CN109705468A - 一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发泡的聚丙烯‑长玻璃纤维混合板及其制备方法，混合板的原料各组成成分及其重量份数为：聚丙烯30～50份，玻璃纤维50～70份，相容剂0～6份，发泡剂0.15～1份，抗热氧稳定剂0.03～0.1份，外润滑剂0.01～0.05份，制备方法为：将聚丙烯、相容剂、发泡剂、抗热氧稳定剂、外润滑剂按比例混合，将混合物在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，然后在磨机中低温粉磨，得到预发泡聚丙烯粉，将玻璃纤维经过开松、疏理和沉降后送至高温干燥室中，传送过程中将预发泡聚丙烯粉筛撒在玻璃纤维网上穿刺压缩，干燥冷却后叠加压制成型即得发泡的聚丙烯‑长玻璃纤维混合板。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体是涉及一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的高速发展，汽车节能减排问题日益受到人们关注。通过汽车轻量化的方法，已经成为世界汽车节能减排的一种潮流。当前，常见的汽车天花板，门饰板，顶棚版等内饰部件多用聚丙烯(PP)材料制备，轻质可冲压板技术给以上材料带来了新的要求。聚丙烯等聚烯烃材料自身具有材质刚性不足，挥发性有机气体(VOCs)等问题。材料的力学性能不足，会带来行车安全问题，挥发性有机气体对于长期乘车人的身体健康带来危害。针对以上冲压部件，国内使用技术有PP，POE，碳酸钙材料共混冲压制备混合版，这种方法很好的解决了内饰减重降噪问题，但是也来了材料比重高问题。另一种思路使用PP纤维和玻璃纤维混纺，压制冲压成型，这种方法解决了材料的刚性不足问题，材料强度大，但是成型后的材料密度大，工艺复杂。
为了解决以上问题，通过在聚丙烯中引入发泡剂，发泡多孔可以降低密度及产生吸音隔音车内噪音。聚丙烯材料冲压成型具有一定的收缩率，适量的长玻璃纤维既能补强发泡聚丙烯的刚性不足问题，也能通过长玻纤对的引入降低材料的收缩率，提高材料冲压成型的稳定性。长纤维材料为无机材料，自身不含有挥发性有机物，在冲压材料中占据一定的体积空间，减少聚丙烯材料的用量。总体上能够实现轻质，高强，低VOCs内饰材料。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板及其制备方法。
本发明的技术方案是：一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，所述混合板的原料各组成成分及其重量份数为：聚丙烯30～50份，玻璃纤维50～70份，相容剂0～6份，发泡剂0.15～1份，抗热氧稳定剂0.03～0.1份，外润滑剂0.01～0.05份。
进一步地，所述的玻璃纤维为长度50～100mm的短切纤维。
优选地，所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐或聚丙烯接枝丙烯酸中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述的发泡剂为粒径37～48微米的AC发泡剂。
优选地，所述的抗热氧稳定剂为受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和金属钝化剂中的一种或几种的混合物。
优选地，所述的外润滑剂为含氟加工助剂PPA和硅酮中的一种或几种的混合物。
一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将聚丙烯颗粒及相容剂按照上述组份比加入至粉碎机中粉碎至30～60目，得到混合物A，将抗热氧稳定剂、发泡剂和外润滑剂按照上述组份比，得到混合物B，然后将混合物A、混合物B送至高速混合机中混合后得到混合物C；
步骤二：将混合物C加入至双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却至室温后得到预发泡聚丙烯材料，将预发泡聚丙烯送至磨机中粉磨，粉磨过程中通过液氮制冷工艺将粉磨工作环境温度控制在-30～-20℃，制备出小于100目的预发泡聚丙烯粉，送至振动筛中备用；
步骤三：将玻璃纤维通过输送带一送入开松机，将松解后的玻璃纤维经真空管道送至疏理机中进行疏理，疏理后的玻璃纤维经沉降室沉降成网，通过输送带二传输至高温干燥室中，在传送过程中，通过振动筛将预发泡聚丙烯粉筛撒在玻璃纤维网上，然后通过针刺设备以400～500次/min的频率穿刺压缩，在高温干燥室中以170～190℃的温度迅速干燥，然后通过冷却定型辊冷却定型收卷，得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片；
步骤四：根据需要将一层或多层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片叠加，在每两层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片中间通过薄膜卷(10)加入一层薄膜层，然后送至加热冷却室(11)中，先以110-120℃预热3～5min，然后升温至170℃，在170℃下加热3～5min后进行冷却定型，冷却至室温后经输送辊(12)送至裁剪设备(13)裁剪得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板；
步骤五：将预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板放入高温压制设备中，在220～240℃的温度下压制成型，得到发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板。
