CN108219287A - 一种低翘曲高抗冲长纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种低翘曲高抗冲长纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低翘曲高抗冲长纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，其生产原料包括如下组分：50‐73份聚丙烯、5‐12份增韧剂、1‐3份相容剂、15‐40份玻璃纤维和0.4‐1.0份抗氧剂；其生产方法包括：将除玻璃纤维之外的各组分混合、拉条和切粒后得到聚丙烯树脂半成品，将玻璃纤维浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，拉条和切粒后得到低翘曲高抗冲长纤维增强聚丙烯复合材料；本发明的聚丙烯复合材料具有较低的翘曲性能，同时又具有较好的低温抗冲性能和较佳的力学性能，能够在冷冻环境下应用。

Description

一种低翘曲高抗冲长纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺，又称尼龙，是指高分子链上具有酰胺基(CONH)重复结构单元的聚合物。为了进一步拓展聚酰胺的应用，常常需要对其进行改性，例如，采用长纤维来改性聚酰胺，以提高其力学性能。然后，长纤维改性的聚酰胺往往具有翘曲性较高和低温抗冲能力不佳的缺陷，这限制了其在低温环境下的进一步应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，主要目的是提供一种改性聚丙烯复合材料，其不仅具有较高的低温抗冲性能，而且具有较低的翘曲性能，能够适用于低温环境。
本发明的第二个目的在于提供一种上述的改性聚丙烯复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种聚丙烯复合材料，其生产原料包括具有以下重量份的组分：
其中，上述的聚丙烯为间规聚丙烯。
上述的增韧剂选自聚烯烃弹性体(POE)、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE‐g‐MAH)和甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物(MBS)中的一种以上。
上述的相容剂选自聚丙烯接枝马来酸酐(PP‐g‐MAH)或聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PP‐g‐GMA)中的一种以上。
上述的抗氧剂选自四[β‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三[2，4‐二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、1，3，5‐三甲基‐2，4，6‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯甲基)苯(抗氧剂1330)、4,4'‐硫代双(6‐叔丁基‐3‐甲基苯酚)(抗氧剂ST300)或硫代二丙酸二(十八)酯(抗氧剂DSTDP)中的一种以上。
上述的玻璃纤维为扁平状连续玻璃纤维，其横截面为椭圆形，该椭圆形的长径与短径之比(即异性比)为(2‐4):1。
上述的聚丙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)、将50‐73份聚丙烯、5‐12份增韧剂、1‐3份相容剂和0.4‐1.0份抗氧剂混合，得到混合料；
(2)、采用螺杆挤出机对混合料进行拉条切粒，得到聚丙烯树脂半成品；
(3)、使15‐40份玻璃纤维完全浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，对浸渍后的玻璃纤维拉条切粒，得到改性聚丙烯复合材料。
其中，在步骤(1)中，混合在高速混合机中进行，高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合的温度为40‐80℃，混合的时间为3‐10min。
螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，温度为190‐210℃。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明采用长纤维粒料的生产方法来添加玻璃纤维，使玻璃纤维在加工过程中没有经过剪切过程，能够在最终的改性聚丙烯复合材料中保持较长的长度，从而使其获得了较好的力学性能。
第二、本发明采用的玻璃纤维为扁平状连续玻璃纤维，其横截面为椭圆形，能够使最终的改性聚丙烯复合材料具有良好的耐冲击性和低翘曲性。
第三、本发明的聚丙烯为共聚的间规聚丙烯，该间规聚丙烯比等规聚丙烯和无规聚丙烯具有更低的玻璃化转变温度，能够使最终的改性聚丙烯复合材料具有更好的耐低温冲击强度。
具体实施方式
本发明提供了一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
<改性聚丙烯复合材料>
一种改性聚丙烯复合材料，其生产原料包括具有以下重量份的组分：
其中，上述的聚丙烯为间规共聚聚丙烯，其结构如下所示：
本申请的间规共聚聚丙烯的结晶度较低，为30％‐40％，在常温以及低温下均具有较好的耐冲击性能，熔体流动速度可以为50‐100g/10min，还可以为60‐90g/10min，还可以为70‐80g/10min，测试条件为230℃/2.16kg。
上述的增韧剂选自聚烯烃弹性体(POE)、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE‐g‐MAH)和甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物(MBS)中的一种以上。
上述的相容剂选自聚丙烯接枝马来酸酐(PP‐g‐MAH)或聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PP‐g‐GMA)中的一种以上。其中，聚丙烯接枝马来酸酐的接枝率可以为0.5％‐3％，还可以为1％‐2％。聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率可以为0.5％‐2％，还可以为1％‐1.5％。
