CN109262883B - 一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A）按照配方将聚丙烯树脂、添加剂、加工助剂投入高速混料机中，制备预混料；B）双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，槽深比为1.51或1.55，分为十二区，将预混料在第一区下料筒进行主喂，将短切玻璃纤维在6‑9区进行侧喂，主机转速450‑850转/分钟；C）挤出造粒得到玻璃纤维增强聚丙烯复合材料;螺杆第二区温度为110‑130℃，第三至十一区温度为205‑235℃，机头温度为215‑235℃。通过本发明的制备方法单机产能高，并且制备出的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能好。
Description
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，特别是涉及一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
汽车车身轻量化设计、制造和材料等技术的综合应用和集成是目前汽车行业发展一个重点。采用新型轻质材料代替传统金属材料是非常行之有效的途径。目前常见到轻质材料有铝、镁等轻质金属，高强度钢，工程塑料和高性能轻质复合材料等。其中复合材料因为比强度高、密度低、具有可设计性等特点成为代替钢铁的热门材料。尤其是关于玻璃纤维增强复合材料的技术迅猛发展，已经比较成熟并且在汽车行业获得了大量应用。
挤出机的长径比、深槽比、填充比、螺杆的温度以及玻纤喂料方式是对玻纤增强聚丙烯复合材料性能、单机产能影响较大的因素。本领域技术人员普遍认为挤出机螺杆长径比40：1是生产玻璃纤维增强聚丙烯材料的最佳选择（共10节螺筒，每节螺筒长径比4:1，槽深比1.51），因为长径比48:1的螺杆的长度更长，会对短切玻璃纤维剪切过度，使产品中的玻璃纤维长度太短从而导致产品的力学性能较差。因此国内很少使用长径比48:1槽深比1.51的主机或者长径比48:1槽深比1.55的主机生产玻璃纤维增强聚丙烯材料。挤出机螺杆长径比40：1，槽深比1.51的低长径比、低槽深生产方式也影响复合材料力学性能与单机产能的发挥。
发明内容
本发明的目的在于，克服以上技术缺陷，提供一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，具有单机产能高的优点，同时制备得到的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有优秀的力学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A）按照配方将聚丙烯树脂、添加剂、加工助剂投入高速混料机中，制备预混料；
B）双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，槽深比为1.51或1.55，分为十二区，将预混料在第一区下料筒进行主喂，将短切玻璃纤维在6-9区进行侧喂，主机转速450-850转/分钟；
C）挤出造粒得到玻璃纤维增强聚丙烯复合材料；
螺杆第二区温度为110-130℃，第三至十一区温度为205-235℃，机头温度为215-235℃。
优选的，所述的双螺杆挤出机的槽深比为1.55。
优选的，所述螺杆第6-8区的温度为228-233℃，3-5区的温度为205-215℃，9-11区的温度为205-215℃，机头温度为215-235℃。
所述螺杆的填充系数为0.35-0.4。
优选的，所述螺杆的填充系数为0.38-0.39。
所述的短切玻璃纤维长度为2.5-4.5mm；优选的短切玻璃纤维长度为3-4mm。
本发明的工艺是针对短切玻璃纤维进行优化设计的，短切玻璃纤维的长度会直接影响产品的性能，短切玻璃纤维长度小于2.5mm会导致玻璃纤维在产品中保留长度太短，产品力学性能差；短切玻璃纤维长度长于4.5mm容易导致生产不顺，比如卡机等，而且短切玻璃纤维在产品中分布不均匀，也会导致产品力学性能差。
优选的，将短切玻璃纤维在7-8区进行侧喂。
短切玻璃纤维在6至9区侧喂，短切玻璃纤维在产品中的保留长度会依次变长；在5区侧喂，短切玻璃纤维长度保留太短，产品力学性能差；在10区侧喂，短切玻璃纤维保留长度较长，但是分布不均匀，产品力学性能差，并且容易导致生产不顺。在7-8区侧喂，短切玻璃纤维在产品中的保留长度、分布均匀度最好。
双螺杆挤出机的单机产能为750-1000kg/h。
优选的，双螺杆挤出机的单机产能为850-950kg/h。
在不考虑产品性能的前提下，单机产能主要影响因素是原料的加料速度和螺杆的旋转速度决定的。小时单产太高，会导致产品力学性能差、甚至生产时出现卡机等故障。
本发明具有如下有益效果：
本发明的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，通过调整双螺杆挤出机的螺杆长径比、槽深比、螺杆各区间温度、螺杆的填充系数、单机产能、短切玻璃纤维的长度和短切玻璃纤维喂料区来得到较高的单机产能，并且玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能好。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
以下原料均来源于市售。
实施例和对比例玻璃纤维增强聚丙烯材料所用的原料及配比：
聚丙烯70重量份、短切玻璃纤维30重量份、偶联剂0.5重量份、热稳定剂0.1重量份、光稳定剂0.1重量份。
实施例1-12玻璃纤维增强聚丙烯材料制备方法：
按照配方将聚丙烯树脂、偶联剂、加工助剂投入高速混料机中，制备预混料；螺杆分为十二区，将预混料在第一区下料筒进行主喂，将短切玻璃纤维进行侧喂；螺杆的转速为450-850转/分钟；其中，实施例1-11螺杆各区间温度为第二区的温度为120℃，第6-8区的温度为230℃，3-5区的温度为210℃，9-11区的温度为210℃，机头温度为230℃；实施例12螺杆各区间温度为第二区的温度为120℃，第6-8区的温度为220℃，3-5区的温度为220℃，9-11区的温度为220℃，机头温度为230℃；挤出造粒得到玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，螺杆长径比、槽深比、填充系数、玻璃纤维进料区、小时单产在表格中标明。