进一步地，步骤一中所述高速混合机混合的速度为200～600r/min，混合温度为40～60℃，混合时间为3～5min。
进一步地，步骤二中所述的双螺杆挤出机中进行熔融挤出的工艺条件为：一区：100℃，二区：140℃，三区：160℃，四区：180℃，五区：180℃，六区：180℃，七区：180℃，八区：180℃，九区：180℃，机头温度：180℃，主机转速80～120r/min，喂料频率4.5Hz，物料在挤出机中的停留时间0.8～1.2min。
更为优选地，步骤四中所述的薄膜卷加的薄膜层为聚乙烯或聚丙烯薄膜中的一种。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，采用非织造工艺结合热压工艺替代传统的熔融挤出工艺，将发泡和纤维增强有机的结合，制备一种轻质、高强、隔音的板材，本发明将聚丙烯和发泡剂混合，低温磨粉，后与玻璃纤维经过非织造工艺混合，表面热敷聚烯烃薄膜，高温热压冲压成型，可制备可发泡的聚丙烯聚丙烯和长玻璃纤维混合板。本发明制备的发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板具有良好的低密度和力学性能，并能很好的改善PP与玻璃纤维的界面结合力，可有效提高发泡板的机械强度，使得发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
其中，1-传输带一、2-开松机、3-真空管道、4-疏理机、5-沉降室、6振动筛、7-针刺设备、8-高温干燥室、9-冷却定型辊、10-薄膜卷、11-加热冷却室、12-输送辊、13-裁剪设备、14-高温压制设备、15-传输带二。
具体实施方式
为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。
实施例1
一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，混合板的原料各组成成分及其重量份数为：聚丙烯30份，玻璃纤维50份，相容剂1份，发泡剂0.15份，抗热氧稳定剂0.03份，外润滑剂0.01份；
玻璃纤维为长度50的短切纤维；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐；发泡剂为粒径37微米的AC发泡剂；抗热氧稳定剂为受阻酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的混合物；外润滑剂为含氟加工助剂PPA；
本实施例的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将聚丙烯颗粒及相容剂按照上述组份比加入至粉碎机中粉碎至30目，得到混合物A，将抗热氧稳定剂、发泡剂和外润滑剂按照上述组份比，得到混合物B，然后将混合物A、混合物B送至高速混合机中混合后得到混合物C；高速混合机混合的速度为200r/min，混合温度为40℃，混合时间为3min；
步骤二：将混合物C加入至双螺杆挤出机中熔融挤出，双螺杆挤出机中进行熔融挤出的工艺条件为：一区：100℃，二区：140℃，三区：160℃，四区：180℃，五区：180℃，六区：180℃，七区：180℃，八区：180℃，九区：180℃，机头温度：180℃，主机转速80r/min，喂料频率4.5Hz，物料在挤出机中的停留时间0.8min，冷却至室温后得到预发泡聚丙烯材料，将预发泡聚丙烯送至磨机中粉磨，粉磨过程中通过液氮制冷工艺将粉磨工作环境温度控制在-30℃，制备出小于100目的预发泡聚丙烯粉，送至振动筛6中备用；
步骤三：将玻璃纤维通过输送带一1送入开松机2，将松解后的玻璃纤维经真空管道3送至疏理机4中进行疏理，疏理后的玻璃纤维经沉降室5沉降成网，通过输送带二15传输至高温干燥室8中，在传送过程中，通过振动筛6将预发泡聚丙烯粉筛撒在玻璃纤维网上，然后通过针刺设备7以400次/min的频率穿刺压缩，在高温干燥室8中以170℃的温度迅速干燥，然后通过冷却定型辊9冷却定型收卷，得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片；
步骤四：根据需要将一层或多层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片叠加，在每两层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片中间通过薄膜卷10加入一层薄膜层，薄膜层为聚乙烯或聚丙烯薄膜中的一种，然后送至加热冷却室11中，先以110℃预热5min，然后升温至170℃，在170℃下加热3min后进行冷却定型，冷却至室温后经输送辊12送至裁剪设备13裁剪得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板；
步骤五：将预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板放入高温压制设备14中，在220℃的温度下压制成型，得到发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板。
实施例2
一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，混合板的原料各组成成分及其重量份数为：聚丙烯40份，玻璃纤维60份，相容剂3份，发泡剂0.5份，抗热氧稳定剂0.06份，外润滑剂0.03份；
玻璃纤维为长度70mm的短切纤维；相容剂为聚丙烯接枝丙烯酸；发泡剂为粒径42微米的AC发泡剂；抗热氧稳定剂为硫代酯类抗氧剂和金属钝化剂的混合物；外润滑剂为硅酮；
本实施例的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将聚丙烯颗粒及相容剂按照上述组份比加入至粉碎机中粉碎至40目，得到混合物A，将抗热氧稳定剂、发泡剂和外润滑剂按照上述组份比，得到混合物B，然后将混合物A、混合物B送至高速混合机中混合后得到混合物C；高速混合机混合的速度为400r/min，混合温度为50℃，混合时间为4min；
