CN110016185A - 一种薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其组成为(质量百分数):聚丙烯树脂41‑47%、无定形聚烯烃4.5‑8%、改性玻璃纤维18‑22%、聚烯烃弹性体12.5‑16.2%、三元共聚聚丙烯7.7‑11%、丁苯透明抗冲树脂4‑6%、主抗氧化剂0.1‑0.5%、助抗氧化剂0.3‑0.8%;玻璃纤维的横截面为椭圆形。同时本发明还涉及一种制备该材料的方法。本发明的材料所制得的部件表面无浮纤、低翘曲、无气痕、无虎皮纹,且具有良好的力学性能。同时,玻纤横截面为椭圆形降低了玻纤的取向,减小玻纤的各向异性,从而改善玻纤增强聚丙烯材料发生翘曲变形的问题,并且提高了材料的力学性能。玻璃纤维经过氢氟酸改性后,与聚丙烯材料的相容性更佳;两者结合更加紧密,提高了制得的成品的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料领域,尤其涉及一种薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
薄壁注塑成型的塑料件壁厚变薄,一方面可节约原材料、降低生产成本的同时,另一方面可提高生产效率和减轻塑件重量,成为汽车零部件加工的主要发展趋势。薄壁注塑成型过程中需要在短时间内提高注塑压力和注塑速度,以避免熔体在未充填完成时就固化,另外由于薄壁注塑成型后塑料件厚度变薄使得材料刚性降低,所以就需要一种既有高流动性,又具有一定刚性的聚丙烯复合材料,保证材料流动性又使注塑出的薄壁材料具有一定的刚性。目前薄壁注塑过程中制品主要会出现流痕虎皮纹以及缩壁、翘曲等问题,使得薄壁注塑成型的应用领域依然存在着一定的局限性。
中国专利CN102816384B公开了一种浅缩痕低翘曲的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制法与应用,其选用了高结晶度的聚丙烯和短切玻璃纤维,虽然能够一定程度上降低缩痕的产生,却容易造成玻纤外露现象。中国专利CN100569842C公开了一种聚丙烯树脂组合物及其制备方法,使用了石油树脂改性剂和ft梨醇类成核剂,及二氧化硅作为无机添加剂,该发明的产品得到了比较好的透明性的聚丙烯树脂,其雾度最好可降至10以下,力学性能也达到比较好的效果,然而其流动性还有待提高。因此提供一种流动性好又具有一定刚性的聚丙烯材料是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足,提供了一种流动性好又具有一定刚性的聚丙烯材料。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:提供了一种薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:其组成成分为(质量百分数):聚丙烯树脂41-47%、无定形聚烯烃4.5-8%、改性玻璃纤维18-22%、聚烯烃弹性体12.5-16.2%、三元共聚聚丙烯7.7-11%、丁苯透明抗冲树脂4-6%、主抗氧化剂0.1-0.5%、助抗氧化剂0.3-0.8%;所述玻璃纤维的横截面为椭圆形。
作为一种优选方案,所述玻璃纤维采用氢氟酸对其表面进行处理。
作为一种更优选方案,所述玻璃纤维的密度为2.2-2.66g/cm3。
作为一种优选方案,所述主抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂。
作为一种更优选方案,所述助抗氧化剂为硫醚类抗氧剂。
作为一种优选方案,所述三元共聚聚丙烯材料的共聚单体包括:乙烯、丙烯、1-丁烯。
本发明还提供了一种制备上述薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将玻璃纤维浸泡到氢氟酸中,超声处理15-35s;之后烘干,清洗;处理后的玻璃纤维浸泡硅烷偶联剂溶液3-5min;
(2)称取表面处理后的玻璃纤维以及聚丙烯树脂、无定形聚烯烃材料、聚烯烃弹性体、三元共聚聚丙烯、丁苯透明抗冲树脂、主抗氧化剂、助抗氧化剂,在高速混合器中干混8-15min;混合均匀后出料;
(3)将混合后的原料通入双螺杆挤出机中熔融,挤出;熔融时的温度为:一区180-190℃,二区200-210℃,三区200-210℃,四区210-215℃,五区210-215℃,六区210-215℃,七区215-225℃,八区215-225℃,九区215-225℃,十区215-225℃;在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;压力为12-18MPa。
(4)挤出的坯料,采用循环水冷却;
(5)造粒,得到本发明的聚丙烯复合材料。
作为一种优选方案,所述步骤(1)中,氢氟酸的浓度控制在20-30wt%。
作为一种优选方案,所述步骤(1)中,在15-35℃的温度条件下进行超声处理。
作为一种优选方案,所述步骤(4)中,循环水温度控制在15-25℃。
本发明的有益技术效果在于:提供了一种流动性好又具有一定刚性的聚丙烯材料。
