CN108070145A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法,涉及高分子复合材料技术领域。本发明由以下原料制成:聚丙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、碳纤维、高岭土、增韧剂、成核剂、硅油。本发明制备的聚丙烯复合材料具有优异的力学性能、抗压性能,本发明制备的聚丙烯复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度均明显高于普通聚丙烯材料,并且制件的表面光亮,不易出现浮纤现象。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域,具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物,分子量约8-15万,密度只有0.90-0.91g/cm3,是目前所有塑料中最轻的品种之一。另外,聚丙烯遇水特别稳定,在水中的吸水率仅为0.01%。虽然聚丙烯成型性好,但因其收缩率大,约为1%~2.5%,所以制成厚壁制品易出现凹陷,故对一些尺寸精度较高零件,很难达到要求。
现有技术中,通过添加碳纤维提高聚丙烯材料的强度、热变形温度和尺寸稳定性,进而扩大了聚丙烯材料的应用领域,使其广泛应用于电子电器、汽车、建筑等领域。
但是,加入碳纤维后聚丙烯材料容易出现浮纤的现象,浮纤现象一般是由碳纤维外露造成,白色碳纤维在塑料熔体充模流动过程中浮露于外表,待冷凝成型后便在塑件表面形成放射状白色痕迹,当塑件为黑色时会因色泽差异加大而更加明显。而且浮纤现象不仅影响聚丙烯材料产品的外观美观性,还影响其作为耐压制件的性能。
发明内容
针对现有技术不足,本发明提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法,解决了现有技术中加入碳纤维后的聚丙烯材料容易出现浮纤现象的技术问题。
为实现以上目的,本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现:
一种聚丙烯复合材料,所述聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:聚丙烯30-60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物1-10份、碳纤维25-45份、高岭土5-15份、增韧剂0-5份、成核剂5-10份、硅油5-10份。
优选的,所述碳纤维为短切碳纤维,其长度为2-5mm,横截面直径为7-13μm。
优选的,所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
优选的,所述高岭土的水分含量≤0.1%。
优选的,所述成核剂为苯甲酸钠。
一种聚丙烯复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、将聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物分别进行干燥;
S2、按照原料重量份称取干燥后的聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物,以及原料碳纤维、高岭土、增韧剂、成核剂和硅油,加入混合机中搅拌3-5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
优选的,步骤S1所述聚丙烯是在温度为50-80℃的环境下,干燥4-5h。
优选的,步骤S1所述乙烯-醋酸乙烯共聚物是在温度为50-80℃的环境下,干燥4-5h。
优选的,步骤S3所述双螺杆挤出机各区温度为:第一区温度为160-170℃,第二区温度为165-175℃,第三区温度为180-190℃,第四区温度为195-205℃,第五区温度为195-205℃,第六区温度为200-210℃,机头温度为200-210℃,所述双螺杆挤出机的主机转速为15-35HZ。
本发明提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法,与现有技术相比优点在于:
1、本发明加入高岭土和硅油增强了聚丙烯与碳纤维之间的相容性,并在碳纤维、聚丙烯之间形成交联点,改善了碳纤维与聚丙烯的粘结状态,减少碳纤维与树脂的分离。同时,高岭土和硅油之间的相互配合,提高了碳纤维的分散性,增加聚丙烯与碳纤维界面相容性,减少碳纤维与树脂的分离,由于碳纤维的表面与基体树脂之间的力学作用层厚度增加,使处于碳纤表面附近的基体更易于发生剪切屈服,增加对冲击能的吸收和耗散效果,增强碳纤维对基体树脂之间的增韧效果,从而使碳纤维在树脂中得到很好地包覆,在加工过程中碳纤维与树脂同步流动,不易扯开,大大地减少碳纤维的外露;
2、本发明加入高岭土和硅油减少了碳纤维外露,从而相应地减少了碳纤维与螺杆的磨擦,使螺杆的扭矩也随之降低,易于加工;
3、本发明制备的聚丙烯复合材料具有优异的力学性能、抗压性能,本发明制备的聚丙烯复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度均明显高于普通聚丙烯材料,并且制件的表面光亮,不易出现浮纤现象。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例中机械性能测试方法:
