CN109337206A - 增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种增强聚丙烯复合材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：聚丙烯树脂80～90份、玻璃纤维35～55份、乙烯‑辛烯共聚物4～10份、改性叶蜡石8～16份、相容剂6～12份、润滑剂0.6～1.5份及抗氧化剂0.4～1份。制备方法：1)称取除玻璃纤维以外的原料在氮气的保护下进行混合；2)在氮气保护下，将步骤1)的混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入玻璃纤维，经挤出、造粒制得增强聚丙烯复合材料。该复合材料提高了原有玻纤增强PP的韧性及抗冲击强度，浮纤现象也大大减少。

Description

增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料技术领域，具体涉及一种增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯管材具有质轻、无毒、耐热、耐腐蚀、使用寿命长、安装方便、连接可靠、可回收利用等优点，作为一种新型绿色建筑节能材料，广泛应用于建筑供水系统、采暖系统、气体传输系统、化工流体输送系统、水处理系统、农业灌溉系统等。随着我国经济飞速发展，聚丙烯管材的用量也大幅增长，市场占有率迅速提高，是我国建设部重点推广的三大新型塑料管材的首推品种，近几年发展势头迅猛。
玻纤增强聚丙烯是在原有纯PP的基础上，加入玻璃纤维和其它助剂，从而提高材料的使用范围。一般的来说，大部分的玻纤增强材料多用在产品的结构零件上，是一种结构工程材料，具有高强度，高刚性，低收缩等特点，在玻纤含量达到一定范围的时候，甚至可以部分替代钢铁，但是在韧性方面却相对聚丙烯而言降低很多，在高转速高负载情况下很容易产生断裂现象而发生危险。
由于人们对产品质量的要求越来越高，普通的短玻纤增强PP材料的性能不能满足要求，且会产生“浮纤”现象，长玻纤增强PP具有高强度、高模量、高热稳定性等优异的性能可以满足人们对高性能追求。
发明内容
本发明提出一种增强聚丙烯复合材料，该复合材料提高了原有玻纤增强PP的韧性及抗冲击强度，浮纤现象也大大减少。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份数的原料：
聚丙烯树脂80～90份、玻璃纤维35～55份、乙烯-辛烯共聚物4～10份、改性叶蜡石8～16份、相容剂6～12份、润滑剂0.6～1.5份及抗氧化剂0.4～1份；所述改性叶蜡石主要由叶蜡石、柠檬酸、钛酸酯偶联剂与二氧化硅制备得到。
优选地，所述改性叶蜡石的制备方法包括以下步骤：
1)将柠檬酸溶于水得到柠檬酸水溶液，然后将叶蜡石粉碎后加入到柠檬酸水溶液中进行超声分散，得到分散液；
2)将步骤1)的分散液加热至80～90℃后，加入二氧化硅与钛酸酯偶联剂，反应3～6h后，过滤将滤物洗净即可。
优选地，所述柠檬酸与所述水的质量之比为4～8:100，所述二氧化硅与所述叶蜡石的质量之比为3～7:30～34，所述钛酸酯偶联剂与所述叶蜡石的质量之比为4～8:55～57。
优选地，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或者三异硬酯酸钛酸异丙酯。
优选地，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐或者甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯。
优选地，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺与接枝乙撑双硬脂酰胺中的一种或者多种。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类与亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种。
本发明的另一个目的是提供一种增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比称取聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂、润滑剂、相容剂与改性叶蜡石，一起加入通有氮气保护的混合机中混合3～8分钟；
2)在氮气保护下，将步骤1)的混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入玻璃纤维，经挤出、造粒制得增强聚丙烯复合材料；其中挤出机的机筒温度为210～240℃，螺杆转速为400～600r/min，真空度为-0.04～0.1MPa。
本发明的有益效果：
叶蜡石是一种含有少量羟基的层状铝硅酸盐矿物，稳定性非常好。通过柠檬酸、钛酸酯偶联剂与二氧化硅对叶蜡石进行改性，获得的改性叶蜡石增强了聚丙烯与玻璃纤维之间的相容性，减少了“浮纤”现象的发生。
本发明的增强聚丙烯复合材料缺口冲击强度大于18KJ/m2、弯曲强度大于200Mpa，表明本材料的冲击强度高，同时具有良好的流动性能，材料的刚性和韧性实现了良好平衡。
具体实施方式
实施例1
改性叶蜡石的制备方法包括以下步骤：
1)将柠檬酸溶于水得到柠檬酸水溶液，然后将叶蜡石粉碎后加入到柠檬酸水溶液中进行超声分散，得到分散液；
2)将步骤1)的分散液加热至80℃后，加入二氧化硅与异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，反应6h后，过滤将滤物洗净即可。
柠檬酸与水的质量之比为8:100，二氧化硅与叶蜡石的质量之比为3:34，异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯与叶蜡石的质量之比为4:55。
实施例2
改性叶蜡石的制备方法包括以下步骤：
1)将柠檬酸溶于水得到柠檬酸水溶液，然后将叶蜡石粉碎后加入到柠檬酸水溶液中进行超声分散，得到分散液；
2)将步骤1)的分散液加热至90℃后，加入二氧化硅与三异硬酯酸钛酸异丙酯，反应3h后，过滤将滤物洗净即可。
柠檬酸与水的质量之比为4:100，二氧化硅与叶蜡石的质量之比为7:30，三异硬酯酸钛酸异丙酯与叶蜡石的质量之比为8:57。
实施例3
一种增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份数的原料：
聚丙烯树脂84份、玻璃纤维45份、乙烯-辛烯共聚物8份、实施例1的改性叶蜡石12份、聚丙烯接枝马来酸酐8份、硬脂酸锌1.2份及抗氧剂1010 0.7份。
制备方法，包括以下步骤：
1)按配比称取聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌、聚丙烯接枝马来酸酐与实施例1的改性叶蜡石，一起加入通有氮气保护的混合机中混合6分钟；
