CN110305412B - 一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，包括以下组成：聚丙烯树脂、滑石粉、手性二氧化硅纤维、表面活性剂溶液、微孔发泡剂、相变材料微胶囊、助剂；其中表面活性剂溶液为直链烷基苯磺酸钠水溶液。本发明采用手性二氧化硅纤维来对材料的力学性能进行提高；手性二氧化硅纤维能通过分子间的氢键作用，产生手性诱导，能降低聚丙烯分子链段的取向，使其规则排列，从而提高了聚丙烯注塑成品的力学性能；同时手性二氧化硅纤维的手性螺旋结构，通过对聚丙烯的手性螺旋诱导，强化了分子链间的缠绕，可以进一步提升聚丙烯注塑成品的力学性能；手性二氧化硅纤维能更加有效的提升聚丙烯材料及其注塑成型部件的力学性能。

Description

一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料领域，尤其涉及一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料。
背景技术
近些年来，聚丙烯发泡注塑成型技术越来越受到关注。这种技术是指以聚丙烯材料为基体，通过注塑工艺，在气体内压的作用下，使制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔而两侧有着致密的表皮结构；从而达到省料和减重的目的。该技术可以分为物理法和化学法；其中化学法指在聚丙烯中加入一定量的发泡剂，完成注塑后，零件材料在发泡剂的作用下膨胀，形成一种中间层为从十到几十微米不等的封闭微孔。这种微发泡注塑成型技术突破了传统注塑的诸多局限，能更为充分地实现了减重、高效、低成本的生产。但是发泡聚丙烯的注塑成品的力学性能往往不高，需要进行补强；通常会加入纤维（如玻璃纤维、炭纤维、二氧化硅纤维）增强材料来提高其力学性能，但是增强效果还有待进一步提高。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种增强效果好的发泡聚丙烯复合材料。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提供了一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下组成：聚丙烯树脂、滑石粉、手性二氧化硅纤维、表面活性剂溶液、微孔发泡剂、相变材料微胶囊、助剂；所述表面活性剂溶液为直链烷基苯磺酸钠水溶液。
作为一种优选方案，所述助剂包括主抗氧化剂、助抗氧化剂。
作为一种更优选方案，包括以下组成：聚丙烯树脂60-70wt%、滑石粉9-16wt%、手性二氧化硅纤维8-15wt%、表面活性剂溶液3-8wt%、微孔发泡剂2-4wt%、相变材料微胶囊1.5-3wt%、主抗氧化剂0.5-1wt%、助抗氧化剂0.25-1wt%。
作为一种优选方案，所述手性二氧化硅纤维长度为3.0-8.0µm，直径为50-80nm。
作为一种优选方案，所述微孔发泡剂为碳酸氢钠与柠檬酸的混合物。
作为一种更优选方案，所述碳酸氢钠与柠檬酸的质量比为5：7。
作为一种优选方案，所述相变材料为中温相变材料，相变温度为90-130℃。
作为一种优选方案，所述直链烷基苯磺酸钠水溶液浓度为70-80wt%。
本发明的有益技术效果在于：提供了一种增强效果好的发泡聚丙烯复合材料。本发明采用手性二氧化硅纤维来对材料的力学性能进行提高；手性二氧化硅纤维在表面活性剂水溶液的作用下，通过分子间的氢键作用，产生手性诱导，能降低聚丙烯分子链段的取向，使其规则排列，从而提高了聚丙烯注塑成品的力学性能；同时手性二氧化硅纤维的手性螺旋结构，通过对聚丙烯的手性螺旋诱导，强化了分子链间的缠绕，可以进一步提升聚丙烯注塑成品的力学性能；相比于普通二氧化硅纤维，手性二氧化硅纤维能更加有效的提升聚丙烯材料及其注塑成型部件的力学性能。
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
本发明提供了一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其组成为：聚丙烯树脂65wt%、滑石粉12wt%、手性二氧化硅纤维10wt%、表面活性剂溶液8wt%、微孔发泡剂2.5wt%、木糖醇微胶囊1.5wt%、主抗氧化剂0.5wt%、助抗氧化剂0.5wt%。
其中：聚丙烯树脂在230℃的温度下，2.16kg负载下的流动速率为45-60g/min。
手性二氧化硅纤维长度为3.0-8.0µm，直径为50-80nm；表面活性剂溶液是浓度为70-80wt%的直链烷基苯磺酸钠水溶液；手性二氧化硅纤维在表面活性剂水溶液的作用下，通过分子间的氢键作用，产生手性诱导，降低了聚丙烯分子链段的取向，使其规则排列，从而提高了聚丙烯注塑成品的力学性能；同时手性二氧化硅纤维的手性螺旋结构，通过对聚丙烯的手性螺旋诱导，强化了分子链间的缠绕，可以进一步提升聚丙烯注塑成品的力学性能。
微孔发泡剂为碳酸氢钠与柠檬酸的混合物，两者的质量比为5：7；碳酸氢钠在受热的情况下会产生二氧化碳气体，从而起到发泡的作用；柠檬酸的加入可以提高碳酸氢钠的热分解温度，减少未到工作温度碳酸氢钠就分解发泡的问题，同时柠檬酸也具有一定发泡的作用；碳酸氢钠、柠檬酸的粒径均在3000-5000目。
木糖醇是相变温度为92-96℃的中温相变材料；当温度升高超过相变温度时，中温相变材料发生相变吸收热量，从而减缓甚至阻止微环境温度的升高，从而延缓碳酸氢钠的热分解，并缩小其分解温度区间，提高了碳酸氢钠发泡的效果。
滑石粉采用环氧树脂包覆，粒径在10-15µm；主助抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂；助抗氧化剂为硫醚类抗氧剂。
