CN110358185A - 改性玄武岩纤维增强聚丙烯及其制备方法 - Google Patents

改性玄武岩纤维增强聚丙烯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了改性玄武岩纤维增强聚丙烯及其制备方法，改性玄武岩纤维增强聚丙烯包括玄武岩连续纤维、聚丙烯，所述玄武岩连续纤维是通过改性浸润剂制得的改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂包括以下质量百分数的组分：40‑43％的成膜剂、10‑14％的偶联剂、2‑4％的润滑剂、7‑8％的改性纳米刚玉粒子、30‑35％的水。本发明通过对普通的玄武岩纤维进行改性，解决了传统普通玄武岩纤维不能正常下料、起毛和纤维保留长度低的问题，使玄武岩纤维能够在生产过程中稳定生产同时比原有玻纤纤维增强聚丙烯有更好的拉伸性能、耐温性和耐酸碱性。

Description

改性玄武岩纤维增强聚丙烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯材料及其制备方法，具体涉及改性玄武岩纤维增强聚丙烯及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维在生产和使用过程中不会产生有毒有害气体以及废渣产生，对环境十分友好，比传统玻璃纤维增强聚丙烯有更好的拉伸性能、耐温性和耐酸碱性；因此，目前出现了玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料。
目前，在玄武岩纤维增强聚丙烯的过程中，玄武岩纤维与聚丙烯混料过程中容易起毛造成纤维团聚不能正常下料，此外，玄武岩纤维在下料过程中界面摩擦力大会造成玄武纤维短切纱流动性差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在玄武岩纤维增强聚丙烯的过程中，容易出现玄武岩纤维下料困难、玄武纤维短切纱流动性差等问题，目的在于提供改性玄武岩纤维增强聚丙烯及其制备方法，解决在玄武岩纤维增强聚丙烯的过程中，容易出现玄武岩纤维下料困难、玄武纤维短切纱流动性差的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
改性玄武岩纤维增强聚丙烯，包括玄武岩连续纤维、聚丙烯，所述玄武岩连续纤维是通过改性浸润剂制得的改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂包括以下质量百分数的组分：40-43％的成膜剂、10-14％的偶联剂、2-4％的润滑剂、7-8％的改性纳米刚玉粒子、30-35％的水。
本发明通过对普通的玄武岩纤维进行改性，解决了传统普通玄武岩纤维不能正常下料、起毛和纤维保留长度低的问题，使玄武岩纤维能够在生产过程中稳定生产同时比原有玻纤纤维增强聚丙烯有更好的拉伸性能、耐温性和耐酸碱性。
本发明采用改性浸润剂对传统普通玄武岩纤维进行改性，克服了普通玄武岩纤维材料在侧喂料加料时出现纤维起毛以及造粒机下料困难的问题，同时增加了增强聚丙烯内的纤维保留长度。本发明用特定配方的浸润剂处理所述玄武岩纤维表面，可以使所述玄武岩纤维具有与聚丙烯树脂快速结合的能力，以及良好的络纱性能、编织性能，所述浸润剂配方中偶联剂可以使聚丙烯树脂和玄武岩纤维表面有机结合，成膜剂可以使玄武岩纤维具有更高的强度并且能与聚丙烯树脂快速融合，润滑剂可以减少玄武岩纤维在络纱编织时的磨损；刚玉耐火材料是指含Al2O390％以上，主晶相为α-Al2O3(刚玉)的耐火材料，刚玉具有耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、电绝缘、气密性好等优良性能；本发明加入的改性纳米刚玉粒子为纳米级改性刚玉粉，能够提高玄武岩纤维的强度、耐高温、抗氧化等性能。
所述成膜剂是由聚酰胺单体在乳化剂存在的情况下经聚合制得的聚合乳液。乳液聚合物的分子量较高，相对分子质量可达到105以上，成膜后有较高的膜强度；乳液是一个水分散体系，其成膜与均相的有机聚合物溶液体系不同，是随着水分的蒸发经过颗粒受压变形而融合的过程，因此具有一定的透气性。
聚合乳液的粒径小于1μm，聚合乳液的浓度以重量百分数计为45-52％。本发明优选了聚合乳液的粒径及浓度，达到最佳的成膜性能。
玄武岩连续纤维、聚丙烯的重量比为：30：70。本发明优选了玄武岩连续纤维、聚丙烯的最佳配比。
所述偶联剂为硅烷偶联剂。
所述润滑剂为环保润滑剂。环保润滑剂环保无污染。
所述改性浸润剂包括以下质量百分数的组分：43％的成膜剂、12％的偶联剂、3％的润滑剂、8％的改性纳米刚玉粒子、33％的水。本发明优选了各组分的最佳配比。
改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过改性浸润剂制成改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂制包括以下质量百分数的组分：40-43％的成膜剂、10-14％的偶联剂、2-4％的润滑剂、7-8％的改性纳米刚玉粒子、30-35％的水；