(1)本发明的材料所制得的部件表面无浮纤、低翘曲、无气痕、无虎皮纹,具有良好的外观;同时部件具有良好的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学性能。
(2)本发明采用横截面为椭圆形的玻纤;相比常规的圆形横截面,降低了玻纤的取向,减小玻纤的各向异性,从而改善玻纤增强聚丙烯材料发生翘曲变形的问题,并且提高了材料的物理力学性能。
(3)本发明的玻璃纤维经过氢氟酸表面处理后,玻纤与聚丙烯材料的相容性更佳;两者结合更加紧密,提高了制得的成品的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,制备该材料的原料组成参见表1。
其中:聚丙烯树脂在230℃的温度下,2.16kg负载下的流动速率为40-55g/min。
无定形聚烯烃材料的加入可以改变聚丙烯的结晶速率和结晶度,从而减少聚丙烯复合材料表面的缩壁现象,提高抗冲击性能。
表面改性玻璃纤维为截面为椭圆形的玻璃纤维,其密度为2.2-2.66g/cm3;椭圆形的横截面相比常规的圆形横截面,降低了玻纤的取向,减小玻纤的各向异性,从而一方面改善玻纤增强聚丙烯材料发生翘曲变形的问题,一方面提高了材料的物理力学性能;玻璃纤维采用氢氟酸对其表面进行处理,以增加玻璃纤维与聚丙烯基材的亲和度,从而提高玻璃纤维在聚丙烯材料中的结合度。
聚烯烃弹性体(POE)为以茂金属为催化剂制备的热塑性弹性体,其具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布;该弹性体具有密度小、韧性好、挠曲性好、抗冲击性能高、成型能力好、可重复使用等优点。
三元共聚聚丙烯材料由乙烯、丙烯、1-丁烯共聚而得,乙烯、丙烯、1-丁烯三者的质量比为1:3:1;该物质的加入可以提高POE与聚丙烯基材的相容性。
丁苯透明抗冲树脂(K树脂)是以苯乙烯、丁二烯为单体,以烷基锂为引发剂,采用阴离子溶液聚合而成的一种嵌段共聚物,具有良好的抗冲击性和加工性能。
主抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂;助抗氧化剂为硫醚类抗氧剂。
本玻纤增强聚丙烯材料采用以下步骤制备:
(1)将玻璃纤维浸泡到20-30wt%氢氟酸中,在15-35℃下超声处理15-35s;之后烘干,清洗;该步骤的作用为:增加了玻璃纤维的表面粗糙度和与聚丙烯基材的亲和度,从而提高玻璃纤维在聚丙烯材料中的粘合度和分散性;处理后的玻璃纤维浸泡硅烷偶联剂溶液3-5min;
(2)按表1,准确称取表面处理后的玻璃纤维以及聚丙烯树脂、无定形聚烯烃材料、聚烯烃弹性体(POE)、三元共聚聚丙烯、丁苯透明抗冲树脂(K树脂)、主抗氧化剂、助抗氧化剂,在高速混合器中干混8-15min;混合均匀后出料;
(3)将混合后的原料通入双螺杆挤出机中熔融,挤出;熔融时的温度为:一区180-190℃,二区200-210℃,三区200-210℃,四区210-215℃,五区210-215℃,六区210-215℃,七区215-225℃,八区215-225℃,九区215-225℃,十区215-225℃;在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;压力为12-18MPa。
(4)挤出的坯料,采用15-25℃的循环水冷却;
(5)造粒,得到本发明的聚丙烯复合材料。
实施例2
本实施例与实施例1制备方法相同,不同之处在于:制备薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料的原料组成与实施例1的不同,具体参见表1。
实施例3
本实施例与实施例1制备方法相同,不同之处在于:制备薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料的原料组成与实施例1的不同,具体参见表1。
对比例1
本对比例与实施例1相比,不同之处在于:制备薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料的原料组成中加入的玻璃纤维其横截面为圆形,其余与实施例1均相同,具体参见表1。
对比例2
本对比例与实施例2相比,不同之处在于:制备薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料的原料组成中加入的玻璃纤维未经氢氟酸进行表面处理,其余与实施例2均相同,具体参见表1。
对比例3
本对比例与实施例3相比,不同之处在于:制备薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料的原料组成中未加入无定形聚烯烃,聚丙烯树脂的含量也做相应调整,其余与实施例3均相同,具体参见表1。
表1实施例1-3和对比例1-3的原料组成表(单位:wt%)
*该玻璃纤维截面为圆形
**该玻璃纤维未用氢氟酸处理
性能测试:
将实施例1-3以及对比例1-3所提供的玻纤增强聚丙烯材料在注射成型机上进行注射成型制样,并进行性能测试。
拉伸强度测试:参考标准:ISO527-2;测试条件:跨距50mm。
