CN109627664A - 一种高强的改性聚丙烯材料及其制成的空调风轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高强改性塑料，公开了一种高强的改性聚丙烯材料，其解决了改性聚丙烯材料强度和韧性较差的问题，其由包含以下质量份数的原料混合后熔融制成：PP 90‑100份，马来酸酐5‑7份，玻璃纤维32‑37份，氧化锌25‑35份，四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物粉末15‑22份；玻璃纤维长度为2‑3mm，直径为10‑15μm，氧化锌为四针状氧化锌晶须，四针状氧化锌晶须的直径460±5nm，长度为6‑8μm，其拉伸强度和弯曲强度大；同时还公开了由该改性聚丙烯材料制成的空调风轮，防水防油且拉伸强度和弯曲强度大，高速转动下不易变形，使用寿命长。

Description

一种高强的改性聚丙烯材料及其制成的空调风轮
技术领域
本发明涉及PP/PTFE塑料，特别涉及一种高强的改性聚丙烯材料及其制成的空调风轮。
背景技术
风轮是现有空调中一重要组成部件。如附图1所示，现有的风轮包括圆环形的基板1、同轴安装卡接过盈配合在基板1中心的安装头以及若干围绕基板1轴性分别基板1一侧外侧沿的叶片2。叶片2与基板1一体设置，叶片2与基板1相垂直，且叶片2的垂直长度方向的截面呈弧形。
由于空调不同模式和工作环境下，风轮可能与潮湿空气直接接触或冷的风轮与空气中的水汽或其他液体蒸汽接触导致水汽或其他液体蒸汽凝结，为避免风轮吸收水导致风轮结构强度降低，故现有风轮注塑用料除去主体的聚丙烯材料外还混合有聚四氟乙烯。
其不足之处在于聚丙烯材料和聚四氟乙烯混合后虽提高了风轮防水防油性能，避免水汽和其他液体蒸汽对风轮结构强度的降低，但对聚丙烯材料原有拉伸强度和弯曲强度造成了降低，在风轮高速转动的工作状态下，易发生可恢复或不可恢复的变形，导致风轮转动动作变形，受到阻力增大，耗能增大，需要进一步改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种高强的改性聚丙烯材料，其拉伸强度和弯曲强度大。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强的改性聚丙烯材料，由包含以下质量份数的原料混合后熔融制成：
PP 90-100份，
马来酸酐5-7份，
玻璃纤维32-37份，
氧化锌25-35份，
四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物粉末15-22份；
所述玻璃纤维长度为2-3mm，直径为10-15μm，所述氧化锌为四针状氧化锌晶须，四针状氧化锌晶须的直径460±5nm，长度为6-8μm。
通过采用上述技术方案，PP与马来酸酐接枝，提高PP与玻璃纤维、四针状氧化锌晶须相容性；
四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物为改性聚丙烯材料提供防水防油性能；
玻璃纤维分散在聚丙烯内，以加强改性聚丙烯材料的抗拉伸性能；
四针状氧化锌晶须是氧化锌的一种空间立体结构的晶须，其与长条状的玻璃纤维分散在聚丙烯内，并相互抵接搭接形成框架体系，提高改性聚丙烯材料抗拉伸性能和抗弯曲强度；
同时玻璃纤维主要成分为二氧化硅和硅酸盐，表面带有硅羟基，四针状氧化锌晶须的表面带有羟基，可与四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物中的醚键形成氢键，提高四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物对玻璃纤维、四针状氧化锌的相容性和结合强度，并且附着于四针状氧化锌晶须和玻璃纤维的四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物，提高由四针状氧化锌晶须和玻璃纤维形成框架体系的强度和抗冲击性，进而进一步提高改性聚丙烯材料的抗拉伸性能和抗弯曲强度；
由上所述，可获得一种高强的改性聚丙烯材料，其拉伸强度和弯曲强度大。
本发明进一步设置为：所述原料还包括粒径为5-6μm的贝壳粉处理粉末6-10份，所述贝壳粉处理粉末包括以下步骤制得：
贝壳粉在浸泡液中浸泡低温处理10-11min后干燥并筛分得到粒径为5-8μm的粉粒，所述浸泡液为尿素浓度为4wt％，NaOH或KOH浓度为8wt％的水溶液，低温处理温度为-15℃～-14℃。
通过采用上述技术方案，贝壳粉在浸泡液低温浸泡时，贝壳粉内的甲壳素分解或溶出，贝壳粉表面形成密布的凹槽或中空的微孔通道；
处理后的贝壳粉在聚丙烯内分布时，处理后的贝壳粉混合在由四针状氧化锌晶须和玻璃纤维形成框架体系内，支撑框架体系，提高框架体系的支撑强度，进而提高改性聚丙烯材料的冲击强度；
