CN110698757A - 一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于制备化工生产用的增强热塑性塑料复合管增强层的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，按重量份计，原料组成包括：聚丙烯100份；连续玻璃纤维100～250份；相容剂1～5份；吸酸剂0～2份；增韧剂0～10份；热稳定剂0.2～1.0份。本发明还提供了所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料的制备方法，包括：将除连续玻璃纤维外的原料混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融混炼，熔体经熔体分布器或流延模具，输送进浸渍模具内，与连续玻璃纤维进行浸渍，得到所述连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。

Description

一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料及其制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及纤维增强复合材料技术领域，具体涉及一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料及其制备方法和应用。
背景技术
纤维增强树脂基复合材料与金属、陶瓷等传统材料比，具有高强、高模、轻质和耐腐蚀等特性，在船舶工业、海水油田、化工等管道应用领域中具有十分广泛的应用前景。
当前，已有将连续纤维增强聚丙烯预浸带作为增强材料制备成连续可盘绕式纤维增强柔性复合管，即用连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料缠绕无规共聚聚丙烯(PPR)内衬管并通过热熔方法使增强层和内衬管实现焊接制备增强热塑性塑料复合管(RTP)，在化工管道工程中进行应用。
化工生产中常涉及酸、碱腐蚀性介质，且要求管道需要承受较高的压力和温度。聚乙烯材料制备的连续玻璃纤维增强RTP管道虽然也具有耐腐蚀性，但在耐环境温度上受到了限制，无法在75℃以上环境下进行工作。聚丙烯材料制备的连续玻璃纤维增强RTP管道可在-20～120℃输送酸、碱、盐类等腐蚀性介质，具有很强的温度适应性和通用性。
连续纤维增强热塑性单向预浸带材料作为结构增强层材料决定了RTP管的工作寿命。因此，连续纤维增强热塑复合材料的酸、碱、盐类等化学腐蚀行为是RTP管在服役过程中一个非常重要的问题。
纤维增强树脂基复合材料由纤维、基体和界面三部分组成。因此，复合材料的化学腐蚀是有增强纤维的腐蚀、基体树脂腐蚀、界面腐蚀构成。而聚丙烯基体本身是一种耐腐蚀的材料，所以增强纤维的腐蚀、界面腐蚀是构成连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带腐蚀的主要原因。
公开号为CN 103254482 A和CN 103627057 A的专利说明书均公开了一种连续玻璃纤维增强聚乙烯预浸带及其制备方法，分别从RTP管道的蠕变和盘绕加工性考虑了聚乙烯预浸带的配方和制备工艺，未涉及增强纤维耐腐蚀性和界面腐蚀，同时聚乙烯管道的耐温度适应性不够。
公开号为CN 109161098 A的专利说明书公开了一种耐水解的连续玻纤增强聚丙烯预浸带及其制备方法，但化工液体中除了水溶液外，还有酸、碱、盐等复杂性腐蚀，另外其性能保持率不高，难以满足管道的长期服役性。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，具有良好的耐酸碱腐蚀性、热稳定性和力学性能，可用于制备化工生产应用的纤维增强热塑性管。
一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，按重量份计，原料组成包括：
Figure BDA0002226977170000021
作为优选，所述聚丙烯(PP)为高流动性聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下的熔融指数为30～120g/10min。因本发明所制备的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料的纤维含量在50wt％～70wt％，纤维的堆积密度较大，为使树脂熔体能渗透入纤维丝束中，除了成型设备对聚合物熔体施加压力外，另一个可实现的方式是采用低黏度高流动性的基础树脂，在同等的加热温度下，低黏度熔体能快速渗透纤维使之浸润。所以采用高流动性PP树脂，能降低熔体的渗透纤维的阻力，将少熔体对纤形成的渗透压力，不仅有助于纤维浸渍，而且降低纤维起毛断丝的情况。
作为优选，所述连续玻璃纤维采用水性聚氨酯乳液和聚丙烯乳液的共混物进行纤维界面改性的ECR级或S级玻璃纤维无捻纱，玻璃纤维号数为600～2400Tex。化工物质对复合材料的破坏都是先由界面开始。腐蚀性分子的侵入导致界面脱粘，致使材料性能下降。造成复合材料界面脱粘破坏的原因主要为树脂溶胀产生的剪应力大于界面的粘结力致使界面滑移脱粘，界面被破坏。一旦界面被破坏，腐蚀性分子进而对玻璃纤维进行腐蚀，造成更为严重的强度破坏。所以在玻纤的选择上，尽量选择耐腐蚀性好的玻璃纤维。传统的E级玻璃纤维主要以SiO2-Al2O3-CaO-B2O3等碱性化合物组成，易受酸性物质腐蚀，不建议采用；而ECR级或S级玻璃纤维在玻纤成分和生产工艺上进行了调整，具有较高的耐酸腐蚀性。另外，提高树脂与玻纤的界面粘结力，降低复合材料的界面脱粘，也是一种必不可少的方法。因此，本发明采用水性聚氨酯乳液和聚丙烯乳液的共混物对玻璃纤维表面进行界面改性，可明显提高树脂与玻纤的界面粘结力。
