CN109762247A - 一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，玻纤增强聚丙烯材料包括下述按重量份的组份：均聚聚丙烯70～80份，玻璃纤维20～30份，相容剂4～6份，氧化锌0.5～0.8份，抗氧剂0.6～1份，所述相容剂为CMG9801、BONDYRAM 1001或者KT‑1中的一种。本发明的玻纤增强聚丙烯材料通过加入相容剂、氧化锌和抗氧剂组分，并通过合理的配比，能够较大幅度的提高材料的耐候性，制备得到的玻纤增强聚丙烯经过热氧老化后的性能保留率较好，适用于某些对热氧老化要求比较严格的场合。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)材料是最常用的通用塑料品种之一，具有比重轻、易成型、耐化学腐蚀、电绝缘性好等优良特性，然而PP材料又存在着收缩大、强度低、耐热氧老化能力差等缺点，也限定了PP材料在某些场合的使用。
在PP材料中引入了玻璃纤维增强能够大幅度的提高PP材料的强度和改善PP材料的收缩率问题，使玻纤增强聚丙烯材料得到了广泛的应用，但在一些外部条件比较苛刻的环境下由于玻纤增强聚丙烯材料的耐热氧老化能力较差而得不到应用。
因此，提供一个高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯，以改善上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，以解决现有技术中聚丙烯材料因耐热氧老化能力较差而在一些外部条件比较苛刻的环境下得不到应用的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，包括下述按重量份的组份：
均聚聚丙烯 70～80份；
玻璃纤维 20～30份；
相容剂 4～6份；
氧化锌 0.5～0.8份；
抗氧剂 0.6～1份；
所述相容剂为CMG9801、BONDYRAM 1001或者KT-1中的一种。相容剂能够提高各组分之间的相容性，使在制备该复合材料的过程中各组分能够很好的熔混，进而提高复合材料的性能。
作为优选的技术方案，所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂、硫酸酯类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，当然，本发明使用的抗氧剂也可以是本领域其它抗氧剂。
更为优选地，所述受阻酚类抗氧剂、硫酸酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量用量比为1:1:1。
作为优选的技术方案，所述受阻酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯或四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述硫酸酯类抗氧剂为硫代二丙酸双十八酯，所述亚磷酸酯类抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
作为优选的技术方案，所述的均聚聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为为5-20g/10min；进一步优选地，熔融指数为5～10g/10min。
作为优选的技术方案，所述的玻璃纤维为长度为4.5mm或者3mm的无碱玻璃纤维。
作为优选的技术方案，所述的氧化锌为纯度99份以上的电子级氧化锌。氧化锌作为加工助剂能够提高聚丙烯材料的耐磨性、机械强度和抗老化性能。
本发明的另一个目的是提供上述高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将均聚聚丙烯在80～90℃条件下的恒温鼓风式干燥箱中干燥2～3小时；
(2)将干燥处理后的均聚聚丙烯与相容剂、抗氧剂和氧化锌按比例称取后放入高混机中，常温条件下搅拌5～10分钟，使其搅拌混匀；
(3)将步骤(2)混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒，即得本发明的一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、通过合理选择上述玻纤增强聚丙烯复合材料的组分及配比，加入相容剂、氧化锌和抗氧剂，利用相容剂、氧化锌和抗氧剂之间的协同效应，不仅能够保留聚丙烯材料原有的优良特性，还能使制备得到的玻纤增强聚丙烯复合材料经过热氧老化后的性能保留率较好，较大幅度的提高复合材料的耐热氧老化能力，使其适用于某些对热氧老化要求比较严格的场合。
2、本发明通过选用受阻酚类抗氧剂、硫酸酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量用量比为1:1:1的混合抗氧剂，制备得到的玻纤增强聚丙烯复合材料在85℃恒温烘箱中放置720小时后测试，其拉伸强度性能保留率、弯曲性能性能保留率和悬臂梁缺口冲击强度性能保留率均可达到90份以上，使玻纤增强聚丙烯材料的耐热氧老化能力得到提高。
3、本发明选用相容剂CMG9801、BONDYRAM 1001或者KT-1，这三种相容剂内含有一定量的TVOC，研究表明相容剂产品的TVOC含量越低，对相容剂初始阶段分解的影响也就越低，进而对使用相容剂的材料体系在长期较高温度下的性能影响也就越低，玻纤增强聚丙烯产品的耐热氧老化的效果也就越好。相容剂能够提高各组分之间的相容性，使在制备该复合材料的过程中各组分能够很好的熔混，进而提高复合材料的性能。
4、本发明添加纯度99份以上的电子级氧化锌，氧化锌作为加工助剂能够提高聚丙烯材料的耐磨性、机械强度和抗老化性能，其与相容剂和抗氧剂的组合使用，进一步提高了复合材料的耐候性能。
5、本发明提供的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法工艺简单，易于实现，便于大规模推广和实际应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。需要说明的是对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
需要说明的是：相容剂CMG9801产自佳易容相容剂江苏有限公司，TVOC为22.2mg/m3；相容剂BONDYRAM 1001产自Polyram Group，TVOC为52.6mg/m3；相容剂KT-1产自沈阳科通塑胶有限公司，TVOC为68.4mg/m3。
本发明中，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯简称为抗氧剂1010，三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯简称为抗氧剂168，硫代二丙酸双十八酯简称为抗氧剂DSTP。下列实施例以简称表示。
对比例1
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为20g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份；
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
对比例2
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为20g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.2:0.2:0.2，氧化锌0.5份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
对比例3
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为20g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.3:0.3:0.4，氧化锌0.8份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例1
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为20g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.2:0.3:0.2，氧化锌0.8份，相容剂CMG98014份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例2
