CN108570182A - 玻纤增强聚丙烯合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻纤增强聚丙烯合金及其制备方法，该合金选择尼龙6、ABS树脂与聚丙烯制备合金体系，可以综合尼龙的高强度、ABS树脂的低温冲击性能，且可以改善玻纤增强聚丙烯易翘曲的缺点，该玻纤增强三元合金可以表现出优异的尺寸稳定性；采用马来酸酐接枝聚丙烯聚合物和聚醚胺聚合物按特定方法制备所得的特种增容剂，可以保证三元合金的良好相容性，所制备玻纤增强聚丙烯合金具有强度高、低温韧性好、尺寸稳定性优异的特点，同时良好的相容性还具有改善制品表面浮纤的效果，可以满足汽车工业、电子电器、家电等领域的使用要求。

Description

玻纤增强聚丙烯合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯合金及其制备方法，尤其涉及一种玻纤增强聚丙烯合金及其制备方法，属于复合高分子材料及其成型加工技术领域。
背景技术
聚丙烯(PP)树脂具有密度小、抗疲劳性好、化学稳定性优异、易加工成型等优点，在汽车工业、家用电器、工具等领域具有广泛的应用，但是聚丙烯材料本身具有强度低、耐热性差、低温脆性、尺寸稳定性差等缺点，这对于聚丙烯的应用产生了一定的限制。通过玻纤增强的方式可以改善上述缺点，但同时玻纤加入所带来的表面浮纤问题会严重影响制品外观。
合金化是改善聚丙烯材料缺点的另一重要方式，可以实现“取长补短”的效果。现有技术中有公开一种玻纤增强聚丙烯-聚乙烯-尼龙合金及其制备方法，所制备的聚丙烯材料具有高焊接强度、低变形度，且冲击性能得到大幅度提高。还有现有技术公开了一种聚丙烯/尼龙6复合材料及其制备方法，制备所得玻纤增强合金具有优异的刚性和强度，同时明显提高了材料的抗水解性能和耐热性能。由于合金化材料达到理想效果的关键在于实现不同树脂间的良好相容性，虽然上述发明均在一定程度上改善了聚丙烯的缺点，但均采用常规的相容剂体系，取得的效果有限，同时难以改善玻纤增强聚丙烯材料表面浮纤严重的缺点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种玻纤增强聚丙烯合金及其制备方法，其采用特殊的增容剂制备得到玻纤增强聚丙烯合金，实现了聚丙烯、尼龙6、ABS三种组分之间的良好相容性和分散均匀性，制备所得三元合金具有强度高、低温韧性好、尺寸稳定性优异的特点，同时改善了表面浮纤严重的缺点。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种玻纤增强聚丙烯合金，该合金包括下述按重量份计的各组分：
其中所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯聚合物和聚醚胺聚合物按照质量比(1.5～2):1混合后，在密炼-挤出机中于210～220℃下混炼10～20min后挤出造粒所得，且上述马来酸酐接枝聚丙烯聚合物的接枝率为0.2～1.6，优选接枝率为0.8～1.0；所述聚醚胺聚合物为重均分子量为200～1500的端氨基聚氧化丙烯醚，该类端氨基聚氧化丙烯醚中的氨基具有良好的反应活性，可以与多种活性基团(如羧酸、环氧基团、酯基、酸酐等)发生反应。该增容剂由马来酸酐接枝聚丙烯聚合物和聚醚胺聚合物在特定的工艺下反应制得，所制得相容剂具有酸酐和胺基的双官能团结构，具有更高的增容效率，在提高聚丙烯与玻璃纤维间相容性的同时，大幅度提高聚丙烯与尼龙、ABS间的相容性。
其中所述聚丙烯为在温度230℃且压力为2.16kg的测试条件下熔融指数为10～50g/10min的均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯中的至少一种。
其中所述尼龙6为粘度小于2.6的尼龙6树脂，优选粘度为2.0～2.4的尼龙6树脂。
其中所述ABS树脂为在温度220℃且压力为10kg的测试条件下熔融指数大于20g/10min的ABS树脂。
其中所述短切玻璃纤维为无碱玻璃纤维，生产时已采用羟基型硅烷偶联剂进行表面涂覆处理，无需进行后续处理，且该短切玻璃纤维的长度为3～10mm，优选为3～5mm，该短切玻璃纤维的直径为7～17μm，进一步优选为7～13μm。
其中所述硅烷偶联剂为双氨基型硅烷偶联剂，该双氨基型硅烷偶联剂为KH-602，即N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。使用此类双氨基硅烷偶联剂可以有效提高玻璃纤维与尼龙6之间的相容性。
其中所述抗氧剂为受阻酚类、受阻胺类和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种的混合物。所述受阻酚类抗氧剂可以为亚磷酸三(2,4–二叔丁基苯酚酯)，所述受阻胺类抗氧剂可以为3,5–二叔丁基–4–羟基苯丙酰–己二胺，所述亚磷酸酯类抗氧剂可以为四[β–(3,5–二叔丁基–4–羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
其中所述润滑剂可以选用芥酸酰胺。