对比例1玻璃纤维增强聚丙烯材料制备方法：
按照配方将聚丙烯树脂、偶联剂、加工助剂投入高速混料机中，制备预混料；螺杆长径比为40:1、槽深比为1.51，分为10个区，填充系数为0.386，各区温度分别是第2区120℃、第3-5区210℃、第6-8区230℃、第8-10区210℃，螺杆转速为450转/分钟，将预混料在第一区下料筒进行主喂，将短切玻璃纤维进行侧喂，挤出造粒得到玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，螺杆长径比、槽深比、填充系数、玻璃纤维进料区、小时单产在表格中标明。
各性能测试方法：
拉伸强度：按照GB/T1040-2006进行测试，拉伸速度为10mm/min；
弯曲强度：按照GB/T9341-2000进行测试、弯曲速度2mm/min；
弯曲模量：按照GB/T9341-2000进行测试、弯曲速度2mm/min；
悬臂梁冲击强度：按照GB/T1843-2008进行测试，A型缺口；
表1：实施例和对比例各参数设置以及产品性能参数
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | |
| 长径比 | 48:1 | 48:1 | 48:1 | 48:1 | 48:1 | 48:1 | 48:1 | 48:1 | 48:1 |
| 槽深比 | 1.51 | 1.55 | 1.55 | 1.55 | 1.55 | 1.55 | 1.55 | 1.55 | 1.55 |
| 填充系数 | 0.386 | 0.386 | 0.35 | 0.39 | 0.4 | 0.386 | 0.386 | 0.386 | 0.386 |
| 短切玻璃纤维长度 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2.5 |
| 短玻璃纤维进料区 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 6 | 7 | 9 | 8 |
| 小时单产kg/h | 800 | 950 | 800 | 900 | 950 | 950 | 950 | 950 | 850 |
| 拉伸强度，MPa | 91.2 | 97.6 | 89.1 | 92.1 | 88.7 | 90.1 | 95.3 | 94.3 | 88.1 |
| 弯曲模量，MPa | 5883 | 6093 | 5808 | 5898 | 5681 | 5843 | 5931 | 5901 | 5723 |
| 弯曲强度，MPa | 129.4 | 135.3 | 112.2 | 121.1 | 108.3 | 120.1 | 128.4 | 129.1 | 109.2 |
| 悬臂梁冲击强度，KJ/m<sup>2</sup> | 13.9 | 15.0 | 10.2 | 12.9 | 9.7 | 12.1 | 13.7 | 13.4 | 9.8 |
续表1:
| 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 对比例1 | |
| 长径比 | 48:1 | 48:1 | 48:1 | 40:1 |
| 槽深比 | 1.55 | 1.55 | 1.55 | 1.51 |
| 填充系数 | 0.386 | 0.386 | 0.386 | 0.386 |
| 短切玻璃纤维长度 | 4.0 | 4.5 | 3 | 3 |
| 短玻璃纤维进料区 | 8 | 8 | 8 | 6 |
| 小时单产kg/h | 850 | 850 | 950 | 750 |
| 拉伸强度，MPa | 93.3 | 90.1 | 95.8 | 88 |
| 弯曲模量，MPa | 5987 | 5887 | 5898 | 5658 |
| 弯曲强度，MPa | 123.2 | 119.3 | 133.6 | 111.2 |
| 悬臂梁冲击强度，KJ/m<sup>2</sup> | 13.9 | 12.2 | 14.5 | 10.6 |
从实施例1和2可以看出，螺杆长径比为48:1时槽深比为1.55时最好；对比例1为螺杆长径比为40:1时各参数调节优化后得到小时单产及产品力学性能较高的例子，但是其与实施例1-12相比，小时单产低且产品力学性能较低；从实施例2-5可以看出，填充 系数为0.38-0.39时，小时单产较高且产品力学性能高；从实施例2/6-8可以看出，短切玻璃纤维进料口在7/8区时产品力学性能高；从实施例9-11可以看出，短切玻璃纤维的长度在3-4mm时，产品力学性能高；从实施例2和实施例12可以看出，螺杆各区间的温度为“第6-8区的温度为228-233℃，3-5区的温度为205-215℃，9-11区的温度为205-215℃”时产品力学性能较高。
Claims (5)
1.一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）按照配方将聚丙烯树脂、添加剂、加工助剂投入高速混料机中，制备预混料；
B）双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，槽深比为1.55，分为十二区，将预混料在第一区下料筒进行主喂，将短切玻璃纤维在6-9区进行侧喂，主机转速450-850转/分钟；
C）挤出造粒得到玻璃纤维增强聚丙烯复合材料;
螺杆第二区温度为110-130℃，机头温度为215-235℃、第6-8区的温度为228-233℃，3-5区的温度为205-215℃，9-11区的温度为205-215℃；
螺杆的填充系数为0.35-0.4；
双螺杆挤出机的单机产能为750-1000kg/h。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述螺杆的填充系数为0.38-0.39。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，短切玻璃纤维长度为3-4mm。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，将短切玻璃纤维在7-8区进行侧喂。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，双螺杆挤出机的单机产能为850-950kg/h。
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