CN110819004A - 一种薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）称取聚丙烯树脂、手性二氧化硅纤维、环己醇以及直链烷基苯磺酸钠加热并剪切搅拌，同时进行微波处理；（2）称取聚烯烃弹性体、三元共聚聚丙烯材料、无定形聚烯烃材料以及抗氧化剂加入；（3）原料熔融挤出；（4）冷却、定形。本发明通过手性二氧化硅纤维的引入，并将其与聚丙烯基材混合进行微波处理，不仅强化了分子链间的缠绕，同时还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、减少了聚丙烯注塑成品的收缩率，扩展了材料的应用范围。

Description

一种薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法
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增强聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
薄壁注塑成型的聚丙烯件壁厚变薄，一方面可节约原材料、降低生产成本；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。但是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；同时薄壁注塑成型使聚丙烯件的厚度变薄；以上原因使薄壁注塑的聚丙烯件的力学性能较差，且收缩率较高，从而影响了注塑件的外观；使得薄壁注塑成型的应用领域依然存在着一定的局限性。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种注塑成品力学性能好，收缩率低的薄壁注塑聚丙烯复合材料的制备方法。
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增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂、手性二氧化硅纤维、环己醇以及直链烷基苯磺酸钠置于同一容器中；加热至140℃以上，剪切搅拌至少1h得到预混原料；在所述搅拌过程中进行微波处理；
（2）称取聚烯烃弹性体、三元共聚聚丙烯材料、无定形聚烯烃材料以及抗氧化剂加入所述预混原料中，混合均匀；
（3）将混合均匀的原料通入挤出机中熔融挤出；
（4）冷却挤出的坯料，定形得到薄壁注塑增强聚丙烯复合材料。
作为一种优选方案，所述步骤（1）中，聚丙烯树脂为100质量份、手性二氧化硅纤维为20-30质量份、环己醇10-15质量份以及直链烷基苯磺酸钠5-15质量份。
作为一种优选方案，所述步骤（1）中，微波功率为120-240W。
作为一种更优选方案，所述步骤（1）中，微波处理时间为10-25min。
作为一种更优选方案，所述步骤（1）中，微波处理最早从剪切搅拌开始后0.5h开始。
作为一种优选方案，所述步骤（2）中，预混原料与聚烯烃弹性体、三元共聚聚丙烯材料、无定形聚烯烃材料、抗氧化剂的质量配比为100：5-10:10-15：6-12:1-3。
作为一种优选方案，所述步骤（3）中，熔融挤出的温度不低于170℃。
本发明的有益技术效果在于：提供了一种注塑成品力学性能好，收缩率低的薄壁注塑聚丙烯复合材料的制备方法。本发明通过手性二氧化硅纤维的引入，并将其与聚丙烯基材混合进行微波处理，不仅强化了分子链间的缠绕，同时还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、减少了聚丙烯注塑成品的收缩率，扩展了材料的应用范围。
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增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、手性二氧化硅纤维20质量份、环己醇10质量份以及直链烷基苯磺酸钠5质量份置于同一容器混合；对混合物加热至160℃，在60rpm的转速下剪切搅拌2h；同时在搅拌开始0.5h后，采用功率为240W的微波对混合物进行一次时间为15min的处理；经过上述操作后得到预混原料；
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；手性二氧化硅纤长度为100-500nm，直径为50-80nm；
在该步骤中，手性二氧化硅纤维的螺旋结构，可以增强分子链间的缠绕，从而可以提升聚丙烯注塑成品的力学性能，减少收缩率；同时手性二氧化硅纤维可以在环己醇以及直链烷基苯磺酸钠的存在下，由分子间的氢键作用而产生手性诱导，从而可以降低聚丙烯分子链段的取向，使其规则排列，对聚丙烯注塑成品力学性能的提高和收缩率的降低有积极影响；
而对聚丙烯树脂、手性二氧化硅纤维、环己醇以及直链烷基苯磺酸钠进行微波处理，提供了能量，提高了分子活度，为手性诱导提供了良好的环境，可以促进分子链间的缠绕和手性诱导，能更好地提高聚丙烯注塑成品的力学性能；
（2）称取聚烯烃弹性体10.8质量份、三元共聚聚丙烯材料20.3质量份、无定形聚烯烃材料16.2质量份以及抗氧化剂1.4质量份加入预混原料中，混合均匀；
其中：无定形聚烯烃材料的加入可减少聚丙烯复合材料表面的缩壁现象，提高抗冲击性能；聚烯烃弹性体（POE）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；三元共聚聚丙烯由乙烯、丙烯、1-丁烯共聚而得，该物质的加入可以提高聚烯烃弹性体与基材的相容性；主抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂；
（3）将混合均匀的原料通入双螺杆挤出机中熔融挤出；挤出机各工区的温度不低于170℃；挤出时温度为230℃，挤出压力为15MPa；
（4）采用10℃的冷却水冷却挤出的坯料，造粒得到环保聚丙烯复合材料。
实施例2
本发明提供了一种薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、手性二氧化硅纤维30质量份、环己醇10质量份以及直链烷基苯磺酸钠15质量份置于同一容器混合；对混合物加热至140℃，在60rpm的转速下剪切搅拌3h；同时在搅拌开始1h后，采用功率为120的微波对混合物进行一次时间为25min的处理；经过上述操作后得到预混原料；
（2）称取聚烯烃弹性体7.8质量份、三元共聚聚丙烯材料18.6质量份、无定形聚烯烃材料15.5质量份以及抗氧化剂3.1质量份加入预混原料中，混合均匀；