同时处理后的贝壳粉表面的凹槽和中空的微孔通道，由熔融的聚丙烯浸入，提高改性聚丙烯材料内部的结合力，进而提高改性聚丙烯材料的拉伸强度；
由此改善改性聚丙烯材料的力学性能。
本发明进一设置为：所述原料还包括石墨粉10-15份，所述石墨粉粒径为0.5-1.0μm。
通过采用上述技术方案，石墨粉在原料熔融时，起到润滑作用，便于原料熔融挤出成型，减小原料熔融状态下四针状氧化锌晶须因混合搅动而断裂，提高由四针状氧化锌晶须和玻璃纤维形成框架体系的强度，改善改性聚丙烯材料的力学性能；
同时使改性聚丙烯材料表面更加光滑，减小摩擦系数，降低水或其他液体粘附的可能，提高改性聚丙烯材料的防水防油性能。
本发明进一设置为：所述原料还包括丙烯酸单体4-5份和硅烷偶联剂2-3份，所述硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，丙烯酸单体嵌入聚丙烯聚合链中，提高改性聚丙烯材料熔融加工时的流动性，便于薄且长的叶片注塑成型，同时丙烯酸嵌端带有羧基，可与γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷中的环氧键反应，将γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷接枝与聚丙烯聚合链上，再由γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷相之间交联，提高改性聚丙烯内交联度，以及聚丙烯聚合链上的γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联四针状氧化锌晶须和玻璃纤维，改善四针状氧化锌晶须和玻璃纤维对聚丙烯的界面结合状态，提高结合力，由此进一步提高改性聚丙烯材料的拉伸强度和抗弯折强度。
本发明进一设置为：所述原料包括单层氧化石墨烯1-2份。
通过采用上述技术方案，单层氧化石墨烯由石墨烯改性得到，其上分布有羟基和羧基，γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的环氧键与单层氧化石墨烯上羟基或羧基反应，连接与单层氧化石墨烯，解决单层氧化石墨烯在熔融的原料内团聚的问题，继而由于亲水性迁移至原料表面，提高改性聚丙烯材料表面的防水防油性能。
本发明进一设置为：所述原料包括阻燃剂2-3份，所述阻燃剂为DOPO。
通过采用上述技术方案，DOPO具有P-H键和六元磷杂环结构，提高改性聚丙烯材料阻燃性能的同时，还可作为抗氧化剂，延缓改性聚丙烯材料氧化。
本发明进一设置为：所述原料还包括乙酸丁酯3-5份。
通过采用上述技术方案，乙酸丁酯促进四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物分散，加强改性聚丙烯材料内部的结合力，改善力学性能，同时其沸点低，在原料熔融时挥发，无残留。
针对现有技术存在的不足，本发明的第二目的在于提供一种空调的风轮，防水防油且拉伸强度和弯曲强度大，高速转动下不易变形，使用寿命长。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种空调的风轮包括基板和叶片，所述基板和叶片为上述的改性聚丙烯材料制得的母粒注塑得到。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.玻璃纤维和四针状氧化锌晶须分散在聚丙烯内相互抵接搭接形成框架体系，提高改性聚丙烯材料抗拉伸性能和抗弯曲强度；玻璃纤维和四针状氧化锌晶须的表面带有羟基，与四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物中的醚键形成氢键，提高四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物对玻璃纤维、四针状氧化锌的相容性和结合强度，并且附着于四针状氧化锌晶须和玻璃纤维的四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物，提高框架体系的强度和抗冲击性，进一步提高改性聚丙烯材料的抗拉伸性能和抗弯曲强度，进而获得一种高强的改性聚丙烯材料，其拉伸强度和弯曲强度大；
2.贝壳粉在浸泡液低温浸泡时，贝壳粉内的甲壳素分解或溶出，贝壳粉表面形成密布的凹槽或中空的微孔通道；处理后的贝壳粉混合在由四针状氧化锌晶须和玻璃纤维形成框架体系内，提高框架体系的支撑强度，进而提高改性聚丙烯材料的冲击强度；同时处理后的贝壳粉表面的凹槽和中空的微孔通道，由熔融的聚丙烯浸入，提高改性聚丙烯材料内部的结合力，进而提高改性聚丙烯材料的拉伸强度和弯曲强度；