弯曲强度测试:参考标准:ISO178;测试条件:跨距64mm,速度14mm/min。
弯曲模量测试:参考标准:ISO178;测试条件:跨距64mm,速度2mm/min。
横向冲击强度测试:参考标准:ISO179-1;测试条件:跨距40mm。
纵向冲击强度测试:参考标准:ISO179-1;测试条件:跨距40mm。
缺口冲击强度测试:参考标准:ISO179-1;测试条件:跨距40mm,缺口深度1/3D。
横向收缩率测试:参考标准:ISO 2577-2007。
纵向收缩率测试:参考标准:ISO 2577-2007。
表2实施例1-3以及对比例1-3的材料注射成品性能测试
根据检测结果可以发现:
(1)对比例1的成品,其横向和纵向冲击强度的差值、横向和纵向收缩率的差值均明显高于实施例1的成品,同时成品表面出现明显的翘曲现象且其拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学性能也较实施例1的成品差;表明玻纤椭圆形的横截面相比常规的圆形横截面,降低了玻纤的取向,减小玻纤的各向异性,从而改善玻纤增强聚丙烯材料发生翘曲变形的问题,并且提高了材料的物理力学性能。
(2)对比例2的成品相比于实施例2的成品,表面出现浮纤,同时各项力学也有明显不及;说明加入改性后的玻纤与聚丙烯材料的相容性更佳;两者结合更加紧密,提高了制得的成品的力学性能。
(3)对比例3的成品收缩率明显高于实施例3的成品,同时其拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学性能也较实施例3的成品差;表明无定形聚烯烃的加入可以有效减少聚丙烯复合材料所制得的产品表面的缩壁现象;同时提高聚丙烯复合材料的韧性和抗冲击性。
以上依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:其组成成分为(质量百分数):聚丙烯树脂41-47%、无定形聚烯烃4.5-8%、改性玻璃纤维18-22%、聚烯烃弹性体12.5-16.2%、三元共聚聚丙烯7.7-11%、丁苯透明抗冲树脂4-6%、主抗氧化剂0.1-0.5%、助抗氧化剂0.3-0.8%;所述玻璃纤维的横截面为椭圆形。
2.根据权利要求1所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述玻璃纤维采用氢氟酸对其表面进行处理。
3.根据权利要求2所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述玻璃纤维的密度为2.2-2.66g/cm3。
4.根据权利要求1所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述主抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂。
5.根据权利要求4所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述助抗氧化剂为硫醚类抗氧剂。
6.根据权利要求1所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述三元共聚聚丙烯材料的共聚单体包括:乙烯、丙烯、1-丁烯。
7.一种制备如权利要求1-6所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将玻璃纤维浸泡到氢氟酸中,超声处理15-35s;之后烘干,清洗;处理后的玻璃纤维浸泡硅烷偶联剂溶液3-5min;
(2)称取表面处理后的玻璃纤维以及聚丙烯树脂、无定形聚烯烃材料、聚烯烃弹性体、三元共聚聚丙烯、丁苯透明抗冲树脂、主抗氧化剂、助抗氧化剂,在高速混合器中干混8-15min;混合均匀后出料;
(3)将混合后的原料通入双螺杆挤出机中熔融,挤出;熔融时的温度为:一区180-190℃,二区200-210℃, 三区200-210℃,四区210-215℃,五区210-215℃,六区210-215℃,七区215- 225℃,八区215-225℃,九区215-225℃,十区215-225℃;在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;压力为12-18MPa;
(4)挤出的坯料,采用循环水冷却;
(5)造粒,得到本发明的聚丙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述步骤(1)中,氢氟酸的浓度控制在20-30wt%。
9.根据权利要求7所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述步骤(1)中,在15-35℃的温度条件下进行超声处理。
10.根据权利要求7所述的薄壁注塑用玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述步骤(4)中,循环水温度控制在15-25℃。
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