CN108624032A - 一种长玻纤增强热塑性材料及其制备方法 - Google Patents

一种长玻纤增强热塑性材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，包括热塑性聚氨酯树脂60～80份，ABS树脂10～20份，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂10～20份，淀粉15～20份，偶联剂5～8份，改性长玻纤30～50份，UF树脂交联剂4～10份，聚乙烯蜡2～5份，主抗氧化剂1～5份，辅抗氧化剂1～3份和阻燃剂2～4份，采用热塑性聚氨酯树脂与ABS树脂共混改性，后与淀粉复合，以提高材料的生物降解速率，经聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂与ABS树脂改性后，能提升自身的耐磨性和抗冲击性，使包裹在其中的玻璃纤维在注射成型过程中受到较小的螺杆推进剪切力，以减少玻璃纤维的长度折损。

Description

一种长玻纤增强热塑性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，适用于制造汽车配件、电器配件等，属于高分子材料加工技术领域。
背景技术
长纤维增强热塑性塑料是纤维增强聚合物领域的一种新型高级轻量化材料。具有可设计性、低密度、高比强度、高比模量和抗冲击性强等特点。长纤维增强热塑性复合材料(LFT)的性能主要由纤维含量、纤维长度、界面状态以及注塑过程中纤维的取向等因素决定。通常情况下，纤维增强热塑性材料中的纤维长度为小于1毫米，而LFT中，纤维的长度一般大于2毫米，目前的加工工艺，已经能够将LFT中的纤维长度保持在5毫米以上。目前，长纤维与热塑性材料复合的相容性问题是制约其发展的一大因素。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，采用改性热塑性聚氨酯与改性长玻纤复合制备得到，以提高热塑性聚氨酯与长玻纤的相容性和复合材料的力学性能。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种长玻纤增强热塑性材料，包括如下按质量份计的组份：
优选地，上述组份的最佳配比为：
其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂具有优异的耐磨性、良好的力学性能，它的掺入能大大改进热塑性聚氨酯树脂的耐磨性；淀粉的加入，可以提高热塑性材料的生物降解速率，但由于淀粉中存在较多的氢键作用力，使得淀粉分子的极性很强，很难与热塑性聚氨酯树脂相容，本发明采用ABS树脂与热塑性聚氨酯树脂(TPU)共混改性时，产生协同作用，TPU充当增塑剂的作用，使得淀粉与TPU分子之间的表面能降低，有效的提高淀粉与TPU两相之间的相容性，并使得材料的密度、伸长率下降，撕裂强度、模量增加，抗冲击性、耐臭氧性能及加工性能得到改善，成本下降，材料的耐磨性、韧性、低温性能得到提高，同时涂饰性能、耐化学性能及耐油性能明显改善；UF树脂交联剂以改性聚丙烯酰胺为主要原料，以提高热塑性材料与玻纤的界面作用力，有效地阻止裂纹扩展，并在界面脱粘过程中吸收冲击能量。
所述偶联剂选择KH-560或者类似的替代品。
所述改性长玻纤的长度为4～10mm，纤维直径为15～25μm，将无碱玻璃纤维浸液处理1～2h得到；所述浸液包括按质量份计的纳米二氧化钛5～10份，苯酚30～50份，乙醇20～30份，三乙醇胺5～15份和草酸5～8份；无碱玻璃纤维与浸液的混合质量比为4～6:10；浸液处理可以优化玻璃纤维的表面综合性能，从而提高与热塑性材料的相容性。
优选地，所述主抗氧化剂为芳香胺和/或受阻酚；所述辅抗氧化剂为亚磷酸酯和/或硫代酯；以便迅速分解过氧化物，同时也与树脂有较好的相容性。
优选地，所述阻燃剂为无卤型金属氢氧化物阻燃剂，其低烟、无毒、能中和燃烧过程中的酸性、腐蚀性气体，是一种环保型绿色阻燃剂。
本发明还提供上述长玻纤增强热塑性材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、淀粉和偶联剂混合搅拌，升温至50～80℃并保温，加入熔融共混后的热塑性聚氨酯树脂和ABS树脂，搅拌20～30min，然后通过塑料挤出机熔融并挤出，经冷却、切粒后得到改性热塑性聚氨酯树脂母料；
步骤二：将步骤一得到的改性热塑性聚氨酯树脂母料与UF树脂交联剂、聚乙烯蜡、主抗氧化剂、辅抗氧化剂和阻燃剂混合后熔融，然后将改性长玻纤通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤三：经冷却、吹干、切粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。
步骤一中，所述塑料挤出机熔融温度为180～240℃。
步骤二中，所述浸渍设备的设定温度为210～250℃。
步骤三中，所述切粒的长度为10～15mm。
有益效果：
1、本发明长玻纤增强热塑性材料采用热塑性聚氨酯树脂与ABS树脂共混改性，后与淀粉复合，以提高材料的生物降解速率，经聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂与ABS树脂改性后，能提升自身的耐磨性和抗冲击性，使包裹在其中的玻璃纤维在注射成型过程中受到较小的螺杆推进剪切力，以减少玻璃纤维的长度折损；