上述的抗氧剂选自四[β‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三[2，4‐二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、1，3，5‐三甲基‐2，4，6‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯甲基)苯(抗氧剂1330)、4,4'‐硫代双(6‐叔丁基‐3‐甲基苯酚)(抗氧剂ST300)和硫代二丙酸二(十八)酯(抗氧剂DSTDP)中的一种以上。
上述的玻璃纤维为扁平状连续玻璃纤维，其横截面为椭圆形，该椭圆形的长径与短径之比(又称异性比)为(2‐4):1。其中，长径为20‐28μm，短径为7‐10μm。
<改性聚丙烯复合材料的制备方法>
一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)、称取50‐73份聚丙烯、5‐12份增韧剂、1‐3份相容剂和0.4‐1.0份抗氧剂，在高速混合机中混合均匀，得到混合料；
(2)、将混合料加入螺杆挤出机中，并经螺杆挤出机拉条切粒，得到呈粒料形态的聚丙烯树脂半成品；
(3)、将该聚丙烯树脂半成品以一定的速度喂料入浸渍模具中并使其达到熔融状态，使玻璃纤维边拉挤边浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，通过控制玻璃纤维的拉挤速度和聚丙烯树脂半成品的喂料速度调节玻璃纤维的含量至15‐40份，经过螺杆挤出机拉条切粒后得到改性聚丙烯复合材料。
其中，在步骤(1)中，高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合的温度为40‐80℃，混合的时间为3‐10min。
在步骤(2)中，螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，温度为190‐210℃。其中，进料段温度为190‐195℃，塑化以及熔融段温度为195‐210℃，机头温度为200‐205℃。
在步骤(3)中，玻璃纤维的拉挤速度为20‐40m/min，聚丙烯树脂半成品的喂料频率为18‐30rpm。
以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
本实施例提供了一种改性聚丙烯复合材料，其生产原料包括以下组分：
本实施例还提供了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)、称取73份聚丙烯、10份增韧剂(POE)、2份相容剂(PP‐g‐MAH)、0.5份抗氧剂(0.2份抗氧剂1330和0.3份抗氧剂ST300)，在高速混合机中混合，得到混合料；高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合温度为40℃，混合时间为10min；
(2)、将混合料倒入双螺杆挤出机中，控制各区的温度为190‐210℃，经双螺杆挤出机拉条切粒，得到呈粒料形态的聚丙烯树脂半成品；
(3)、将该聚丙烯树脂半成品以一定的速度喂料入浸渍模具中并使其达到熔融状态，使玻璃纤维边拉挤边浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，通过控制玻璃纤维的拉挤速度(20m/min)和聚丙烯树脂半成品的喂料频率(18rpm)调节玻璃纤维的含量至15份，经过螺杆挤出机拉条切粒后得到改性聚丙烯复合材料。
实施例2：
本实施例提供了一种改性聚丙烯复合材料，其生产原料包括以下组分：
本实施例还提供了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)、称取70份聚丙烯、7份增韧剂(5份POE和2份MBS)、3份相容剂(PP‐g‐GMA)、1.0份抗氧剂(0.2份抗氧剂1330、0.3份抗氧剂ST300和0.5份抗氧剂DSTDP)，在高速混合机中混合，得到混合料；高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合温度为50℃，混合时间为3min；
(2)、将混合料倒入双螺杆挤出机中，控制各区的温度为190‐210℃，经双螺杆挤出机拉条切粒，得到呈粒料形态的聚丙烯树脂半成品；
(3)、将该聚丙烯树脂半成品以一定的速度喂料入浸渍模具中并使其达到熔融状态，使玻璃纤维边拉挤边浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，通过控制玻璃纤维的拉挤速度(22m/min)和聚丙烯树脂半成品的喂料频率(23rpm)调节玻璃纤维的含量至20份，经过螺杆挤出机拉条切粒后得到改性聚丙烯复合材料。
实施例3：
本实施例提供了一种改性聚丙烯复合材料，其生产原料包括以下组分：
本实施例还提供了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)、称取60份聚丙烯、12份增韧剂(POE‐g‐MAH)、3份相容剂(PP‐g‐MAH)、0.4份抗氧剂(0.2份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168)，在高速混合机中混合，得到混合料；高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合温度为80℃，混合时间为6min；
(2)、将混合料倒入双螺杆挤出机中，控制各区的温度为190‐210℃，经双螺杆挤出机拉条切粒，得到呈粒料形态的聚丙烯树脂半成品；
(3)、将该聚丙烯树脂半成品以一定的速度喂料入浸渍模具中并使其达到熔融状态，使玻璃纤维边拉挤边浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，通过控制玻璃纤维的拉挤速度(25m/min)和聚丙烯树脂半成品的喂料频率(27rpm)调节玻璃纤维的含量至25份，经过螺杆挤出机拉条切粒后得到改性聚丙烯复合材料。
实施例4：
本实施例提供了一种改性聚丙烯复合材料，其生产原料包括以下组分：
本实施例还提供了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)、称取63份聚丙烯、5份增韧剂(POE‐g‐MAH)、2份相容剂(PP‐g‐MAH)、0.7份抗氧剂(0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168和0.3份抗氧剂DSTDP)，在高速混合机中混合，得到混合料；高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合温度为50℃，混合时间为3min；