该材料采用常规的制备方法，通过称取原料混合等步骤制得；使用时按实际需求注塑发泡成型即可。
实施例2
本发明提供了一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其组成为：聚丙烯树脂70wt%、滑石粉9wt%、手性二氧化硅纤维8wt%、表面活性剂溶液5wt%、微孔发泡剂4wt%、内消旋-赤藓糖醇微胶囊3wt%、主抗氧化剂0.75wt%、助抗氧化剂0.25wt%。
其中：内消旋-赤藓糖醇是相变温度为118-124℃的中温相变材料；其余所用材料性能与实施例1相同；材料制备方法与实施例1相同。
实施例3
本发明提供了一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其组成为：聚丙烯树脂60wt%、滑石粉16wt%、手性二氧化硅纤维15wt%、表面活性剂溶液3wt%、微孔发泡剂2wt%、木糖醇微胶囊2wt%、主抗氧化剂1wt%、助抗氧化剂1wt%。
其中：所用材料性能、材料制备方法均与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，区别在于：加入普通二氧化硅纤维。
具体组成为：聚丙烯树脂65wt%、滑石粉12wt%、普通二氧化硅纤维10wt%、表面活性剂溶液8wt%、微孔发泡剂2.5wt%、木糖醇微胶囊1.5wt%、主抗氧化剂0.5wt%、助抗氧化剂0.5wt%。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，区别在于：不加入相变材料微胶囊（木糖醇微胶囊）。
具体组成为：聚丙烯树脂65wt%、滑石粉13.5wt%、手性二氧化硅纤维10wt%、表面活性剂溶液8wt%、微孔发泡剂2.5wt%、主抗氧化剂0.5wt%、助抗氧化剂0.5wt%。
性能测试：
将实施例1-3及对比例1-2所提供的发泡聚丙烯材料注塑成部件后进行性能测试。
拉伸强度测试：参考标准：ISO527-2；测试条件：跨距50mm。
缺口冲击强度测试：参考标准：ISO179-1；测试条件：跨距40mm。
密度测试测试：参考标准：ISO 1183；测试条件：常温。
熔指测试：参考标准：ISO1133；测试条件：230℃，2.16kg。
检测结果如下：
实施例1：拉伸强度：25Mpa、缺口冲击强度：39kJ·m-2、密度：0.75g·cm-3、熔指：44g/10min、外观：部件表面无气痕、无虎皮纹、无目视白点，部件减重27%、微观：通过扫描电镜观察部件中间具有10-100微米之间的均匀封闭微孔。
实施例2：拉伸强度：23Mpa、缺口冲击强度：35KJ·m-2、密度：0.70g·cm-3、熔指：46g/10min、外观：部件表面无气痕、无虎皮纹、无目视白点，部件减重30%、微观：通过扫描电镜观察部件中间具有10-100微米之间的均匀封闭微孔。
实施例3：拉伸强度：24Mpa、缺口冲击强度：37KJ·m-2、密度：0.79g·cm-3、熔指：40g/10min、外观：部件表面无气痕、无虎皮纹、无目视白点，部件减重25%、微观：通过扫描电镜观察部件中间具有10-100微米之间的均匀封闭微孔。
对比例1：拉伸强度：18Mpa、缺口冲击强度：29kJ·m-2、密度：0.73g·cm-3、熔指：42g/10min、外观：部件表面无气痕、无虎皮纹、无目视白点，部件减重27%、微观：通过扫描电镜观察部件中间具有10-100微米之间的均匀封闭微孔。
对比例2：拉伸强度：24Mpa、缺口冲击强度：36KJ·m-2、密度：0.89g·cm-3、熔指：42g/10min、外观：部件表面有气痕及虎皮纹，部件减重18%、微观：通过扫描电镜观察部件中间虽具有10-100微米之间微孔，但较多形成不完全；与实施例1相比，成形孔少且分布不均匀。
根据检测结果可以发现：
（1）对比例1注塑成型的部件其力学性能要明显差于实施例的部件，说明手性二氧化硅纤维的加入相比于普通二氧化硅纤维能更加有效的提升复合材料及其注塑成型部件的力学性能。
（2）对比例2注塑成型的部件的发泡效果要差于实施例1，同时力学性能也略差；这是由于碳酸氢钠的分解起始温度低，分解温度区间宽，在聚丙烯软化温度前已大量分解发泡，从而影响了材料整体的发泡效果；而相变材料的加入使碳酸氢钠的耐热性提高，故提高了碳酸氢钠的热分解温度，缩小了其热分解温度区间，减少了发泡剂不必要的损耗，提高了发泡的效果。
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 (4)

1.一种手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下组成：
聚丙烯树脂60-70wt%、滑石粉9-16wt%、手性二氧化硅纤维8-15wt%、表面活性剂溶液3-8wt%、微孔发泡剂2-4wt%、相变材料微胶囊1 .5-3wt%、主抗氧化剂0 .5-1wt%、助抗氧化剂0.25-1wt%；所述手性二氧化硅纤维长度为3 .0-8 .0µm，直径为50-80nm；所述相变材料为中温相变材料，相变温度为90-130℃。
2.根据权利要求1任一所述的手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述微孔发泡剂为碳酸氢钠与柠檬酸的混合物。
3.根据权利要求2所述的手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述碳酸氢钠与柠檬酸的质量比为5：7。
4.根据权利要求1所述的手性二氧化硅纤维增强发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述直链烷基苯磺酸钠水溶液浓度为70-80wt%。
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