进一步优选，所述的水性聚氨酯乳液和聚丙烯乳液的共混物为硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯乳液与马来酸酐接枝聚丙烯乳液共混配合而成。所述的马来酸酐接枝聚丙烯乳液可采用固含量为20％的市售产品。单独的聚丙烯乳液成膜性不强，因为聚丙烯在降温成膜中结晶，使体积收缩产生拉应力大于PP乳胶膜强度而产生了表面裂纹。硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯成膜后强度高、韧性好、极性强、耐水性佳且耐溶胀剪切，能很好的改善PP乳液的成膜性。而有机硅氧烷中硅原子独特的化学性质使水性聚氨酯具有低表面能，在成膜过程中硅原子会向表面富集，赋予聚合物涂膜优良的耐水性和耐候性。另外，硅烷氧基在聚氨酯水分散时易水解形成硅羟基，在成膜过程中易脱水而形成致密的硅氧硅三维交联网络，使得胶膜的力学性能和耐水性都得到提高，使用硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯乳液做玻纤上浆剂，能有限提高界面的粘结力和耐水性。经试验发现，当所述的硅烷偶联剂为KH550和/或KH560，即采用KH550和/或KH560改性的水性聚氨酯乳液与马来酸酐接枝聚丙烯乳液复配使用时，可进一步改善PP乳液的成膜性，提高聚丙烯和玻纤的界面粘结力以及复合材料耐水性。
再进一步优选，所述的水性聚氨酯乳液和聚丙烯乳液的共混物中，所述硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯乳液与马来酸酐接枝聚丙烯乳液质量比为8～10:1。
以KH550为例，所述的硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯乳液制备过程中，硅烷偶联剂KH550于水性聚氨酯合成过程中引入，具体方法为：
(A)在反应釜中加入聚醚二元醇和二月桂酸二丁基锡，升温至115～125℃，抽真空脱水后降温至60～70℃；
(B)在氮气保护下，加入已脱水的二羟甲基丙酸和1,4-丁二醇，搅拌充分后加入计量的甲苯二异氰酸酯，升温至80～90℃；
(C)测定-NCO含量达到预设值后，停止控温并加入丙酮降黏，待得到的预聚体冷却至室温，在30min内滴加KH550的丙酮溶液，保温30min后加入丁醇继续搅拌25～35min；
(D)在持续搅拌下将预聚体倒入含有计量三乙胺的去离子水中分散0.5～2h，出料过滤，即得KH550改性水性聚氨酯乳液。
然后，以制备的KH550改性水性聚氨酯乳液与固含量为20％的马来酸酐接枝聚丙烯乳液按质量比8～10:1共混配合成共混物，浸渍于玻纤束间隙，拉制即得所需的表面经改性的ECR级或S级玻璃纤维无捻纱。
所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛稀共聚物(POE-g-MAH)中的至少一种。用马来酸酐接枝物可有效改善聚合物共混相容性差的问题，大大地改变了聚丙烯材料的极性，增强聚合物基体与玻璃纤维的粘结性。
所述的吸酸剂为硬脂酸钙、水滑石中的至少一种。硬脂酸钙和水滑石作为吸收剂通过阴离子交换，将相容剂及树脂中残留的酸性物质、卤素离子吸附并固定在稳定的晶体中，从而提高聚丙烯的稳定性，减少腐蚀物质对玻纤及其界面的影响。作为优选，原料中所述吸酸剂含量为1～2份。
所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、低密度聚乙烯中的至少一种。作为优选，所述低密度聚乙烯为线性低密度聚乙烯(LLDPE)。LLDPE、EVA、LDPE的刚性和模量比PP要低，增韧剂的加入，使得制备的预浸带具有一定的柔软度，方便对管道进行缠绕。所述的LLDPE和LDPE材料在190℃、2.16kg载荷下的熔融指数为20～60g/10min。另外，线性低密度聚乙烯的分子结构以线性主链为特征，只有少量或没有长支链，分子链段缠结较少，能快速浸润纤维，提高结合强度。所述EVA材料在190℃、2.16kg载荷下的熔融指数为20～60g/10min，乙烯乙酸(VA)含量为20wt％～40wt％。
所述热稳定剂应采用耐水解、耐水抽出性好的抗氧剂种类。优选抗氧剂1010、抗氧剂3114、抗氧剂9228、抗氧剂PS802中的至少两种，以满足制件的长期老化要求。
本发明还提供了所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料的制备方法，采用熔融浸渍工艺，包括步骤：
(1)称取聚丙烯、相容剂、吸酸剂、增韧剂和热稳定剂，混合搅拌均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机物料仓内，经双螺杆挤出机熔融混炼，各熔融基体混合均匀，双螺杆挤出机开启抽真空装置，排出熔体中的气体，熔体再经熔体分布器或流延模具，输送进浸渍模具内；
