CN109679221A - 一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，其中所述的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料包括以下按重量份计的玻璃纤维为5～60份，纳米二氧化硅5～20份，基体树脂熔融挤出后进入特殊浸渍模头完成对玻璃纤维的浸渍，冷却切粒。本发明制备方法所得的高韧性高断裂伸长率长玻璃纤维增强热塑性材料的缺口冲击强度等力学性能有很大幅度的提高，尤其是材料密度无明显增加的条件下，同时拥有较高及断裂伸长率。

Description

一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
玻纤增强热塑性复合材料是一类由玻纤与热塑性树脂，以及相容剂、助剂等多种组分复配而成的复合材料，其中热塑性树脂通过相容剂与玻璃纤维有机结合，在材料受到外力作用时，热塑性树脂将外力传导至玻璃纤维上，通过玻璃纤维的拔出与断裂吸收外力作用。由于玻璃纤维刚性强，拉伸断裂伸长率极低，所以通常玻纤增强热塑性材料受到外力作用时断裂伸长率难以达到较高水平，因此玻纤增强热塑性复合材料难以承受较大变形的外力冲击作用。材料断裂伸长率的提高意味着材料在受到外力作用断裂时吸收的能力越大，因而材料的抗冲击性能就越强。在复合材料领域，一般通过添加弹性体等橡胶相增加玻纤增强热塑性复合材料的断裂伸长率来提升抗冲击能力，然而橡胶相的加入会不可避免地降低材料的模量，从而限制了玻纤增强热塑性复合材料在结构件上的应用。因此在不损失材料模量的前提下，增加玻纤增强热塑性复合材料的断裂伸长率，将大大扩展材料的应用范围。
发明内容
本发明的目的是克服玻纤增强热塑性材料无法同时满足高模量和高断裂伸长率的问题，提供一种制备工艺简便且具有高模量、高韧性、高断裂伸长率的玻纤增强热塑性复合材料。
本发明所要解决的技术问题是：针对玻纤增强热塑性复合材料低断裂伸长率的问题，提出一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，可以摒弃额外添加橡胶相组分的传统改性方法，大幅提高材料断裂伸长率，并获得良好的弯曲强度及模量。
本发明的目的是通过如下技术方案实现：
一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料，包括以下按重量份数计的原料：
其中，所述的长玻璃纤维，直径为10-50μm。
所述的基体树脂的为聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺等热塑性树脂中的一种。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其熔融指数为5～10g/min。
所述的纳米二氧化硅直径为10～100nm。
所述稳定剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯或硫醚类抗氧剂中的一种或几种。优选地，所述稳定剂选自抗氧剂1010，抗氧剂168，抗氧剂3114，抗氧剂619或抗氧剂DSTP中的一种或几种。
上述高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基体树脂、相容剂、纳米二氧化硅、稳定剂加入到高速混合机中充分混匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内熔融混炼；
(3)将混合熔体挤出到特殊的浸渍模腔中，继而将玻璃纤维丝束通过浸渍模头，冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
步骤(2)中，双螺杆挤出机温度分别是：100℃，150℃，180℃，210℃，230℃，240℃，250℃。主机转速为350rpm。
本发明的优点是：
1，生产工艺简便，在不损失材料模量的同时增加了材料的断裂伸长率，提高了材料的抗冲击能力。
2，纳米二氧化硅一方面起到成核剂的作用，增加结晶型或半结晶型材料模量，同时作为纳米级物理交联点，在材料断裂时起到阻滞高分子链滑移及解缠结的作用，从而使材料获得更高断裂伸长率，赋予材料更优的抗冲性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但是不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将聚丙烯树脂74.0wt％，相容剂4.0wt％，纳米二氧化硅1.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由美孚公司提供，牌号为7555；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维20.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
实施例2
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将聚丙烯树脂70.0wt％，相容剂4.0wt％，纳米二氧化硅5.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由美孚公司提供，牌号为7555；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维20.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
实施例3
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将聚丙烯树脂65.0wt％，相容剂4.0wt％，纳米二氧化硅10.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由美孚公司提供，牌号为7555；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维20.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
实施例4
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将聚丙烯树脂60.0wt％，相容剂4.0wt％，纳米二氧化硅15.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由美孚公司提供，牌号为7555；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维20.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
实施例5
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将聚丙烯树脂60.0wt％，相容剂4.0wt％，纳米二氧化硅5.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由美孚公司提供，牌号为7555；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维30.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