S2、改性玄武岩连续纤维通过纤维短切机制得改性玄武岩纤维短切纱；
S3、将聚丙烯从主喂料加入造粒机中，改性玄武岩纤维短切纱从侧喂料加入造粒机中，通过输送、熔融、混炼、排气和均化后挤出造粒，得到粒料；改性玄武岩纤维短切纱与聚丙烯按照重量比为：30:70；
S4、将步骤3所述粒料通过冷却、吹干、切粒、包装，得到改性玄武岩纤维增强聚丙烯。
步骤S3中的造粒机为双螺杆挤出机，熔融段温度控制在165-210℃。
步骤S1中所述改性浸润剂制包括以下质量百分数的组分：43％的成膜剂、12％的偶联剂、3％的润滑剂、8％的改性纳米刚玉粒子、33％的水。
本发明在玄武岩纤维与聚丙烯混合前，优先对玄武岩纤维进行了改性，使得最后生成的改性玄武岩纤维增强聚丙烯具有优良的综合性能。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明改性玄武岩纤维增强聚丙烯采用改性浸润剂对传统普通玄武岩纤维进行改性，克服了普通玄武岩纤维材料在与树脂共混时出现纤维起毛以及造粒机下料困难的问题同时增加了增强聚丙烯内的纤维保留长度；
2、本发明改性玄武岩纤维增强聚丙烯加入的改性纳米刚玉粒子为纳米级改性刚玉粉，能够提高玄武岩纤维的强度、耐高温、抗氧化等性能；
3、本发明改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法优先对玄武岩纤维进行了改性，使得最后生成的改性玄武岩纤维增强聚丙烯具有优良的综合性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明改性玄武岩纤维增强聚丙烯，包括玄武岩连续纤维、聚丙烯，所述玄武岩连续纤维是通过改性浸润剂制得的改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂包括以下质量百分数的组分：40-43％的成膜剂、10-14％的偶联剂、2-4％的润滑剂、7-8％的改性纳米刚玉粒子、30-35％的水。所述成膜剂是由聚酰胺单体在乳化剂存在的情况下经聚合制得的聚合乳液。乳液聚合物的分子量较高，相对分子质量可达到105以上，成膜后有较高的膜强度；乳液是一个水分散体系，其成膜与均相的有机聚合物溶液体系不同，是随着水分的蒸发经过颗粒受压变形而融合的过程，因此具有一定的透气性。聚合乳液的粒径小于1μm，聚合乳液的浓度以重量百分数计为45-52％。本发明优选了聚合乳液的粒径及浓度，达到最佳的成膜性能。玄武岩连续纤维、聚丙烯的重量比为：30：70。本发明优选了玄武岩连续纤维、聚丙烯的最佳配比。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述润滑剂为环保润滑剂。环保润滑剂环保无污染。
本发明通过对普通的玄武岩纤维进行改性，解决了传统普通玄武岩纤维不能正常下料、起毛和纤维保留长度低的问题，使玄武岩纤维能够在生产过程中稳定生产同时比原有玻纤纤维增强聚丙烯有更好的拉伸性能、耐温性和耐酸碱性。
本发明采用改性浸润剂对传统普通玄武岩纤维进行改性，克服了普通玄武岩纤维材料在与树脂共混时出现纤维起毛以及造粒机下料困难的问题同时增加了增强聚丙烯内的纤维保留长度。本发明用特定配方的浸润剂处理所述玄武岩纤维表面，可以使所述玄武岩纤维具有与聚丙烯树脂快速结合的能力，以及良好的络纱性能、编织性能，所述浸润剂配方中偶联剂可以使聚丙烯树脂和玄武岩纤维表面有机结合，成膜剂可以使玄武岩纤维具有更高的强度并且能与聚丙烯树脂快速融合，润滑剂可以减少玄武岩纤维在络纱编织时的磨损；刚玉耐火材料是指含Al2O390％以上，主晶相为α-Al2O3(刚玉)的耐火材料，刚玉具有耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、电绝缘、气密性好等优良性能；本发明加入的改性纳米刚玉粒子为纳米级改性刚玉粉，能够提高玄武岩纤维的强度、耐高温、抗氧化等性能。
实施例2
基于实施例1，改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过改性浸润剂制成改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂制包括以下质量百分数的组分：40％的成膜剂、10％的偶联剂、2％的润滑剂、7％的改性纳米刚玉粒子、30％的水；
S2、改性玄武岩连续纤维通过纤维短切机制得改性玄武岩纤维短切纱；
S3、将聚丙烯从主喂料加入造粒机中，改性玄武岩纤维短切纱从侧喂料加入造粒机中，通过输送、熔融、混炼、排气和均化后挤出造粒，得到粒料；改性玄武岩纤维短切纱与聚丙烯按照重量比为：30:70；
S4、将步骤3所述粒料通过冷却、吹干、切粒、包装，得到改性玄武岩纤维增强聚丙烯。
步骤S3中的造粒机为双螺杆挤出机，熔融段温度控制在165-210℃。
实施例3
基于实施例1，改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过改性浸润剂制成改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂制包括以下质量百分数的组分：43％的成膜剂、14％的偶联剂、4％的润滑剂、8％的改性纳米刚玉粒子、35％的水；