(2)、将混合料倒入双螺杆挤出机中，控制各区的温度为190‐210℃，经双螺杆挤出机拉条切粒，得到呈粒料形态的聚丙烯树脂半成品；
(3)、将该聚丙烯树脂半成品以一定的速度喂料入浸渍模具中并使其达到熔融状态，使玻璃纤维边拉挤边浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，通过控制玻璃纤维的拉挤速度(25m/min)和聚丙烯树脂半成品的喂料频率(30rpm)调节玻璃纤维的含量至30份(异性比2:1的玻璃纤维为20份、异性比4:1的玻璃纤维为10份)，经过螺杆挤出机拉条切粒后得到改性聚丙烯复合材料。
实施例5：
本实施例提供了一种改性聚丙烯复合材料，其生产原料包括以下组分：
本实施例还提供了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)、称取50份聚丙烯、8份增韧剂(POE)、2份相容剂(PP‐g‐GMA)、0.4份抗氧剂(0.2份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168)，在高速混合机中混合，得到混合料；高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合温度为50℃，混合时间为3min；
(2)、将混合料倒入双螺杆挤出机中，控制各区的温度为190‐210℃，经双螺杆挤出机拉条切粒，得到呈粒料形态的聚丙烯树脂半成品；
(3)、将该聚丙烯树脂半成品以一定的速度喂料入浸渍模具中并使其达到熔融状态，使玻璃纤维边拉挤边浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，通过控制玻璃纤维的拉挤速度(20m/min)和聚丙烯树脂半成品的喂料频率(30rpm)调节玻璃纤维的含量至40份，经过螺杆挤出机拉条切粒后得到改性聚丙烯复合材料。
实施例6：
本实施例提供了一种改性聚丙烯复合材料，其生产原料包括以下组分：
本实施例还提供了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)、称取69份聚丙烯、10份增韧剂(POE)、1份相容剂(PP‐g‐MAH)、0.4份抗氧剂(0.2份抗氧剂1330和0.2份抗氧剂ST300)，在高速混合机中混合，得到混合料；高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合温度为70℃，混合时间为6min；
(2)、将混合料倒入双螺杆挤出机中，控制各区的温度为190‐210℃，经双螺杆挤出机拉条切粒，得到呈粒料形态的聚丙烯树脂半成品；
(3)、将该聚丙烯树脂半成品以一定的速度喂料入浸渍模具中并使其达到熔融状态，使玻璃纤维边拉挤边浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，通过控制玻璃纤维的拉挤速度(40m/min)和聚丙烯树脂半成品的喂料频率(30rpm)调节玻璃纤维的含量至20份，经过螺杆挤出机拉条切粒后得到改性聚丙烯复合材料。
上述各个实施例的参数如表1所示：
表1各个实施例的参数表
上述各个实施例所得的产品的性能测试结果如表2所示：
表2各个实施例所得产品的性能测试结果表
其中，上述各个实施例所得的产品的性能测试方法如表3所示：
表3性能测试方法表
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于：其生产原料包括具有以下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为间规聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂选自聚烯烃弹性体(POE)、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE‐g‐MAH)和甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物(MBS)中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂选自聚丙烯接枝马来酸酐(PP‐g‐MAH)或聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PP‐g‐GMA)中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自四[β‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三[2，4‐二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、1，3，5‐三甲基‐2，4，6‐(3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯甲基)苯(抗氧剂1330)、4,4'‐硫代双(6‐叔丁基‐3‐甲基苯酚)(抗氧剂ST300)或硫代二丙酸二(十八)酯(抗氧剂DSTDP)中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维的横截面为椭圆形，所述椭圆形的长径与短径之比为(2‐4):1。
7.权利要求1至6任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)、将50‐73份聚丙烯、5‐12份增韧剂、1‐3份相容剂和0.4‐1.0份抗氧剂混合，得到混合料；
(2)、采用螺杆挤出机对所述混合料进行拉条切粒，得到聚丙烯树脂半成品；
(3)、使15‐40份玻璃纤维完全浸渍在熔融的聚丙烯树脂半成品中，对浸渍后的玻璃纤维拉条切粒，得到改性聚丙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述混合在高速混合机中进行，所述高速混合机的转速为800‐1000rpm，混合的温度为40‐80℃，混合的时间为3‐10min；和/或，
所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，温度为190‐210℃。
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