步骤二：将混合物C加入至双螺杆挤出机中熔融挤出，双螺杆挤出机中进行熔融挤出的工艺条件为：一区：100℃，二区：140℃，三区：160℃，四区：180℃，五区：180℃，六区：180℃，七区：180℃，八区：180℃，九区：180℃，机头温度：180℃，主机转速100r/min，喂料频率4.5Hz，物料在挤出机中的停留时间1min，冷却至室温后得到预发泡聚丙烯材料，将预发泡聚丙烯送至磨机中粉磨，粉磨过程中通过液氮制冷工艺将粉磨工作环境温度控制在-25℃，制备出小于100目的预发泡聚丙烯粉，送至振动筛6中备用；
步骤三：将玻璃纤维通过输送带一1送入开松机2，将松解后的玻璃纤维经真空管道3送至疏理机4中进行疏理，疏理后的玻璃纤维经沉降室5沉降成网，通过输送带二15传输至高温干燥室8中，在传送过程中，通过振动筛6将预发泡聚丙烯粉筛撒在玻璃纤维网上，然后通过针刺设备7以450次/min的频率穿刺压缩，在高温干燥室8中以180℃的温度迅速干燥，然后通过冷却定型辊9冷却定型收卷，得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片；
步骤四：根据需要将一层或多层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片叠加，在每两层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片中间通过薄膜卷10加入一层薄膜层，薄膜层为聚乙烯或聚丙烯薄膜中的一种，然后送至加热冷却室11中，先以115℃预热5min，然后升温至170℃，在170℃下加热4min后进行冷却定型，冷却至室温后经输送辊12送至裁剪设备13裁剪得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板；
步骤五：将预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板放入高温压制设备14中，在230℃的温度下压制成型，得到发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板。
实施例3
一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，混合板的原料各组成成分及其重量份数为：聚丙烯50份，玻璃纤维70份，相容剂6份，发泡剂1份，抗热氧稳定剂0.1份，外润滑剂0.05份；
玻璃纤维为长度100mm的短切纤维；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐和聚丙烯接枝丙烯酸的混合物；发泡剂为粒径48微米的AC发泡剂；抗热氧稳定剂为受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和金属钝化剂中的混合物；外润滑剂为含氟加工助剂PPA和硅酮的混合物；
本实施例的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将聚丙烯颗粒及相容剂按照上述组份比加入至粉碎机中粉碎至60目，得到混合物A，将抗热氧稳定剂、发泡剂和外润滑剂按照上述组份比，得到混合物B，然后将混合物A、混合物B送至高速混合机中混合后得到混合物C；高速混合机混合的速度为600r/min，混合温度为60℃，混合时间为5min；
步骤二：将混合物C加入至双螺杆挤出机中熔融挤出，双螺杆挤出机中进行熔融挤出的工艺条件为：一区：100℃，二区：140℃，三区：160℃，四区：180℃，五区：180℃，六区：180℃，七区：180℃，八区：180℃，九区：180℃，机头温度：180℃，主机转速120r/min，喂料频率4.5Hz，物料在挤出机中的停留时间1.2min，冷却至室温后得到预发泡聚丙烯材料，将预发泡聚丙烯送至磨机中粉磨，粉磨过程中通过液氮制冷工艺将粉磨工作环境温度控制在-20℃，制备出小于100目的预发泡聚丙烯粉，送至振动筛6中备用；
步骤三：将玻璃纤维通过输送带一1送入开松机2，将松解后的玻璃纤维经真空管道3送至疏理机4中进行疏理，疏理后的玻璃纤维经沉降室5沉降成网，通过输送带二15传输至高温干燥室8中，在传送过程中，通过振动筛6将预发泡聚丙烯粉筛撒在玻璃纤维网上，然后通过针刺设备7以500次/min的频率穿刺压缩，在高温干燥室8中以190℃的温度迅速干燥，然后通过冷却定型辊9冷却定型收卷，得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片；
步骤四：根据需要将一层或多层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片叠加，在每两层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片中间通过薄膜卷10加入一层薄膜层，薄膜层为聚乙烯或聚丙烯薄膜中的一种，然后送至加热冷却室11中，先以120℃预热3min，然后升温至170℃，在170℃下加热5min后进行冷却定型，冷却至室温后经输送辊12送至裁剪设备13裁剪得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板；
步骤五：将预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板放入高温压制设备14中，在240℃的温度下压制成型，得到发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板。
对比例
