20μm。
4.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述短切芳纶纤维为芳纶1313和/或芳纶1414。
5.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸盐、硅酮、脂肪酸酰胺类中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述硬脂酸盐为硬脂酸钙或硬脂酸锌，所述硅酮为高分子硅氧烷，所述脂肪酸酰胺类为油酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺。
7.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述聚丙烯复合材料通过包括如下步骤的方法制备得到：
(1)通过熔融浸渍法将长玻璃纤维在惰性气体保护下输送至浸渍机头，通过浸渍机头进入浸渍装置中进行浸渍，再通过拉伸牵引，用切粒机进行造粒制备长玻纤增强聚丙烯复合材料；
(2)将除短切芳纶纤维外各组分混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，短切芳纶纤维从侧喂进入，挤出的料条通过切粒机进行造粒制备耐低温冲击聚丙烯复合材料；
(3)将(1)和(2)获得的塑料粒子按照配比混合后，通过注塑机直接注塑成型。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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