实施例6
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将尼龙6树脂70.0wt％，相容剂4.0wt％，纳米二氧化硅5.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中尼龙6树脂由瑞美福公司提供，牌号为M1013B；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维20.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
对比例1
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将聚丙烯树脂75.0wt％，相容剂4.0wt％，，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由美孚公司提供，牌号为7555；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维20.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
对比例2
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将聚丙烯树脂65.0wt％，相容剂4.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由美孚公司提供，牌号为7555；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维30.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
对比例3
本实施例涉及一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料及其制备方法，该方法如下：
步骤一，按重量配比称取原料；
步骤二，按重量配比称取的原料放入高速搅拌混合机中混合1～5分钟，放料，然后用挤出机挤出、浸渍、切粒，具体步骤如下：
第一步：将尼龙6树脂75.0wt％，相容剂4.0wt％，稳定剂1.0wt％按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为220～250℃，螺杆挤出机的温度为220～250℃。其中聚丙烯树脂由瑞美福公司提供，牌号为M1013B；相容剂由佳易容公司提供，牌号为5701；抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1010、168；纳米二氧化硅由阿拉丁公司提供，牌号为S104597。
第二步，将玻璃纤维20.0wt％以5～20m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体浸渍模腔的长度为1～5m，充分浸渍后、冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
将实施例1～6与对比例1～3制得的样品进行性能测试。拉伸性能测试：按ISO527-2标准进行，拉伸速度为5mm/min；弯曲性能测试：按ISO 178标准进行，弯曲速度为2mm/min；冲击强度与缺口冲击强度测试：按ISO 179标准进行。具体结果如表1所示：
表1高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料性能列表
所有的实施例使用纳米二氧化硅作为增韧点，而对比例1～3均未添加纳米二氧化硅。通过表1可以看出：采用纳米二氧化硅增韧点与未加入纳米二氧化硅添加点比较而言，本发明制备的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料具有更优异的强度及韧性，断裂伸长率更高，缺口冲击强度显著提高；。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案均在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料，其特征在于：包括以下按重量份计的原料：
2.根据权利要求1所述的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料，其特征在于：所述长玻璃纤维，直径为10-50μm。
3.根据权利要求1所述的高强度高韧性长玻璃维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的基体树脂的为聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺热塑性树脂中的一种。
4.根据权利要求1所述的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其熔融指数为5～10g/min。
5.根据权利要求1所述的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料，其特征在于：所述的纳米二氧化硅直径为10～100nm。
6.根据权利要求1所述的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料，其特征在于：所述稳定剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯和硫醚类稳定剂中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料，其特征在于：所述稳定剂选自抗氧剂1010，抗氧剂168，抗氧剂3114，抗氧剂619或抗氧剂DSTP中的一种或几种。
8.权利要求1-7任意之一所述高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基体树脂、相容剂、纳米二氧化硅、稳定剂加入到高速混合机中充分混匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内熔融混炼；
(3)将混合熔体挤出到特殊的浸渍模腔中，继而将玻璃纤维丝束通过浸渍模头，冷却、切粒，得到高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料。
9.根据权利要求8所述的高韧性高断裂伸长率长玻纤增强热塑性材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，双螺杆挤出机温度分别是：100℃，150℃，180℃，210℃，230℃，240℃，250℃。主机转速为350rpm。
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