(3)将连续玻璃纤维由纱架单元引出，经张力调节装置、展丝装置、预热装置后，引入至所述浸渍模具，与所述熔体进行浸渍，出口模经冷却定型，得到所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
步骤(2)中，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为35～44:1，双螺杆挤出机各区温度设定为200～250℃；
所述熔体分布器的温度为230～250℃；
所述浸渍模具的加热温度为230～280℃，浸渍模具长度为0.5～1.0米，以长度保证浸渍时间。温度低于230℃，玻纤与聚丙烯熔体浸渍效果不足，孔隙率多，腐蚀性分子或气体会通过孔隙影响界面结合力；当温度超过280℃，聚合物、助剂发生降解，单向预浸带的表观发黄、气味增大，且会有黄斑产生，无法保证预浸带的生产长度。
步骤(3)中，所述预热装置为红外加热装置，加热温度为100～220℃。温度低于100℃，玻纤上的水分可能未被烘干且玻纤表面温度过低，与树脂熔体相遇后，极大降低熔体温度，使浸渍效果变差。温度高于220℃时，玻纤表面的硅烷偶联剂改性水性聚氨酯会降解，使得界面结合效果变差，海水腐蚀后的性能衰变增大。
步骤(3)中，玻纤在浸渍模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用，玻纤强制在模具内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍。
玻纤与熔体浸渍后出扁平口模经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷。
所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料的厚度可在0.12～0.35mm范围内进行调整，玻璃纤维含量可在50wt％～70wt％范围内进行制备。
本发明还提供了所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料在制备化工生产用的增强热塑性塑料复合管增强层中的应用。
本发明通过调整玻纤上浆剂、玻纤种类、吸酸剂及工艺，提升了玻纤上浆剂成膜性和强度，提高了玻纤与树脂的界面结合，降低了因化工物质溶胀引起的剪切脱粘，使材料具备较好的耐酸碱性。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
1、本发明采用改性水性聚氨酯乳液与聚丙烯乳液进行混合作玻纤上浆剂，改善了聚丙烯乳液在降温时结晶收缩导致成膜不佳的问题，提高了聚丙烯与玻璃纤维的界面结合力和耐水性，使其更能承受因化工物质溶胀产生的剪切脱粘，使连续纤维增强聚丙烯单向预浸带在长时间的化学介质腐蚀下依然保持较高的力学强度。
2、本发明采用了耐腐蚀级别较高的ECR级玻纤，通过提高玻纤本身的耐腐蚀性，以满足管道长期的服役性。
2、本发明采用了吸酸剂对残留在聚丙烯熔体中的酸性物质、卤素离子进行吸附，使其稳定在晶体中，减少配方本身酸源对预浸带的腐蚀。
4、本发明采用了耐水解、耐水抽提性好的抗氧剂，提高了管道的耐久性。
5、复合材料在制备过程中，难免会在界面处形成一些孔隙，当水分子通过扩散进入时，会在孔隙内外产生渗透压，当渗透压大于界面粘结力时，界面发生破坏。所以孔隙也是影响复合材料耐海水腐蚀性能的原因之一。与现有技术相比，本发明优化了生产工艺，采用抽真空装置降低了熔体中的气体，使其在熔体分布器或流延模具中能形成质量较好的熔体膜，降低气孔的产生概率，提高生产稳定性。同时，提高了玻纤的预热温度，使玻纤中含有的水分尽快蒸发，减少浸渍模具内因水分挥发产生的孔隙。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1～4、对比例1～3的各组分配方如表1所示，单位为质量份数。
表1
Figure BDA0002226977170000071
实施例1～4、对比例2～3中的自制专用玻璃纤维均采用经KH550改性水性聚氨酯乳液与市售固含量为20％的马来酸酐接枝聚丙烯乳液按质量比9:1共混配合而成的共混物进行纤维界面改性的ECR级或高强S级玻璃纤维无捻纱，具体制备方法为：
(A)在反应釜中加入58～65份聚醚二元醇和0.04～0.06份二月桂酸二丁基锡，升温至120℃，在真空度≤0.09MPa的条件下脱水后降温至65℃；
(B)在氮气保护下，加入已脱水的二羟甲基丙酸5～8份和1、4-丁二醇2～3份，搅拌10min后加入28～31份的甲苯二异氰酸酯，升温至85℃；
(C)测定-NCO含量达到1.4后，停止控温并加入少量丙酮降黏，待得到的预聚体冷却至常温，滴加6～9份KH550的丙酮溶液，保温30min后加入2～4份丁醇继续搅拌30min；
(D)在1000rpm的搅拌条件下将预聚体中加入三乙胺进行中和至中性，中和搅拌时间为1h，出料过滤，即得KH550改性水性聚氨酯乳液。然后，以得到的KH550改性水性聚氨酯乳液与固含量为20％的马来酸酐接枝聚丙烯乳液按质量比9:1共混配合成共混物，浸渍于玻纤束间隙，拉制得表面改性的ECR级或S级玻璃纤维无捻纱。
实施例1