2)在氮气保护下，将步骤1)的混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入玻璃纤维，经挤出、造粒制得增强聚丙烯复合材料；其中挤出机的机筒温度为210～240℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.04MPa。
实施例4
一种增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份数的原料：
聚丙烯树脂80份、玻璃纤维35份、乙烯-辛烯共聚物10份、实施例2的改性叶蜡石8份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯12份、乙撑双硬脂酰胺0.6份及抗氧剂1680.4份。
制备方法，包括以下步骤：
1)按配比称取聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂168、乙撑双硬脂酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯与实施例2的改性叶蜡石，一起加入通有氮气保护的混合机中混合8分钟；
2)在氮气保护下，将步骤1)的混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入玻璃纤维，经挤出、造粒制得增强聚丙烯复合材料；其中挤出机的机筒温度为210～240℃，螺杆转速为400r/min，真空度为0.1MPa。
实施例5
一种增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份数的原料：
聚丙烯树脂90份、玻璃纤维55份、乙烯-辛烯共聚物4份、实施例1的改性叶蜡石16份、聚丙烯接枝马来酸酐6份、接枝乙撑双硬脂酰胺1.5份及抗氧剂10101份。
制备方法，包括以下步骤：
1)按配比称取聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂1010、接枝乙撑双硬脂酰胺、聚丙烯接枝马来酸酐与实施例1的改性叶蜡石，一起加入通有氮气保护的混合机中混合3分钟；
2)在氮气保护下，将步骤1)的混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入玻璃纤维，经挤出、造粒制得增强聚丙烯复合材料；其中挤出机的机筒温度为210～240℃，螺杆转速为600r/min，真空度为-0.01MPa。
对比例1
一种增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份数的原料：
聚丙烯树脂84份、玻璃纤维45份、乙烯-辛烯共聚物8份、叶蜡石12份、聚丙烯接枝马来酸酐8份、硬脂酸锌1.2份及抗氧剂1010 0.7份。
制备方法，包括以下步骤：
1)按配比称取聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌、聚丙烯接枝马来酸酐与叶蜡石，一起加入通有氮气保护的混合机中混合6分钟；
2)在氮气保护下，将步骤1)的混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入玻璃纤维，经挤出、造粒制得增强聚丙烯复合材料；其中挤出机的机筒温度为210～240℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.04MPa。
试验例
将实施例3-5与对比例1的增强聚丙烯复合材料分别按GB/T1039-1979标准进行了拉伸强度、按GB/T9341-2000标准进行测试弯曲性能与按GB/T1039-1979标准进行了悬臂梁缺口冲击强度、按照ASTM D955进行收缩率的性能测试，结果见表1。
表1
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
聚丙烯树脂80～90份、玻璃纤维35～55份、乙烯-辛烯共聚物4～10份、改性叶蜡石8～16份、相容剂6～12份、润滑剂0.6～1.5份及抗氧化剂0.4～1份；所述改性叶蜡石主要由叶蜡石、柠檬酸、钛酸酯偶联剂与二氧化硅制备得到。
2.根据权利要求1所述的增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性叶蜡石的制备方法包括以下步骤：
1)将柠檬酸溶于水得到柠檬酸水溶液，然后将叶蜡石粉碎后加入到柠檬酸水溶液中进行超声分散，得到分散液；
2)将步骤1)的分散液加热至80～90℃后，加入二氧化硅与钛酸酯偶联剂，反应3～6h后，过滤将滤物洗净即可。
3.根据权利要求2所述的增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述柠檬酸与所述水的质量之比为4～8:100，所述二氧化硅与所述叶蜡石的质量之比为3～7:30～34，所述钛酸酯偶联剂与所述叶蜡石的质量之比为4～8:55～57。
4.根据权利要求2所述的增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或者三异硬酯酸钛酸异丙酯。
5.根据权利要求1所述的增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐或者甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯。
6.根据权利要求1所述的增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺与接枝乙撑双硬脂酰胺中的一种或者多种。
7.根据权利要求1所述的增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类与亚磷酸酯类热稳定剂中的至少一种。
8.如权利要求1至7任意一项所述的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：
1)按配比称取聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂、润滑剂、相容剂与改性叶蜡石，一起加入通有氮气保护的混合机中混合3～8分钟；
2)在氮气保护下，将步骤1)的混合物料投入平行双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入玻璃纤维，经挤出、造粒制得增强聚丙烯复合材料；其中挤出机的机筒温度为210～240℃，螺杆转速为400～600r/min，真空度为-0.04～0.1MPa。
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