3.石墨粉在原料熔融时，起到润滑作用，减小原料熔融状态下四针状氧化锌晶须因混合搅动而断裂，提高由四针状氧化锌晶须和玻璃纤维形成框架体系的强度，改善改性聚丙烯材料的力学性能；同时减小改性聚丙烯材料表面摩擦系数，降低水或其他液体粘附的可能，提高改性聚丙烯材料的防水防油性能；
4.原料还包括丙烯酸单体和γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，丙烯酸单体嵌入聚丙烯聚合链中，γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷连接于丙烯酸嵌段上在进行交联和偶联，提高改性聚丙烯内交联度和改善四针状氧化锌晶须和玻璃纤维对聚丙烯的界面结合状态，进一步提高改性聚丙烯材料的拉伸强度和抗弯折强度；
5.单层氧化石墨烯提高改性聚丙烯材料表面的防水防油性能；
6.提供一种空调的风轮，防水防油且拉伸强度和弯曲强度大，高速转动下不易变形，使用寿命长。
附图说明
图1为风轮的结构示意图。
附图标记：1、基板；2、叶片；3、装配板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如附图1所示，一种空调的风轮，其包括基板1和多个位于基板1一侧的叶片2。基板1呈圆形，其中心处开有用于安装其他部件用的装配板3。叶片2围绕基板1的轴心分布于基板1一侧的边沿处，叶片2的形状为现有技术可根据实际情况而定，此处叶片2呈垂直基板1的长条形且其垂直长度方向的形状为弧形。其中基板1和叶片2由改性聚丙烯材料一体注塑得到。
实施例一，
改性聚丙烯材料包含以下质量份数的原料混合后熔融制成：
PP 90-100份，
马来酸酐5-7份，
玻璃纤维32-37份，
氧化锌25-35份，
四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物15-22份，
贝壳粉处理粉末6-10份，
石墨粉10-15份，
丙烯酸单体4-5份，
硅烷偶联剂2-3份，
单层氧化石墨烯1-2份，
阻燃剂2-3份。
玻璃纤维长度为2-3mm，直径为10-15μm，此处玻璃纤维长度为2.5mm，直径为12μm，。氧化锌为四针状氧化锌晶须，四针状氧化锌晶须的直径460±5nm，单针长度为6-8μm，此处为四针状的单针晶须须长为7±0.2μm。
四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物为全氟烷基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物，可为全氟甲基乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物、全氟乙基乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物或全氟丙基乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物，此处以全氟丙基乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物(PFA)为例。
贝壳粉处理粉末由贝壳粉以以下步骤制得：贝壳粉在浸泡液中浸泡低温处理10-11min后干燥并筛分得到粒径为5-8μm的粉粒，所述浸泡液为尿素浓度为4wt％，NaOH或KOH浓度为8wt％的水溶液，低温处理温度为-15℃～-14℃，贝壳粉与浸泡液的质量比为0.5∶1。此处贝壳粉处理粉末粒径为6±0.2μm。
石墨粉粒径为0.5-1.0μm，此处为石墨粉粒径0.8μm。硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。阻燃剂为DOPO。
改性聚丙烯材料的制备方法如下，
S1：按质量份数称取PP、马来酸酐、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物、贝壳粉处理粉末、石墨粉、丙烯酸单体、硅烷偶联剂、单层氧化石墨烯和阻燃剂、加入高混机内混合40-50min，混合均匀得到混合原料A；
S2：将混合原料加入双螺杆挤出机内熔融挤出，同时在双螺杆挤出机的熔融区内加入按质量份数称取的玻璃纤维和氧化锌，最终熔融挤出成型所需形状的改性聚丙烯材料或改性聚丙烯材料母粒。
根据上述改性聚丙烯材料的制备方法，进行改性聚丙烯材料的制作，获得实施例1A-1F，原料各组分用量参数如下。
对实施例1A-1F所得的改性聚丙烯材料进行物理性能和化学性能的检测，检测结果如下。
实施例二，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于乙酸丁酯用量为零，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得实施例二的改性聚丙烯材料。