S2、改性玄武岩连续纤维通过纤维短切机制得改性玄武岩纤维短切纱；
S3、将聚丙烯从主喂料加入造粒机中，改性玄武岩纤维短切纱从侧喂料加入造粒机中，通过输送、熔融、混炼、排气和均化后挤出造粒，得到粒料；改性玄武岩纤维短切纱与聚丙烯按照重量比为：30:70；
S4、将步骤3所述粒料通过冷却、吹干、切粒、包装，得到改性玄武岩纤维增强聚丙烯。
步骤S3中的造粒机为双螺杆挤出机，熔融段温度控制在165-210℃。
实施例4
基于实施例1，改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过改性浸润剂制成改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂制包括以下质量百分数的组分：43％的成膜剂、12％的偶联剂、3％的润滑剂、8％的改性纳米刚玉粒子、33％的水；
S2、改性玄武岩连续纤维通过纤维短切机制得改性玄武岩纤维短切纱；
S3、将聚丙烯从主喂料加入造粒机中，改性玄武岩纤维短切纱从侧喂料加入造粒机中，通过输送、熔融、混炼、排气和均化后挤出造粒，得到粒料；改性玄武岩纤维短切纱与聚丙烯按照重量比为：30:70；
S4、将步骤3所述粒料通过冷却、吹干、切粒、包装，得到改性玄武岩纤维增强聚丙烯。
步骤S3中的造粒机为双螺杆挤出机，熔融段温度控制在165-210℃。
实施例5
基于上述实施例，本实施例以纯聚丙烯材料作为基料，对实施例2-4制备得到的改性玄武岩纤维增强聚丙烯材料进行了性能检测，检测结果如表1。
表1改性玄武岩纤维增强聚丙烯材料的性能检测结果
本发明中实施例2-4制备出来的改性玄武岩纤维增强聚丙烯与纯聚丙烯相比，性能明显提高，其中实施例4的制备条件为最佳，制备出来的改性玄武岩纤维增强聚丙烯综合性能最好。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.改性玄武岩纤维增强聚丙烯，包括玄武岩连续纤维、聚丙烯，其特征在于，所述玄武岩连续纤维是通过改性浸润剂制得的改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂包括以下质量百分数的组分：40-43％的成膜剂、10-14％的偶联剂、2-4％的润滑剂、7-8％的改性纳米刚玉粒子、30-35％的水。
2.根据权利要求1所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯，其特征在于，所述成膜剂是由聚酰胺单体在乳化剂存在的情况下经聚合制得的聚合乳液。
3.根据权利要求2所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯，其特征在于，聚合乳液的粒径小于1μm，聚合乳液的浓度以重量百分数计为45-52％。
4.根据权利要求1所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯，其特征在于，玄武岩连续纤维、聚丙烯的重量比为：30:70。
5.根据权利要求1所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯，其特征在于，所述润滑剂为环保润滑剂。
7.根据权利要求1所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯，其特征在于，所述改性浸润剂包括以下质量百分数的组分：43％的成膜剂、12％的偶联剂、3％的润滑剂、8％的改性纳米刚玉粒子、33％的水。
8.根据权利要求1-7中任意一项权利要求所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过改性浸润剂制成改性玄武岩连续纤维，所述改性浸润剂制包括以下质量百分数的组分：40-43％的成膜剂、10-14％的偶联剂、2-4％的润滑剂、7-8％的改性纳米刚玉粒子、30-35％的水；
S2、改性玄武岩连续纤维通过纤维短切机制得改性玄武岩纤维短切纱；
S3、将聚丙烯从主喂料加入造粒机中，改性玄武岩纤维短切纱从侧喂料加入造粒机中，通过输送、熔融、混炼、排气和均化后挤出造粒，得到粒料；改性玄武岩纤维短切纱与聚丙烯的重量比为：30：70；
S4、将步骤3所述粒料通过冷却、吹干、切粒、包装，得到改性玄武岩纤维增强聚丙烯。
9.根据权利要求8所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法，其特征在于，步骤S3中的造粒机为双螺杆挤出机，熔融段温度控制在165-210℃。
10.根据权利要求8所述的改性玄武岩纤维增强聚丙烯的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述改性浸润剂制包括以下质量百分数的组分：43％的成膜剂、12％的偶联剂、3％的润滑剂、8％的改性纳米刚玉粒子、33％的水。
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