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为20g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.3:0.3:0.4，氧化锌0.5份，相容剂BONDYRAM 10014份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例3
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为20g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.2:0.2:0.2，氧化锌0.8份，相容剂KT-14份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例4
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为10g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.3:0.3:0.4，氧化锌0.6份，相容剂CMG98014份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例5
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为5g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.2:0.3:0.4，氧化锌0.8份，相容剂CMG98014份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例6
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为5g/10min的均聚聚丙烯80份，4.5mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.3:0.3:0.4，氧化锌0.6份，相容剂CMG98016份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例7
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为5g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维20份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.3:0.3:0.3，氧化锌0.8份，相容剂CMG98014份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
实施例8
(1)按照表1中的重量百分比称取各种原料：熔融指数为5g/10min的均聚聚丙烯80份，3mm玻璃纤维30份，抗氧剂1010:抗氧剂168：抗氧剂DSTP为0.3:0.3:0.4，氧化锌0.8份，相容剂CMG98014份。
(2)将聚丙烯加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒。
表1原料用量的重量份数
上述对比例和实施例所得材料的机械性能测试通过以下方法测试：将抽粒、切粒好的玻纤增强聚丙烯材料置于80℃恒温鼓风干燥箱中干燥2～3小时，在注塑机上注塑国标样条两组。其中一组常规测试性能数据即可，另一组在85℃恒温烘箱中放置720小时后测试，测试标准为ISO标准，以性能保留率(份)为衡量标准。
产品性能测试方法：
拉伸强度：按GB/T1040方法，拉伸速度50mm/min。
弯曲强度：按GB/T9341方法，实验速度2mm/min。
悬臂梁缺口冲击强度：按GB/T1843方法，实验方法，4mm厚度试样。
表2玻纤增强聚丙烯材料的性能保留率(份)
实验结果见表2，对比例1中没有添加任何助剂，仅有均聚聚丙烯和玻璃纤维，所得玻纤增强聚丙烯材料的性能保留率较差，对比例2中加入氧化锌和抗氧剂但没有加入相容剂，所得玻纤增强聚丙烯材料的性能保留率比对比例1稍有提高，但是仍然不理想。
实施例1—8加入相容剂、氧化锌和抗氧剂组分后，在85℃恒温烘箱中放置720小时后测试玻纤增强聚丙烯材料的性能，其拉伸强度性能保留率、弯曲性能性能保留率和悬臂梁缺口冲击强度性能保留率均显著提高，即玻纤增强聚丙烯材料的耐热氧老化能力得到提高。从实施例1—3可看出，当加入相同份数的相容剂时，相容剂CMG9801对材料的性能提高较好，说明相容剂产品的TVOC越低，其效果越好，这是因为相容剂产品的TVOC越低，初始阶段的分解温度越高，进而对使用相容剂的材料体系在长期较高温度的性能产生影响，玻纤增强聚丙烯材料的耐热氧老化的效果也越好。
另外，实施例6—8可看出，抗氧剂的用量对复合材料的力学性能也有一定的影响，当使用受阻酚类抗氧剂、硫酸酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量用量比为1:1:1的混合抗氧剂时，在较小的抗氧剂用量下可以得到性能较好的复合材料。从表2中还可看出树脂熔融指数越低时，分子量越大，耐老化的效果也就越好；玻纤的比例提高，树脂与玻纤的连接点也就越多，材料体系耐热氧老化后的性能保留率也越高。
Claims (8)
1.一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括下述按重量份的组分：
均聚聚丙烯70～80份；
玻璃纤维20～30份；
相容剂4～6份；
氧化锌0.5～0.8份；
抗氧剂0.6～1份；
所述相容剂为CMG9801、BONDYRAM 1001或者KT-1中的一种。
2.根据权利要求1所述的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂、硫酸酯类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。
3.根据权利要求2所述的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述受阻酚类抗氧剂、硫酸酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量用量比为1:1:1。
4.根据权利要求2所述的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述受阻酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯或四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述硫酸酯类抗氧剂为硫代二丙酸双十八酯，所述亚磷酸酯类抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
5.根据权利要求1所述的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的均聚聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为5-20g/10min。
6.根据权利要求5所述的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为长度为4.5mm或者3mm的无碱玻璃纤维。
7.根据权利要求5所述的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的氧化锌为纯度99份以上的电子级氧化锌。
8.一种制备如权利要求1至8任一权利要求所述的高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将均聚聚丙烯在80～90℃条件下干燥2～3小时；
(2)将干燥处理后的均聚聚丙烯与相容剂、抗氧剂和氧化锌按比例称取后搅拌混匀；
(3)将步骤(2)混匀后的物料加入到双螺杆挤出机的主喂料口，同时，玻璃纤维通过侧喂料口加入双螺杆挤出机，在190℃～210℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒、切粒，即得本发明的一种高耐热氧老化玻纤增强聚丙烯复合材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190517 |
|
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