CN109251413A - 一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，它由以下按重量份计的原料组成：聚丙烯树脂30～90份、玻璃纤维10～60份，相容剂1～10份、增韧剂1～10份、抗氧剂0.1～1份、润滑剂0.2～2份。所述的玻璃纤维在线经过处理液处理后直接进入浸渍槽进行生产。本发明具有以下技术效果：与目前市场上常见的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比，本发明的高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料在拉伸强度、拉伸模量、冲击强度等性能上有较大幅度提升，同时玻璃纤维在聚丙烯中浸渍度高，玻璃纤维分散完全，大幅度降低成品表面玻璃纤维团聚缺陷的出现比例。另外，通过在线连续的方式加入玻璃纤维，大幅降低了能耗，提高了产能。

Description

一种高浸渍度长玻纤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，具体涉及到一种可在线高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯树脂是一种应用领域极广的通用塑料，是目前所有塑料中密度最小的品种之一，具有成型性好、耐化学性好等优点，但聚丙烯树脂收缩率大，难以满足对尺寸要求较高的制件要求，同时其机械性能相对工程塑料有所差距，无法作为结构件使用。玻璃纤维具有机械强度高、耐热性能好、抗腐蚀性强等多种优异性能，被广泛应用于电子器械、建筑材料、体育器材、飞机汽车等领域。经过玻璃纤维增强的聚丙烯材料机械性能和尺寸稳定性有大幅度提升，能够满足替代工程塑料作为结构件使用的要求。然而，目前市场上玻璃纤维增强聚丙烯材料在注塑成零件时频繁出现表面出现玻璃纤维团聚的缺陷，严重影响成品表观，难以作为直接外露件材料使用。高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料就是从市场出发，为了解决一些直接外露产品要求材料有较高力学性能，又要求表观不出现缺陷而研发的一种优质材料。

中国专利CN201110008670公布了一种高抗冲、低浮纤长玻纤增强聚丙烯材料，其优点在于其制备的聚丙烯材料表面光泽高、浮纤现象少、耐跌落性好。中国专利CN201610207016公布了一种高光洁长玻纤阻燃增韧聚丙烯共混材料，其适用于对产品结构和外观、成本及加工性有较高要求的中高端家具用品上。中国专利CN201710528906公布了一种汽车内饰用低气味低浮纤长玻纤增强聚丙烯复合材料，其优点在于按大众气味检测标准测得的气味由常规的4.0级降低到3.5级，且肉眼可观察表面浮纤明显改善。但是上述专利均主要是通过抗浮纤剂降低模具表面与熔体间相互作用力尽可能降低零件表面浮纤现象，并没有提升材料中玻璃纤维的浸渍度，无法从根本上解决零件表面出现玻璃纤维团聚缺陷。

中国专利CN201510681645公布了一种低浮纤长玻纤、包含该长玻纤的高抗冲PP复合材料，采用过氧化氢和硝酸钾对玻璃纤维进行预处理后再使用，其优点在于抗冲性能优异，且表面光滑无浮纤，尤其适用于制备汽车零部件、电子产品外壳等产品。但其所制备材料中玻璃纤维含量均较低为5-10份，此种低玻璃纤维含量的材料本身玻璃纤维容易浸渍完全，出现团聚缺陷的概率较小，其采用的处理液组分之一硝酸钾若在高温下与有机物相遇易发生爆炸，同时其先对玻璃纤维预处理后再使用无法实现在线连续生产，综上所述，该方法并不适用于工业连续化生产。

以上现有技术均无法实现解决团聚缺陷的同时实现在线连续化生产，无法满足现今对长玻纤增强聚丙烯复合材料的规模化生产要求。

发明内容

为了克服现有的技术不足，本发明提供一种玻璃纤维团聚缺陷极少、可在线连续化生产的高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，由以下按重量份计的原料组成：聚丙烯树脂30～90份、玻璃纤维10～60份，相容剂1～10份、增韧剂1～10份、抗氧剂0.1～1份、润滑剂0.2～2份。所述的玻璃纤维在线经过处理液处理后直接进入浸渍槽进行生产。

上述高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料中，其中，

所述的相容剂为经过马来酸酐接枝的聚丙烯，接枝率为1.5％。

所述的增韧剂为马来酸酐接枝的EPDM、POE和SEBS中的一种或者几种组合。

所述的抗氧剂是受阻酚抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和耐氮氧化物抗氧剂GA80等中的一种或者几种组合。

所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、芥酸酰胺和聚乙烯蜡中的一种或者几种组合。

上述高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂及其它助剂，将称好的原材料投入到高速混合器中混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

本发明具有以下技术效果：与目前市场上常见的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比，本发明的高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料在拉伸强度、拉伸模量、冲击强度等性能上有较大幅度提升，同时玻璃纤维在聚丙烯中浸渍度高，玻璃纤维分散完全，大幅度降低成品表面玻璃纤维团聚缺陷的出现比例。另外，通过在线连续的方式加入玻璃纤维，大幅降低了能耗，提高了产能。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其组成(重量比)为：聚丙烯树脂30～90份、玻璃纤维10～60份，相容剂1～10份、增韧剂1～10份、抗氧剂0.1～1份、润滑剂0.2～2份。

