CN111004443B - 一种中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。本发明的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料包含以下重量份的成分：聚丙烯70‑90份、中碱玻纤10‑30份和增刚成核剂0.5‑3份。本发明选用韧性较好且成本较低的中碱玻纤与增刚成核剂协同改性再生聚丙烯材料，所制备的玻纤增强再生聚丙烯材料具有优异的刚韧平衡性能，可用于需要打钉、弯折的增强材料制件当中。同时，本发明还公开一种所述中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料的制备方法与应用。

Description

一种中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，尤其是一种中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚丙烯由于其具有低密度、高性价比、无毒无味、耐腐蚀以及优异综合性能等优点而广泛应用在家电产品、办公家具以及汽车零部件等领域。但是聚丙烯比较难以降解，因此随着工业的发展，废弃聚丙烯数量在逐年增加，对于废旧聚丙烯的回收再利用就显得尤为重要。
废旧聚丙烯材料因部分老化、降解而导致其性能有所下降，简单回收再利用不能满足大部分产品的使用需求，因此，为了能够更好的利用回料，会对其进行改性，提高废旧聚丙烯的强度以及耐老化性能。
玻璃纤维对聚丙烯的增强作用改善非常明显，尤其对于废旧聚丙烯的增强改性具有重要的意义，可有效扩大废旧聚丙烯的应用领域；其中，无碱玻纤因其具有优良的化学稳定性、电绝缘性能以及力学性能而被广泛用于聚丙烯的增强改性，但是无碱玻纤增强改性聚丙烯材料具有较低的断裂伸长率，一般在2％-5％之间，导致材料在使用过程中容易发生脆断且耐弯折性较差，限制了其应用范围。
中国发明专利CN 108250565A公开了一种用于线圈骨架的高流动性耐弯折玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。该专利采用共聚聚丙烯作为基材，无碱玻纤作为增强材料，添加PP-g-MAH和POE-g-MAH作为复合材料的相容剂制备一种线圈骨架用材料，具有可耐弯折性的优点，但是材料的配方成本较高，不适合在其他应用领域里的大面积推广。
因此，开发出一种具有耐穿刺、抗弯折且具有较高刚性要求的中碱再生玻纤增强聚丙烯复合材料、以满足各应用领域的实际需要，就成为再生聚丙烯增强改性的重要课题。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种耐穿刺、抗弯折、高刚性的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，包含以下重量份的成分：聚丙烯70-90份、中碱玻纤10-30份和增刚成核剂0.5-3份。
优选地，所述聚丙烯为再生聚丙烯，或者所述聚丙烯为再生聚丙烯和聚丙烯树脂的混合物。
优选地，所述中碱玻纤的线密度为2000tex-2800tex，该直径范围的玻纤在加工中与聚丙烯具有较好的相容性，可以起到较好增刚增韧作用；所述中碱玻纤中，碱金属氧化物的质量百分含量为11-13％，低碱金属含量有利于提高材料的耐候性及电绝缘性能。本申请所述线密度的具体测试标准参考GB/T7690.1-2013。
更优选地，所述中碱玻纤的线密度为2400tex-2600tex。
优选地，所述再生聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述再生聚丙烯来源于洗衣机桶料、吨包料、日杂料中的至少一种；所述再生聚丙烯在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为10-30g/10min。
优选地，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯，所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为2-60g/10min。
优选地，所述增刚成核剂为有机磷酸酯类、山梨醇类、滑石粉中的至少一种。
优选地，所述的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，还包含以下重量份的成分：表面改性剂0-0.6份、复合抗氧剂0-0.4份、润滑剂0-0.8份；所述表面改性剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种；所述复合抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配混合物，其中，受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量比为1:1-2；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
同时，本发明还公开一种上述中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯、表面改性剂、增刚成核剂在高混机中混合1-3分钟，然后加入复合抗氧剂和润滑剂后再混合1-3分钟，得到预混料；其中，高混机的转速为1000-2000转/分钟；
(2)将预混料从主喂下料，中碱玻纤从玻纤口添加，经双螺杆熔融挤出、真空造粒，得到所述中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料；其中，螺杆各区温度为190℃-220℃。