将100份PP(SK BX3920)，5.0份马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH，polyram 1001)，1.0份硬脂酸钙(市售)，5.0份LDPE(陶氏杜邦303C)，0.3份抗氧剂1010，0.3份抗氧剂9228，0.2份抗氧剂PS802，置入搅拌机内进行低速混合，混匀后经双螺杆挤出机熔融，抽真空后输送入熔体分布器后均匀地进入浸渍模具内。240份经聚丙烯乳液与水性聚氨酯乳液混合物浸渍的ECR级玻璃纤维(按上述方法自制)经红外加热装置，与熔体在浸渍模具中汇合，玻纤在模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用下，玻纤强制在模内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍，通过调整挤出机喂料量、牵引速度和扁平口模出口间隙，将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的厚度控制在0.25±0.01mm，经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷，制得约70％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
双螺杆挤出机温度：200～230℃，熔体分布器的温度为230～240℃，浸渍模具的加热温度为230～280℃，红外加热装置温度为200℃。
将制得约70％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料按管道缠绕所需的宽度进行分切。
实施例2
将100份PP(SK BX3920)，4.0份POE-g-MAH(宁波能之光FB168)，1.5份硬脂酸钙(市售)，3.0份LLDPE(陶氏杜邦6500)，0.3份抗氧剂3114，0.3份抗氧剂9228，0.2份抗氧剂PS802，置入搅拌机内进行低速混合，混匀后经双螺杆挤出机熔融，抽真空后输送入熔体分布器后均匀地进入浸渍模具内。200份经聚丙烯乳液与水性聚氨酯乳液混合物浸渍的高强S级玻璃纤维(按上述方法自制)经红外加热装置，与熔体在浸渍模具中汇合，玻纤在模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用下，玻纤强制在模内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍，通过调整挤出机喂料量、牵引速度和扁平口模出口间隙，将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的厚度控制在0.30±0.02mm，经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷，制得约65％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
双螺杆挤出机温度：200～230℃，熔体分布器的温度为230～240℃，浸渍模具的加热温度为230～280℃，红外加热装置温度为200℃。
将制得约65％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料按管道缠绕所需的宽度进行分切。
实施例3
将100份PP(SK BX3920)，4.0份马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH，polyram 1001)，1.0份水滑石(市售)，3.0份LLDPE(陶氏杜邦6500)，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂3114，0.3份抗氧剂9228，0.1份抗氧剂PS802，置入搅拌机内进行低速混合，混匀后经双螺杆挤出机熔融，抽真空后输送入熔体分布器后均匀地进入浸渍模具内。170份经聚丙烯乳液与水性聚氨酯乳液混合物浸渍的ECR级玻璃纤维(按上述方法自制)经红外加热装置，与熔体在浸渍模具中汇合，玻纤在模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用下，玻纤强制在模内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍，通过调整挤出机喂料量、牵引速度和扁平口模出口间隙，将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的厚度控制在0.30±0.02mm，经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷，制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
双螺杆挤出机温度：200～230℃，熔体分布器的温度为230～240℃，浸渍模具的加热温度为230～280℃，红外加热装置温度为200℃。
将制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料按管道缠绕所需的宽度进行分切。
实施例4