2、本发明遵循各组分的相容性，配方合理，绿色环保，制备得到的复合材料各方面性能优异，拉伸强度大于160MPa，抗氧化性和阻燃性显著，且生物降解速率较高。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
步骤一：将12份聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、18份淀粉和7份偶联剂混合搅拌，升温至75℃并保温，加入熔融共混后的76份热塑性聚氨酯树脂和16份ABS树脂，搅拌25min，然后通过塑料挤出机于215℃熔融并挤出，经冷却、切粒后得到改性热塑性聚氨酯树脂母料；同时，取纳米二氧化钛8份，苯酚42份，乙醇27份，三乙醇胺12份和草酸6份混合得到浸液，将无碱玻璃纤维按质量比5:10与浸液混合，浸液处理1.5h得到改性长玻纤；
步骤二：将步骤一得到的改性热塑性聚氨酯树脂母料与8份UF树脂交联剂、4份聚乙烯蜡、4份芳香胺、1份亚磷酸酯和3份氢氧化镁混合后熔融，然后将42份改性长玻纤通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料于235℃下进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤三：经冷却、吹干，切成10～15mm的微粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。
实施例2
步骤一：将10份聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、15份淀粉和5份偶联剂混合搅拌，升温至50℃并保温，加入熔融共混后的60份热塑性聚氨酯树脂和10份ABS树脂，搅拌20min，然后通过塑料挤出机于180℃熔融并挤出，经冷却、切粒后得到改性热塑性聚氨酯树脂母料；同时，取纳米二氧化钛5份，苯酚30份，乙醇20份，三乙醇胺5份和草酸5份混合得到浸液，将无碱玻璃纤维按质量比6:10与浸液混合，浸液处理1h得到改性长玻纤；
步骤二：将步骤一得到的改性热塑性聚氨酯树脂母料与4份UF树脂交联剂、2份聚乙烯蜡、1份芳香胺、1份亚磷酸酯和2份氢氧化镁混合后熔融，然后将30份改性长玻纤通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料于210℃下进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤三：经冷却、吹干，切成10～15mm的微粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。
实施例3
步骤一：将20份聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、20份淀粉和8份偶联剂混合搅拌，升温至80℃并保温，加入熔融共混后的80份热塑性聚氨酯树脂和20份ABS树脂，搅拌30min，然后通过塑料挤出机于240℃熔融并挤出，经冷却、切粒后得到改性热塑性聚氨酯树脂母料；同时，取纳米二氧化钛10份，苯酚50份，乙醇30份，三乙醇胺15份和草酸8份混合得到浸液，将无碱玻璃纤维按质量比4:10与浸液混合，浸液处理2h得到改性长玻纤；
步骤二：将步骤一得到的改性热塑性聚氨酯树脂母料与10份UF树脂交联剂、5份聚乙烯蜡、5份受阻酚、3份硫代酯和4份氢氧化铝混合后熔融，然后将50份改性长玻纤通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料于250℃下进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤三：经冷却、吹干，切成10～15mm的微粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。对比例1
步骤一：取纳米二氧化钛8份，苯酚42份，乙醇27份，三乙醇胺12份和草酸6份混合得到浸液，将无碱玻璃纤维按质量比5:10与浸液混合，浸液处理1.5h得到改性长玻纤；
步骤二：将76份热塑性聚氨酯树脂(未改性)、18份淀粉与8份UF树脂交联剂、4份聚乙烯蜡、4份芳香胺、1份亚磷酸酯和3份氢氧化镁混合后熔融，然后将42份改性长玻纤通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料于235℃下进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤三：经冷却、吹干，切成10～15mm的微粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。对比例2
步骤一：将12份聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、18份淀粉和7份偶联剂混合搅拌，升温至75℃并保温，加入熔融共混后的76份热塑性聚氨酯树脂和16份ABS树脂，搅拌25min，然后通过塑料挤出机于215℃熔融并挤出，经冷却、切粒后得到改性热塑性聚氨酯树脂母料；