本发明制备的聚丙烯复合材料采用GB标准使用塑料注塑机在230-270℃下注塑成测试试样,其测试样条尺寸(长度×宽度×厚度)分别为:拉伸样条(哑铃型),170.0×10.0×4.0;弯曲样条,80.0×10.0×4.0;无缺口冲击样条,80.0×10.0×4.0;缺口冲击样条,80.0×10.0×4.0,V型缺口,缺口深度为1/5。
成型后测试试样在温度为(23±2)℃、湿度为(50±5)%的标准环境中放置16h后进行测试其相关性能,测试环境为(23±2)℃、湿度为(50±5)%。
拉伸强度和断裂伸长率:按GB 1040测试,拉伸速度为5mm/min。
弯曲强度和弯曲模量:按GB 9341测试,弯曲速度为1.25mm/min。
简支梁缺口冲击强度:按GB 1043测试。
实施例中所使用的碳纤维为短切碳纤维,其长度为2-5mm、直径为7-13微米;高岭土的水分含量≤0.1%、吸油量≤25g/100g、长径比为70。
实施例1:
本实施例聚丙烯复合材料及其制备方法如下:
S1、将聚丙烯在温度50℃环境下,干燥4h;乙烯-醋酸乙烯共聚物在温度50℃环境下,干燥4h;
S2、称取干燥的60份的聚丙烯、1份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、25份的碳纤维、5份的高岭土、10份的苯甲酸钠、5份的硅油,加入混合机中搅拌3min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
其中双螺杆挤出机的各区温度为:双螺杆挤出机一区温度160℃,二区温度170℃,三区温度185℃,四区温度185℃,五区温度200℃,六区温度200℃,机头温度210℃,主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
实施例2:
本实施例聚丙烯复合材料及其制备方法如下:
S1、将聚丙烯在温度80℃环境下,干燥5h;乙烯-醋酸乙烯共聚物在温度80℃环境下,干燥5h;
S2、称取干燥的40份的聚丙烯、10份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、30份的碳纤维、5份的高岭土、5份的增韧剂(马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物)、8份的苯甲酸钠、8份的硅油,加入混合机中搅拌5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
其中双螺杆挤出机的各区温度为:双螺杆挤出机一区温度170℃,二区温度180℃,三区温度195℃,四区温度200℃,五区温度210℃,六区温度190℃,机头温度210℃,主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
实施例3:
本实施例聚丙烯复合材料及其制备方法如下:
S1、将聚丙烯在温度60℃环境下,干燥4h;乙烯-醋酸乙烯共聚物在温度70℃环境下,干燥5h;
S2、称取干燥的40份的聚丙烯、5份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、35份的碳纤维、10份的高岭土、3份的增韧剂(乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、5份的苯甲酸钠、10份的硅油,加入混合机中搅拌4min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
其中双螺杆挤出机的各区温度为:双螺杆挤出机一区温度180℃,二区温度190℃,三区温度200℃,四区温度205℃,五区温度205℃,六区温度195℃,机头温度210℃,主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
实施例4:
本实施例聚丙烯复合材料及其制备方法如下:
S1、将聚丙烯在温度70℃环境下,干燥4h;乙烯-醋酸乙烯共聚物在温度60℃环境下,干燥5h;
S2、称取干燥的30份的聚丙烯、5份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、45份的碳纤维、15份的高岭土、5份的苯甲酸钠、5份的硅油,加入混合机中搅拌4min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
其中双螺杆挤出机的各区温度为:双螺杆挤出机一区温度180℃,二区温度190℃,三区温度200℃,四区温度205℃,五区温度205℃,六区温度195℃,机头温度210℃,主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
对比例1:
本对比例聚丙烯复合材料及其制备方法如下:
S1、将聚丙烯在温度50℃环境下,干燥4h;
S2、称取干燥的60份的聚丙烯、25份的碳纤维、10份的苯甲酸钠、加入混合机中搅拌3min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
其中双螺杆挤出机的各区温度为:双螺杆挤出机一区温度160℃,二区温度170℃,三区温度185℃,四区温度185℃,五区温度200℃,六区温度200℃,机头温度210℃,主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
对比例2:
本对比例聚丙烯复合材料及其制备方法如下:
S1、将聚丙烯在温度50℃环境下,干燥5h;
S2、称取干燥的40份的聚丙烯、35份的碳纤维、5份的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、5份的苯甲酸钠,加入混合机中搅拌5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