实施例三，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于阻燃剂用量为零，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得实施例二的改性聚丙烯材料。
对比例一，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于阻燃剂为氢氧化镁，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得对比例一的改性聚丙烯材料。
实施例四，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于单层氧化石墨烯用量为零，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得实施例四的改性聚丙烯材料。
对比例二，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于硅烷偶联剂为正丙基三甲氧基硅烷，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得对比例二的改性聚丙烯材料。
对比例三，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例四的基础上，其区别之处在于硅烷偶联剂为正丙基三甲氧基硅烷，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得对比例三的改性聚丙烯材料。
对比例四，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于以聚丙烯替代丙烯酸单体，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得对比例四改性聚丙烯材料。
实施例五，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于石墨粉末用量为零，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得实施例五的改性聚丙烯材料。
实施例六，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于贝壳粉处理粉末的用量为零，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得实施例七的改性聚丙烯材料。
对比例五，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于以粒径为5-8μm的贝壳粉替代贝壳粉处理粉末，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得实施例七的改性聚丙烯材料。
对实施例二至实施例六和对比例一至对比例五所得的改性聚丙烯材料进行物理性能和化学性能的检测，结构如下。
对比实施例1B和实施例二可知，乙酸丁酯促进四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物分散，加强改性聚丙烯材料内部的结合力，改善力学性能，同时其沸点低，在原料熔融时挥发，无残留。
对比实施例1B、实施例三和对比例一可知，DOPO具有P-H键和六元磷杂环结构，提高改性聚丙烯材料阻燃性能的同时，还可作为抗氧化剂，延缓改性聚丙烯材料氧化。
对比实施例1B、实施例四和对比例二可知，丙基三甲氧基硅烷的环氧键与单层氧化石墨烯上羟基或羧基反应，连接与单层氧化石墨烯，解决单层氧化石墨烯在熔融的原料内团聚的问题，继而由于亲水性迁移至原料表面，提高改性聚丙烯材料表面的防水防油性能。
对比实施例1B、对比例二、对比例三和对比例四可知，丙烯酸单体和γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，丙烯酸单体嵌入聚丙烯聚合链中，γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷连接于丙烯酸嵌段上在进行交联和偶联，提高改性聚丙烯内交联度和改善四针状氧化锌晶须和玻璃纤维对聚丙烯的界面结合状态，进一步提高改性聚丙烯材料的拉伸强度和抗弯折强度。
对比实施例1B和实施例五可知，石墨粉在原料熔融时，起到润滑作用，减小原料熔融状态下四针状氧化锌晶须因混合搅动而断裂，提高由四针状氧化锌晶须和玻璃纤维形成框架体系的强度，改善改性聚丙烯材料的力学性能；同时减小改性聚丙烯材料表面摩擦系数，降低水或其他液体粘附的可能，提高改性聚丙烯材料的防水防油性能。