步骤二：将步骤一得到的改性热塑性聚氨酯树脂母料与8份UF树脂交联剂、4份聚乙烯蜡、4份芳香胺、1份亚磷酸酯和3份氢氧化镁混合后熔融，然后将42份无碱玻璃纤维(未改性)通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料于235℃下进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤三：经冷却、吹干，切成10～15mm的微粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。对比例3
步骤一：将76份热塑性聚氨酯树脂(未改性)、18份淀粉与8份UF树脂交联剂、4份聚乙烯蜡、4份芳香胺、1份亚磷酸酯和3份氢氧化镁混合后熔融，然后将42份无碱玻璃纤维(未改性)通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料于235℃下进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤二：经冷却、吹干，切成10～15mm的微粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。
将实施例1～3和对比例1～3制备的长玻纤增强热塑性材料进行相关性能测试，分别按照GB/T 1039-1979标准测定拉伸强度，按GB/T 9341-2000标准测试弯曲强度，按GB/T1039-1979标准测定悬臂梁缺口冲击强度，按GB/2408-1996标准测定垂直燃烧性能，结果见表1。
表1
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
拉伸强度(MPa) 178 167 162 125 134 108
弯曲强度(MPa) 243 234 231 197 214 152
悬臂梁缺口冲击强度(KJ/m2) 36.4 35.8 35.6 27.6 25.9 20.8
垂直燃烧等级 V0 V0 V0 V0 V0 V0
维卡温度(℃) 143 139 137 124 128 115
抗氧化性 优 优 优 优 优 优
生物降解速率 快 快 快 慢 快 慢
从表1数据可以看出，改性前后的热塑性聚氨酯树脂对热塑性材料强度的影响较大，通过本发明方法改性后与淀粉相容性得到改善，提高了材料的生物降解速率；无碱玻璃纤维经浸液处理后，优化了表面综合性能，从而提高与热塑性材料的相容性，利于复合材料冲击强度的提升。
本发明提供了一种长玻纤增强热塑性材料及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种长玻纤增强热塑性材料，其特征在于，包括如下按质量份计的组份：
2.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强热塑性材料，其特征在于，包括如下按质量份计的组份：
3.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强热塑性材料，其特征在于，所述偶联剂为KH-560。
4.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强热塑性材料，其特征在于，所述改性长玻纤的长度为4～10mm，纤维直径为15～25μm，将无碱玻璃纤维浸液处理1～2h得到；所述浸液包括按质量份计的纳米二氧化钛5～10份，苯酚30～50份，乙醇20～30份，三乙醇胺5～15份和草酸5～8份；无碱玻璃纤维与浸液的混合质量比为4～6:10。
5.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强热塑性材料，其特征在于，所述主抗氧化剂为芳香胺和/或受阻酚；所述辅抗氧化剂为亚磷酸酯和/或硫代酯。
6.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强热塑性材料，其特征在于，所述阻燃剂为无卤型金属氢氧化物阻燃剂。
7.权利要求1所述长玻纤增强热塑性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、淀粉和偶联剂混合搅拌，升温至50～80℃并保温，加入熔融共混后的热塑性聚氨酯树脂和ABS树脂，搅拌20～30min，然后通过塑料挤出机熔融并挤出，经冷却、切粒后得到改性热塑性聚氨酯树脂母料；
步骤二：将步骤一得到的改性热塑性聚氨酯树脂母料与UF树脂交联剂、聚乙烯蜡、主抗氧化剂、辅抗氧化剂和阻燃剂混合后熔融，然后将改性长玻纤通过牵引机引入到浸渍设备与熔融的混合物料进行浸渍分散，再进入包覆装置进行包覆；
步骤三：经冷却、吹干、切粒即可得到长玻纤增强热塑性材料。
8.根据权利要求7所述长玻纤增强热塑性材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述塑料挤出机熔融温度为180～240℃。
9.根据权利要求7所述长玻纤增强热塑性材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述浸渍设备的设定温度为210～250℃。
10.根据权利要求7所述长玻纤增强热塑性材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述切粒的长度为10～15mm。
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