将100份PP(SK BX3920)，3.0份POE-g-MAH(宁波能之光FB168)，2.0份水滑石(市售)，2.0份EVA(陶氏杜邦3180)，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂9228，0.3份抗氧剂PS802，置入搅拌机内进行低速混合，混匀后经双螺杆挤出机熔融，抽真空后输送入熔体分布器后均匀地进入浸渍模具内。110份经聚丙烯乳液与水性聚氨酯乳液混合物浸渍的ECR级玻璃纤维(按上述方法自制)经红外加热装置，与熔体在浸渍模具中汇合，玻纤在模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用下，玻纤强制在模内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍，通过调整挤出机喂料量、牵引速度和扁平口模出口间隙，将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的厚度控制在0.35±0.02mm，经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷，制得约50％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
双螺杆挤出机温度：200～230℃，熔体分布器的温度为230～240℃，浸渍模具的加热温度为230～280℃，红外加热装置温度为200℃。
将制得约50％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料按管道缠绕所需的宽度进行分切。
对比例1
将100份PP(SK BX3920)，4.0份马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH，polyram 1001)，1.0份水滑石(市售)，3.0份LLDPE(陶氏杜邦6500)，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂3114，0.3份抗氧剂9228，0.1份抗氧剂PS802，置入搅拌机内进行低速混合，混匀后经双螺杆挤出机熔融，抽真空后输送入熔体分布器后均匀地进入浸渍模具内。170份市售E级玻璃纤维(635C-1200tex)经红外加热装置，与熔体在浸渍模具中汇合，玻纤在模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用下，玻纤强制在模内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍，通过调整挤出机喂料量、牵引速度和扁平口模出口间隙，将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的厚度控制在0.30±0.02mm，经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷，制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
双螺杆挤出机温度：200～230℃，熔体分布器的温度为230～240℃，浸渍模具的加热温度为230～280℃，红外加热装置温度为200℃。
将制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料按管道缠绕所需的宽度进行分切。
对比例2
将100份PP(SK BX3920)，4.0份马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH，polyram 1001)，3.0份LLDPE(陶氏杜邦6500)，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂3114，0.3份抗氧剂9228，0.1份抗氧剂PS802，置入搅拌机内进行低速混合，混匀后经双螺杆挤出机熔融，抽真空后输送入熔体分布器后均匀地进入浸渍模具内。170份经聚丙烯乳液与水性聚氨酯乳液混合物浸渍的ECR级玻璃纤维(按上述方法自制)经红外加热装置，与熔体在浸渍模具中汇合，玻纤在模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用下，玻纤强制在模内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍，通过调整挤出机喂料量、牵引速度和扁平口模出口间隙，将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的厚度控制在0.30±0.02mm，经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷，制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
双螺杆挤出机温度：200～230℃，熔体分布器的温度为230～240℃，浸渍模具的加热温度为230～280℃，红外加热装置温度为200℃。
将制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料按管道缠绕所需的宽度进行分切。
对比例3
将100份PP(SK BX3920)，4.0份马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH，polyram 1001)，1.0份水滑石(市售)，3.0份LLDPE(陶氏杜邦6500)，0.3份抗氧剂1010，0.3份抗氧剂DSTP，置入搅拌机内进行低速混合，混匀后经双螺杆挤出机熔融，抽真空后输送入熔体分布器后均匀地进入浸渍模具内。170份经聚丙烯乳液与水性聚氨酯乳液混合物浸渍的ECR级玻璃纤维(按上述方法自制)经红外加热装置，与熔体在浸渍模具中汇合，玻纤在模具内受浸渍辊、牵引力、纤维预张力的作用下，玻纤强制在模内展纤，而熔体在多组浸渍辊形成的浸润角度产生了较大熔体压力差，使得树脂熔体渗透被展开的纤维束，从而对玻纤进行浸渍，通过调整挤出机喂料量、牵引速度和扁平口模出口间隙，将连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的厚度控制在0.30±0.02mm，经三辊压光机、辅助牵引机后由收卷装置收卷，制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料。