（3）将混合均匀的原料通入双螺杆挤出机中熔融挤出；挤出机各工区的温度不低于170℃；挤出时温度为225℃，挤出压力为18MPa；
（4）采用20℃的冷却水冷却挤出的坯料，造粒得到环保聚丙烯复合材料。
实施例3
本发明提供了一种薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、手性二氧化硅纤维25质量份、环己醇15质量份以及直链烷基苯磺酸钠15质量份置于同一容器混合；对混合物加热至160℃，在30rpm的转速下剪切搅拌1h；同时在搅拌开始0.5h后，采用功率为240W的微波对混合物进行一次时间为10min的处理；经过上述操作后得到预混原料；
（2）称取聚烯烃弹性体15.5质量份、三元共聚聚丙烯材料15.5质量份、无定形聚烯烃材料9.3质量份以及抗氧化剂4.7质量份加入预混原料中，混合均匀；
（3）将混合均匀的原料通入双螺杆挤出机中熔融挤出；挤出机各工区的温度不低于170℃；挤出时温度为215℃，挤出压力为18MPa；
（4）采用10℃的冷却水冷却挤出的坯料，造粒得到环保聚丙烯复合材料。
对比例1
本对比例与实施例1相比基本相同，不同之处在于：步骤（1）不经过微波处理。
具体步骤为：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、手性二氧化硅纤维20质量份、环己醇10质量份以及直链烷基苯磺酸钠5质量份置于同一容器混合；对混合物加热至160℃，在60rpm的转速下剪切搅拌2h得到预混原料；
（2）称取聚烯烃弹性体10.8质量份、三元共聚聚丙烯材料20.3质量份、无定形聚烯烃材料16.2质量份以及抗氧化剂1.4质量份加入预混原料中，混合均匀；
（3）将混合均匀的原料通入双螺杆挤出机中熔融挤出；挤出机各工区的温度不低于170℃；挤出时温度为230℃，挤出压力为15MPa；
（4）采用10℃的冷却水冷却挤出的坯料，造粒得到环保聚丙烯复合材料。
对比例2
本对比例与实施例1相比基本相同，不同之处在于：不引入手性二氧化硅纤维并且步骤（1）不经过加热搅拌和微波处理工序。
具体步骤为：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、环己醇10质量份以及直链烷基苯磺酸钠5质量份置于同一容器混合得到预混原料；
（2）称取聚烯烃弹性体10.8质量份、三元共聚聚丙烯材料20.3质量份、无定形聚烯烃材料16.2质量份以及抗氧化剂1.4质量份加入预混原料中，混合均匀；
（3）将混合均匀的原料通入双螺杆挤出机中熔融挤出；挤出机各工区的温度不低于170℃；挤出时温度为230℃，挤出压力为15MPa；
（4）采用10℃的冷却水冷却挤出的坯料，造粒得到环保聚丙烯复合材料。
性能测试：
将实施例1-3以及对比例1-2所提供的聚丙烯复合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，速度50mm/min。
弯曲强度测试：参考标准：ISO178；测试条件：跨距 64mm，速度 2mm/min。
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。
检测结果：
实施例1：拉伸强度48Mpa，弯曲强度70Mpa，缺口冲击强度25 KJ·m-2，横向收缩率0.25%，纵向收缩率0.5%。
实施例2：拉伸强度45Mpa，弯曲强度66Mpa，缺口冲击强度23 KJ·m-2，横向收缩率0.35%，纵向收缩率0.6%。
实施例3：拉伸强度46Mpa，弯曲强度65Mpa，缺口冲击强度24 KJ·m-2，横向收缩率0.3%，纵向收缩率0.55%。
对比例1：拉伸强度41Mpa，弯曲强度60Mpa，缺口冲击强度21 KJ·m-2，横向收缩率0.4%，纵向收缩率0.7%。
对比例2：拉伸强度37Mpa，弯曲强度53Mpa，缺口冲击强度19KJ·m-2，横向收缩率0.5%，纵向收缩率0.9%。
根据检测结果可以发现：对比例2的注塑成品的力学性能要明显差于实施例1-3及对比例1，同时其收缩率要明显高于实施例1-3及对比例1；表明手性二氧化硅纤维的引入，通过其分子间的缠绕以及手性诱导，对聚丙烯注塑成品力学性能的提高和收缩率的降低有积极影响；同时对比例1的注塑成品的力学性能要差于实施例1而其收缩率要高于实施例1，这是因为微波的处理提供了能量，为手性诱导提供了良好的环境，可以促进分子链间的缠绕和手性诱导，能更好地提高聚丙烯注塑成品的力学性能。
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 (7)

1.一种薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂、手性二氧化硅纤维、环己醇以及直链烷基苯磺酸钠置于同一容器中；加热至140℃以上，剪切搅拌至少1h得到预混原料；在所述搅拌过程中进行微波处理；
（2）称取聚烯烃弹性体、三元共聚聚丙烯材料、无定形聚烯烃材料以及抗氧化剂加入所述预混原料中，混合均匀；
（3）将混合均匀的原料通入挤出机中熔融挤出；
（4）冷却挤出的坯料，定形得到薄壁注塑增强聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，聚丙烯树脂为100质量份、手性二氧化硅纤维为20-30质量份、环己醇10-15质量份以及直链烷基苯磺酸钠5-15质量份。
3.根据权利要求1所述的薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，微波功率为120-240W。
4.根据权利要求3所述的薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，微波处理时间为10-25min。
5.根据权利要求4所述的薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，微波处理最早从剪切搅拌开始后0.5h开始。
6.根据权利要求1所述的薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，预混原料与聚烯烃弹性体、三元共聚聚丙烯材料、无定形聚烯烃材料、抗氧化剂的质量配比为100：5-10:10-15：6-12:1-3。
7.根据权利要求1所述的薄壁注塑增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，熔融挤出的温度不低于170℃。
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