选取市售的轻质GMT板(玻璃纤维/聚丙烯纤维混纺针刺压制板)，与上述实施例的三种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板进行性能对比，对比结果如表1所示：
表1性能对比表
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 | |
| 拉伸强度MPa | 42 | 31 | 38 | 25 |
| 弯曲强度MPa | 48 | 36 | 45 | 30 |
| 密度g/cm<sup>3</sup> | 1.12 | 1.18 | 0.96 | 1.1-1.337 |
结论：通过实施例3提供的方法制备的发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板具有良好的低密度和力学性能，可有效提高发泡板的机械强度，优于现有的轻质GMT板。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，其特征在于，所述混合板的原料各组成成分及其重量份数为：聚丙烯30～50份，玻璃纤维50～70份，相容剂0～6份，发泡剂0.15～1份，抗热氧稳定剂0.03～0.1份，外润滑剂0.01～0.05份。
2.根据权利要求1所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，其特征在于，所述的玻璃纤维为长度50～100mm的短切纤维。
3.根据权利要求1所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，其特征在于，所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐或聚丙烯接枝丙烯酸中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，其特征在于，所述的发泡剂为粒径37～48微米的AC发泡剂。
5.根据权利要求1所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，其特征在于，所述的抗热氧稳定剂为受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和金属钝化剂中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板，其特征在于，所述的外润滑剂为含氟加工助剂PPA和硅酮中的一种或几种的混合物。
7.一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体步骤如下：
步骤一：将聚丙烯颗粒及相容剂按照上述组份比加入至粉碎机中粉碎至30～60目，得到混合物A，将抗热氧稳定剂、发泡剂和外润滑剂按照上述组份比，得到混合物B，然后将混合物A、混合物B送至高速混合机中混合后得到混合物C；
步骤二：将混合物C加入至双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却至室温后得到预发泡聚丙烯材料，将预发泡聚丙烯送至磨机中粉磨，粉磨过程中通过液氮制冷工艺将粉磨工作环境温度控制在-30～-20℃，制备出小于100目的预发泡聚丙烯粉，送至振动筛(6)中备用；
步骤三：将玻璃纤维通过输送带一(1)送入开松机(2)，将松解后的玻璃纤维经真空管道(3)送至疏理机(4)中进行疏理，疏理后的玻璃纤维经沉降室(5)沉降成网，通过输送带二(15)传输至高温干燥室(8)中，在传送过程中，通过振动筛(6)将预发泡聚丙烯粉筛撒在玻璃纤维网上，然后通过针刺设备(7)以400～500次/min的频率穿刺压缩，在高温干燥室(8)中以170～190℃的温度迅速干燥，然后通过冷却定型辊(9)冷却定型收卷，得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片；
步骤四：根据需要将一层或多层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片叠加，在每两层预发泡的聚丙烯-玻璃纤维单层混合片中间通过薄膜卷(10)加入一层薄膜层，然后送至加热冷却室(11)中，先以110-120℃预热3～5min，然后升温至170℃，在170℃下加热3～5min后进行冷却定型，冷却至室温后经输送辊(12)送至裁剪设备(13)裁剪得到预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板；
步骤五：将预发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板放入高温压制设备(14)中，在220～240℃的温度下压制成型，得到发泡的聚丙烯-玻璃纤维混合板。
8.如权利要求7所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，其特征在于，所述步骤一中所述高速混合机混合的速度为200～600r/min，混合温度为40～60℃，混合时间为3～5min。
9.如权利要求7所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，其特征在于，所述步骤二中所述的双螺杆挤出机中进行熔融挤出的工艺条件为：一区：100℃，二区：140℃，三区：160℃，四区：180℃，五区：180℃，六区：180℃，七区：180℃，八区：180℃，九区：180℃，机头温度：180℃，主机转速80～120r/min，喂料频率4.5Hz，物料在挤出机中的停留时间0.8～1.2min。
10.如权利要求7所述的一种发泡的聚丙烯-长玻璃纤维混合板的制备方法，其特征在于，所述步骤四中的薄膜卷(10)加的薄膜层为聚乙烯或聚丙烯薄膜中的一种。
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