双螺杆挤出机温度：200～230℃，熔体分布器的温度为230～240℃，浸渍模具的加热温度为230～280℃，红外加热装置温度为200℃。
将制得约60％玻纤含量的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料按管道缠绕所需的宽度进行分切。
实施例1～4和对比例1～3分别制备得到的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料的力学性能测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002226977170000121
将实施例1～4和对比例1～3配方及工艺制备了连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，放置入环境温度为80℃，盐酸溶液浓度为10％vol的密闭容器中浸泡30天。试验结束后取出样条，实施例1～4的样条表观完好，与放样前无较大差异；而对比例1采用市售通用玻纤，树脂与玻纤的界面结合性不强，受溶液溶胀剪切后，树脂与玻纤的结合界面脱粘，产生了气孔和局部分层现象；对比例2未添加吸酸剂，在盐酸腐蚀前，其力学性能较好，但经盐酸溶液腐蚀后，力学性能较增加吸酸剂的实施例3有一定程度的下降；对比例3，配方中采用了不耐水解的DSTP抗氧剂，在长时间的盐酸浸泡下，抗氧剂DSTP一部分被溶液抽提，另一部分分解黄变，使得对比例3样条变黄。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，按重量份计，原料组成包括：
Figure FDA0002226977160000011
2.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，所述聚丙烯为高流动性聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下的熔融指数为30～120g/10min。
3.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，所述连续玻璃纤维采用水性聚氨酯乳液和聚丙烯乳液的共混物进行纤维界面改性的ECR级或S级玻璃纤维无捻纱。
4.根据权利要求3所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，所述的水性聚氨酯乳液和聚丙烯乳液的共混物为硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯乳液与马来酸酐接枝聚丙烯乳液共混配合而成；
所述硅烷偶联剂为KH550和/或KH560。
5.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物、马来酸酐接枝乙烯-辛稀共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，所述的吸酸剂为硬脂酸钙、水滑石中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、低密度聚乙烯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料，其特征在于，所述热稳定剂为抗氧剂1010、抗氧剂3114、抗氧剂168、抗氧剂9228、抗氧剂PS802中的至少两种。
9.根据权利要求1～8任一权利要求所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料的制备方法，其特征在于，采用熔融浸渍工艺，包括步骤：
(1)称取聚丙烯、相容剂、吸酸剂、增韧剂和热稳定剂，混合搅拌均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机物料仓内，经双螺杆挤出机熔融混炼，各熔融基体混合均匀，双螺杆挤出机开启抽真空装置，排出熔体中的气体，熔体再经熔体分布器或流延模具，输送进浸渍模具内；所述浸渍模具的加热温度为230～280℃；
(3)将连续玻璃纤维由纱架单元引出，经张力调节装置、展丝装置、预热装置后，引入至所述浸渍模具，与所述熔体进行浸渍，出口模经冷却定型，得到所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料；
所述预热装置的加热温度为100～220℃。
10.根据权利要求1～8任一权利要求所述的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带材料在制备化工生产用的增强热塑性塑料复合管增强层中的应用。
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