对比实施例1B、实施例六和对比例五可知，贝壳粉在浸泡液低温浸泡时，贝壳粉内的甲壳素分解或溶出，贝壳粉表面形成密布的凹槽或中空的微孔通道；处理后的贝壳粉混合在由四针状氧化锌晶须和玻璃纤维形成框架体系内，提高框架体系的支撑强度，进而提高改性聚丙烯材料的冲击强度；同时处理后的贝壳粉表面的凹槽和中空的微孔通道，由熔融的聚丙烯浸入，提高改性聚丙烯材料内部的结合力，进而提高改性聚丙烯材料的拉伸强度和弯曲强度。
实施例七，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于石墨粉末的粒径不同，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得实施例7A-7F以及对应的改性聚丙烯材料。
实施例7A 实施例7B 实施例7C 实施例7D 实施例7E 实施例7F
石墨粉末的粒径/μm 0.1 0.25 0.5 0.8 1.0 1.2
对实施例7A-7F所得的改性聚丙烯材料进行物理性能和化学性能的检测，检测结果如下。
对比例六，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于玻璃纤维的长度不同，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得对比例6A-6F以及对应的改性聚丙烯材料。
对比例6A 对比例6B 对比例6C 对比例6D 对比例6E 对比例6F
玻璃纤维的长度/mm 0.6 1.5 2 3 3.4 4
对对比例6A-6F所得的改性聚丙烯材料进行物理性能和化学性能的检测，检测结果如下。
对比例七，
一种改性聚丙烯材料，基于实施例1B的基础上，其区别之处在于四针状氧化锌晶须的单针晶须须长不同，基于实施例一中的改性聚丙烯材料的制备方法对应进行改性聚丙烯材料制备，获得对比例7A-7F以及对应的改性聚丙烯材料。
对比例7A 对比例7B 对比例7C 对比例7D 对比例7E 对比例7F
单针晶须须长/μm 4 5 6 8 9 9.5
对对比例7A-7F所得的改性聚丙烯材料进行物理性能和化学性能的检测，检测结果如下。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高强的改性聚丙烯材料，其特征在于，由包含以下质量份数的原料混合后熔融制成：
PP 90-100份，
马来酸酐5-7份，
玻璃纤维32-37份，
氧化锌25-35份，
四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物粉末15-22份；
所述玻璃纤维长度为2-3mm，直径为10-15μm，所述氧化锌为四针状氧化锌晶须，四针状氧化锌晶须的直径460±5nm，长度为6-8μm。
2.根据权利要求1所述的一种高强的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述原料还包括粒径为5-6μm的贝壳粉处理粉末6-10份，所述贝壳粉处理粉末包括以下步骤制得：
贝壳粉在浸泡液中浸泡低温处理10-11min后干燥并筛分得到粒径为5-8μm的粉粒，所述浸泡液为尿素浓度为4wt%，NaOH或KOH浓度为8wt%的水溶液，低温处理温度为-15℃～-14℃。
3.根据权利要求2所述的一种高强的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述原料还包括石墨粉10-15份，所述石墨粉粒径为0.5-1.0μm。
4.根据权利要求1所述的一种高强的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述原料还包括丙烯酸单体4-5份和硅烷偶联剂2-3份，所述硅烷偶联剂为γ-（2，3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求4述的一种高强的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述原料包括单层氧化石墨烯1-2份。
6.根据权利要求5的一种高强的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述原料包括阻燃剂2-3份，所述阻燃剂为DOPO。
7.根据权利要求5的一种高强的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述原料还包括乙酸丁酯3-5份。
8.一种空调风轮，其特征在于，包括基板（1）和叶片（2），所述基板（1）和叶片（2）为权利要求1-7任意一项所述的改性聚丙烯材料制得的母粒注塑得到。
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