本发明还公开了一种上述玻纤增强聚丙烯合金的制备方法，该制备方法包括下述步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯聚合物和聚醚胺聚合物按照质量比(1.5～2):1混合后置于密炼-挤出机中，于210～220℃下混炼10～20min后挤出造粒得到增容剂；上述马来酸酐接枝聚丙烯聚合物的接枝率为0.2～1.6，上述聚醚胺聚合物为重均分子量为200～1500的端氨基聚氧化丙烯醚；
(2)按照配方用量分别称取聚丙烯43～75份、尼龙6为5～20份、ABS树脂2～10份、短切玻璃纤维5～30份、步骤(1)制备所得增容剂2～10份、硅烷偶联剂0.1～2.0份、抗氧剂0.1～0.5份和润滑剂0.1～0.5份；然后将尼龙6进行常规烘干处理；
(3)将聚丙烯、烘干后的尼龙6、ABS树脂、增容剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和润滑剂置于高速混合机中以400～800rpm的转速进行混合15～30min，得到预混料；
(4)将步骤(3)所得预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将短切玻璃纤维置于双螺杆挤出机的侧喂料口，经熔融共混后挤出造粒，得到玻纤增强聚丙烯合金；其中双螺杆挤出机的螺杆转速为200～450r/min，且该双螺杆挤出机的熔融温度为230～250℃。
本发明的有益技术效果是：本发明选择尼龙6、ABS树脂与聚丙烯制备合金体系，可以综合尼龙的高强度、ABS树脂的低温冲击性能，且可以改善玻纤增强聚丙烯易翘曲的缺点，该玻纤增强三元合金可以表现出优异的尺寸稳定性；采用特殊制备的增容体系，保证三元合金的良好相容性，所制备玻纤增强聚丙烯合金具有强度高、低温韧性好、尺寸稳定性优异的特点，同时良好的相容性还具有改善制品表面浮纤的效果，可以满足汽车工业、电子电器、家电等领域的使用要求。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述具体实施例1～3和对比例1～2所采用的原料明细如表1所述。
表1具体实施例和对比例所采用的原料明细
首先采用马来酸酐接枝聚丙烯聚合物和聚醚胺聚合物反应制备增容剂，具体为将10.0kg的马来酸酐接枝聚丙烯聚合物与5.0kg的聚醚胺聚合物置于密炼-挤出机中，于220℃下混炼15min后挤出造粒得到增容剂。
具体实施例1
将50.8kg共聚聚丙烯、20.0kg短切玻璃纤维、10.0kg烘干后的尼龙6，10.0kg ABS、0.5KG硅烷偶联剂、8.0kg增容剂、0.25kg抗氧剂1010和0.25kg抗氧剂168、0.2kg润滑剂芥酸酰胺置于高混机中搅拌混合，高速混合机转速为600rpm，混合时间为20min。随后，将混合后的原材料通过双螺杆挤出机熔融混合，并挤出造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速350rpm，挤出机熔融温度设定为230-250℃，最终获得产品1。
具体实施例2
将53.8kg共聚聚丙烯、20.0kg短切玻璃纤维、5.0kg烘干后的尼龙6，10.0kg ABS、0.5KG硅烷偶联剂、10.0kg增容剂、0.25kg抗氧剂1010和0.25kg抗氧剂168、0.2kg润滑剂芥酸酰胺置于高混机中搅拌混合，高速混合机转速为500rpm，混合时间为30min。随后，将混合后的原材料通过双螺杆挤出机熔融混合，并挤出造粒，所述双螺杆挤出机的螺杆转速400rpm，挤出机熔融温度设定为230-250℃，最终获得产品2。
具体实施例3
将43.8kg共聚聚丙烯、30.0kg短切玻璃纤维、10.0kg烘干后的尼龙6，5.0kg ABS、0.5KG硅烷偶联剂、10.0kg增容剂、0.25kg抗氧剂1010和0.25kg抗氧剂168、0.2kg润滑剂芥酸酰胺置于高混机中搅拌混合，高速混合机转速为800rpm，混合时间为30min。随后，将混合后的原材料通过双螺杆挤出机熔融混合，并挤出造粒，所述双螺杆挤出机的螺杆转速450rpm，挤出机熔融温度设定为230-250℃，最终获得产品3。
对比例1
将55.8kg共聚聚丙烯、20.0kg短切玻璃纤维、5.0kg烘干后的尼龙6，10.0kg ABS、0.5KG硅烷偶联剂、8.0kg马来酸酐接枝聚丙烯、0.25kg抗氧剂1010和0.25kg抗氧剂168、0.2kg润滑剂芥酸酰胺置于高混机中搅拌混合，高速混合机转速为600rpm，混合时间为20min。随后，将混合后的原材料通过双螺杆挤出机熔融混合，并挤出造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速350rpm，挤出机熔融温度设定为230-250℃，最终获得产品4。
对比例2
将53.8kg共聚聚丙烯、30.0kg短切玻璃纤维、5.0kg烘干后的尼龙6、2.0kg ABS、0.5KG硅烷偶联剂、8.0kg增容剂、0.25kg抗氧剂1010和0.25kg抗氧剂168、0.2kg润滑剂芥酸酰胺置于高混机中搅拌混合，高速混合机转速为800rpm，混合时间为30min。随后，将混合后的原材料通过双螺杆挤出机熔融混合，并挤出造粒，所述双螺杆挤出机的螺杆转速450rpm，挤出机熔融温度设定为230-250℃，最终获得产品5。