本产品使用的玻璃纤维在线经过处理液处理后直接进入浸渍槽进行生产；相容剂为经过马来酸酐接枝的聚丙烯，接枝率为1.5％；增韧剂为马来酸酐接枝的EPDM、POE、SEBS中的一种或几种的组合；抗氧剂由受阻酚抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和耐氮氧化物抗氧剂GA80等中的一种或者几种组合；润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、芥酸酰胺和聚乙烯蜡中的一种或者几种组合。

高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂及其它助剂，将称好的原材料投入到高速混合器中混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

实施例1：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂83.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

实施例2：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂73.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

实施例3：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂63.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

实施例4：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂53.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

实施例5：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂43.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。对比例1：

1)：连续玻璃纤维经牵引进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂73.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。对比例2：

1)：连续玻璃纤维经牵引进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂63.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

对比例3：

1)：连续玻璃纤维经牵引进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂53.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

对比例4：

1)：连续玻璃纤维经牵引进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂43.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

对比例5：

1)：玻璃纤维表面处理：取玻璃纤维加热至140-150℃，投入尺寸为1000mm*800mm*500mm装有温度为2-3℃过氧化氢的溶液池中，加入硝酸钾，保温1-5min，随后取出在干燥箱中干燥2h即可得处理后的玻璃纤维；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂88.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

对比例6：

1)：玻璃纤维表面处理：取玻璃纤维加热至140-150℃，投入尺寸为1000mm*800mm*500mm装有温度为2-3℃过氧化氢的溶液池中，加入硝酸钾，保温1-5min，随后取出在干燥箱中干燥2h即可得处理后的玻璃纤维；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂83.2份，并经烘箱烘干；加入3份相容剂，3份增韧剂，0.3份抗氧剂，0.5份润滑剂在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。

上述实施例和对比例中的原料共计100份。

性能测试：

密度按照ISO1183标准进行检测；

拉伸强度按照ISO527-2标准进行检测，拉伸速度为5mm/min；

弯曲强度按照ISO178标准进行检测，弯曲速度为2mm/min；

缺口冲击强度按照ISO179标准进行检测；

材料性能测试结果见表1：

表1材料性能测试结果

实施例1-5的玻璃纤维是经过表面处理且在线连续；而对比例5和6的玻璃纤维经过表面处理，但未在线连续。按照表1中数据对比显示是实施例1-5的处理法可以明显提高产能及降低能耗。如：实施例1与对比例5相比较：实施例1生产玻璃纤维含量为10％的长玻纤增强聚丙烯产能为300kg/h，远高于对比例5生产玻璃纤维含量为5％的长玻纤增强聚丙烯产能为170kg/h；实施例1与对比例6相比较：实施例1的产能也远高于对比例6生产玻璃纤维含量为10％的长玻纤增强聚丙烯产能为83kg/h。

实施例1生产玻璃纤维含量为10％的长玻纤增强聚丙烯能耗为130度/t，远低于对比例5生产玻璃纤维含量为5％的长玻纤增强聚丙烯产能为165度/t以及对比例6生产玻璃纤维含量为10％的长玻纤增强聚丙烯产能为83kg/h能耗为200度/t。

团聚改善率测试：

将制得的高浸渍长玻纤增强聚丙烯复合材料经过注塑为356*100*3.2的长板，每个实施例和对比例分别注塑200块上述长板，统计每个实施例和对比例制得的长板出现表面玻纤团聚缺陷的比例。

统计结果见表2：

表2团聚缺陷比例

实施例1-5对玻璃纤维进行表面处理，比较例1-4未对玻璃纤维进行表面处理，但均在线连续。按照表1中数据对比显示：实施例1-5的力学性能要高于对比例1-4，说明该处理法不会造成性能下降。并且按照表2中数据对比显示该处理法对材料注塑成制品后的团聚缺陷有明显改善，如实施例4(经过处理的玻璃纤维为40％的增强聚丙烯)所注塑200块长板出现团聚缺陷的比例为0.5％，远低于对比例3(未经过处理的玻璃纤维为40％的增强聚丙烯)所注塑200块长板22％的团聚缺陷比例。

本发明的制备方法操作简单，可以实现在线连续化生产，能够保证较高的产能及较低的能耗，适合工业化生产和应用。

Claims (6)

1.一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下按重量份计的原料组成：聚丙烯树脂30～90份、玻璃纤维10～60份，相容剂1～10份、增韧剂1～10份、抗氧剂0.1～1份、润滑剂0.2～2份；其中，玻璃纤维在线经过处理液处理后直接进入浸渍槽进行生产。

2.根据权利要求1所述的一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为经过马来酸酐接枝的聚丙烯，接枝率为1.5％。

3.根据权利要求1所述的一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为马来酸酐接枝的EPDM、POE和SEBS中的一种或者几种组合。

4.根据权利要求1所述的一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂是受阻酚抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和耐氮氧化物抗氧剂GA80等中的一种或者几种组合。

5.根据权利要求1所述的一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、芥酸酰胺和聚乙烯蜡中的一种或者几种组合。

6.权利要求1-5任意之一所述高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：

1)：玻璃纤维表面处理：将60wt％浓硫酸、20wt％硝酸、5wt％高锰酸钾和15％双氧水进行混合调配成溶液放入尺寸为1000mm*800mm*500mm的特殊溶液池，连续玻璃纤维经牵引在线经过溶液池进行处理，连续玻璃纤维在经过溶液池后进入水池脱去残留溶液，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；

2)：按照重量配比称取原料聚丙烯树脂及其它助剂，将称好的原材料投入到高速混合器中混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；

3)：连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。