其中双螺杆挤出机的各区温度为:双螺杆挤出机一区温度180℃,二区温度190℃,三区温度200℃,四区温度205℃,五区温度205℃,六区温度195℃,机头温度210℃,主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
对比例3:
本对比例聚丙烯复合材料及其制备方法如下:
S1、将聚丙烯在温度60℃环境下,干燥4h;
S2、称取干燥的40份的聚丙烯、35份的碳纤维、3份的增韧剂(乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、5份的苯甲酸钠、加入混合机中搅拌4min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
其中双螺杆挤出机的各区温度为:双螺杆挤出机一区温度180℃,二区温度190℃,三区温度200℃,四区温度205℃,五区温度205℃,六区温度195℃,机头温度210℃,主机转速是15HZ。性能测试结果见表1。
表1不同样品性能测试结果
从表1数据可以看出,本发明实施例与对比例的比较可以看出,本发明制得的聚丙烯复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度均明显高于对比例制备的材料,并且本发明制得的聚丙烯复合材料的表面光亮,无浮纤。而对比例制备的聚丙烯复合材料均有浮纤。
综上所述,本发明加入高岭土和硅油增强了聚丙烯与碳纤维之间的相容性,并在碳纤维、聚丙烯之间形成交联点,改善了碳纤维与聚丙烯的粘结状态,减少碳纤维与树脂的分离。同时,高岭土和硅油之间的相互配合,提高了碳纤维的分散性,增加聚丙烯与碳纤维界面相容性,减少碳纤维与树脂的分离,由于碳纤维的表面与基体树脂之间的力学作用层厚度增加,使处于碳纤表面附近的基体更易于发生剪切屈服,增加对冲击能的吸收和耗散效果,增强碳纤维对基体树脂之间的增韧效果,从而使碳纤维在树脂中得到很好地包覆,在加工过程中碳纤维与树脂同步流动,不易扯开,大大地减少碳纤维的外露;
本发明加入高岭土和硅油减少了碳纤维外露,从而相应地减少了碳纤维与螺杆的磨擦,使螺杆的扭矩也随之降低,易于加工;
本发明制备的聚丙烯复合材料具有优异的力学性能、抗压性能,本发明制备的聚丙烯复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、断裂伸长率、简支梁缺口冲击强度均明显高于普通聚丙烯材料,并且制件的表面光亮,不易出现浮纤现象。
需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种聚丙烯复合材料,其特征在于,所述聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:聚丙烯30-60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物1-10份、碳纤维25-45份、高岭土5-15份、增韧剂0-5份、成核剂5-10份、硅油5-10份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述碳纤维为短切碳纤维,其长度为2-5mm,横截面直径为7-13μm。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述高岭土的水分含量≤0.1%。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述成核剂为苯甲酸钠。
6.一种如权利要求1-5任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物分别进行干燥;
S2、按照原料重量份称取干燥后的聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物,以及原料碳纤维、高岭土、增韧剂、成核剂和硅油,加入混合机中搅拌3-5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2制得的混合物料从双螺杆挤出机的加料口加入,经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒,即可。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:步骤S1所述聚丙烯是在温度为50-80℃的环境下,干燥4-5h。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:步骤S1所述乙烯-醋酸乙烯共聚物是在温度为50-80℃的环境下,干燥4-5h。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:步骤S3所述双螺杆挤出机各区温度为:第一区温度为160-170℃,第二区温度为165-175℃,第三区温度为180-190℃,第四区温度为195-205℃,第五区温度为195-205℃,第六区温度为200-210℃,机头温度为200-210℃,所述双螺杆挤出机的主机转速为15-35HZ。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180525 |
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