将上述具体实施例和对比例制备所得的产品1～5进行相关性能的测试，根据ISO标准对产品的力学性能进行测试；根据ASTM D955标准测试产品流动方向和垂直流动方向的收缩率，将流动方向与垂直流动方向的收缩率差值设定为材料的翘曲度。具体测试结果如表2所述。
表2产品1～5各项性能测试结果
通过上表可知，本发明中所制备玻纤增强聚丙烯-尼龙6-ABS三元合金材料综合了尼龙6优异的强度、ABS良好的低温冲击性能，并且表现出优异的尺寸稳定性，具有低翘曲的特点。通过对比具体实施例和对比例的性能测试结果可以发现，采用特殊制备的增容剂，与采用马来酸酐接枝聚丙烯作为增容剂的传统方法相比，增强合金材料具有更佳优异的性能，这也表明聚丙烯、尼龙6、ABS三元合金以及树脂与玻纤间的相容性得到了显著改善。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同技术方案也应该属于本发明范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：包括下述按重量份计的各组分：
其中所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯聚合物和聚醚胺聚合物按照质量比(1.5～2):1混合后，在密炼-挤出机中于210～220℃下混炼10～20min后挤出造粒所得，且上述马来酸酐接枝聚丙烯聚合物的接枝率为0.2～1.6，所述聚醚胺聚合物为重均分子量为200～1500的端氨基聚氧化丙烯醚。
2.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述增容剂中马来酸酐接枝聚丙烯聚合物的接枝率为0.8～1.0。
3.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述聚丙烯为在温度230℃且压力为2.16kg的测试条件下熔融指数为10～50g/10min的均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述尼龙6为粘度小于2.6的尼龙6树脂。
5.根据权利要求4所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述尼龙6为粘度为2.0～2.4的尼龙6树脂。
6.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述ABS树脂为在温度220℃且压力为10kg的测试条件下熔融指数大于20g/10min的ABS树脂。
7.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述硅烷偶联剂为双氨基型硅烷偶联剂。
8.根据权利要求7所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述双氨基型硅烷偶联剂为N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
9.根据权利要求1所述的玻纤增强聚丙烯合金，其特征在于：所述无碱短切玻璃纤维为采用羟基型硅烷偶联剂进行表面涂覆处理后的无碱短切玻璃纤维，且该无碱短切玻璃纤维的长度为3～10mm，直径为7～17μm。
10.一种权利要求1至9中任一权利要求所述的玻纤增强聚丙烯合金的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯聚合物和聚醚胺聚合物按照质量比(1.5～2):1混合后置于密炼-挤出机中，于210～220℃下混炼10～20min后挤出造粒得到增容剂；上述马来酸酐接枝聚丙烯聚合物的接枝率为0.2～1.6，上述聚醚胺聚合物为重均分子量为200～1500的端氨基聚氧化丙烯醚；
(2)按照配方用量分别称取聚丙烯43～75份、尼龙6为5～20份、ABS树脂2～10份、短切玻璃纤维5～30份、步骤(1)制备所得增容剂2～10份、硅烷偶联剂0.1～2.0份、抗氧剂0.1～0.5份和润滑剂0.1～0.5份；然后将尼龙6进行常规烘干处理；
(3)将聚丙烯、烘干后的尼龙6、ABS树脂、增容剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和润滑剂置于高速混合机中以400～800rpm的转速进行混合15～30min，得到预混料；
(4)将步骤(3)所得预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将短切玻璃纤维置于双螺杆挤出机的侧喂料口，经熔融共混后挤出造粒，得到玻纤增强聚丙烯合金；其中双螺杆挤出机的螺杆转速为200～450r/min，且该双螺杆挤出机的熔融温度为230～250℃。
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