本发明还公开了上述中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料在办公座椅家具中的用途。本发明所制得的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料不仅具有高刚性，同时还表现出优异的韧性，弯折不断且打钉不裂，适合应用于办公座椅家具材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明选用韧性较好且成本较低的中碱玻纤与增刚成核剂协同改性再生聚丙烯材料，所制备的玻纤增强再生聚丙烯材料具有优异的刚韧平衡性能，可用于需要打钉、弯折的增强材料制件当中；
(2)本发明选用中碱玻纤替无碱玻纤作为增强材料，以再生聚丙烯为主要基材，不仅大大降低了材料的成本，而且使废塑料得到了合理应用，节约资源，保护环境，减少浪费；
(3)本发明选用增刚成核剂与中碱玻纤协同，在提高聚丙烯本身结晶度的同时，使得聚丙烯分子链能够在玻纤表面形成微晶，包围在玻纤表面，提高玻纤与聚丙烯之间的相容性，有效弥补了中碱玻纤增强聚丙烯材料强度低的不足。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
现对本申请实施例及对比例所用的原材料做如下说明，包括但不限于这些材料，其他未做说明的原材料，均为市售常规材料即可：
再生聚丙烯1：底料为共聚洗衣机桶料，MFR(230℃、2.16kg)为30g/10min；
再生聚丙烯2：底料为均聚吨包料，MFR(230℃、2.16kg)为10.0g/10min；
再生聚丙烯3：底料为均聚日杂料，MFR(230℃、2.16kg)为18.0g/10min；
再生聚丙烯4：底料为均聚日杂料，MFR(230、2.16kg)为5g/10min；
聚丙烯树脂1：PP EP300M，MFR(230℃、2.16kg)为9g/10min，中海壳牌石油化工有限公司；
聚丙烯树脂2：PP AS164，MFR(230℃、2.16kg)为1g/10min，新加坡聚烯烃；
中碱玻纤1：CR21-2000，线密度为2000tex，碱金属氧化物含量为12.3％，芜湖白云玻纤有限公司；
中碱玻纤2：CR21-2500，线密度为2500tex，碱金属氧化物含量为12.2％，芜湖白云玻纤有限公司；
中碱玻纤3：CR21-2800，线密度为2800tex，碱金属氧化物含量为12.5％，芜湖白云玻纤有限公司；
中碱玻纤4：CR21-1500，线密度为1500tex，碱金属氧化物含量为12.8％，芜湖白云玻纤有限公司；
玻纤EDR14-2000-988A：无碱玻纤，中国巨石股份有限公司；
增刚成核剂1：有机磷酸酯类，芳香磷酸酯类成核剂(TMP-5)，山西省化工研究所；
增刚成核剂2：山梨醇类，二苄叉山梨醇类成核剂(TMP-3)，山西省化工研究所；
增刚成核剂3：滑石粉(TYT-777A)，3000目，广州添源化工有限责任公司；
表面改性剂：氨基硅烷偶联剂JH-A110。
复合抗氧剂：抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168按重量比1:1的复配物。
润滑剂：乙撑双硬脂酰胺。
本申请设置实施例1-14和对比例1-2，实施例1-14和对比例1-2中各成分含量选择如表1，将实施例1-14和对比例1-2的各成分按照如下方法，制备得到中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料：
(1)将聚丙烯、表面改性剂、增刚成核剂在高混机中混合1-3分钟，然后加入复合抗氧剂和润滑剂后再混合1-3分钟，得到预混料；其中，高混机的转速为1000-2000转/分钟；
(2)将预混料从主喂下料，中碱玻纤从玻纤口添加，经双螺杆熔融挤出、真空造粒，得到所述中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料；其中，螺杆各区温度为190℃-220℃。
表1实施例和对比例中玻纤增强再生聚丙烯复合材料组成及性能
Figure BDA0002328262340000051
将上述实施例1-14和对比例1-2中的样品按照统一工艺注塑成国标样条，按照表2中所列的测试标准和条件对其分别进行机械性能测试，测试数据如下表3所示。
表2复合材料的性能测试标准和条件
测试项目 单位 试验方法
拉伸强度 MPa GB/T1040
断裂伸长率 ％ GB/T1040
悬臂梁缺口冲击强度(23℃) kJ/m<sup>2</sup> GB/T1843
弯曲强度 MPa GB/T9341
弯曲模量 MPa GB/T9341
气动打钉测试 开裂或不裂 JB/T 7739-2010
弯折测试 发生断裂的弯折次数 GB注塑拉伸样条对折
备注：气动打钉测试的标准样品为100mm*100mm*3mm的注塑方板
表3实施例1-14与对比例1-2中各复合材料的性能测试结果
Figure BDA0002328262340000061
从表3中的数据可以看出，本申请实施例中，中碱玻纤增强改性的聚丙烯材料在打钉过程中都不容易开裂，但是不同再生聚丙烯底料的选择、中碱玻纤的线径大小选择、成核剂的选择、聚丙烯树脂的添加均会影响复合材料的耐弯折性能和刚性。
与对比例1对比，实施例1～3中选用中碱玻纤替无碱玻纤作为增强材料，与增刚成核剂协同增强增韧，可以在保证材料刚性的同时，其耐弯折性能得到大大提升；而对比例1中用无碱玻纤增强改性聚丙烯材料具有较低的断裂伸长率，导致材料在使用过程中容易发生脆断且耐弯折性较差，限制了其应用范围；将实施例2与实施例1、实施例3、实施例13对比发现，实施例2中的中碱玻纤线密度在优选的范围内，即在2400tex-2600tex，其刚性与耐弯折性能表现最好；与对比例2相比，本申请实施例中成核剂的添加可以较大幅度提高材料的拉伸强度和弯曲强度；将实施例2与实施例10对比发现，聚丙烯树脂的添加可以大幅度提高材料的耐弯折性能与刚性，进一步提高再生聚丙烯的性能，扩大废旧聚丙烯的应用领域，有利于再生聚丙烯的回收利用；将实施例10和实施例12对比可知，当聚丙烯树脂的熔体流动速率在2-60g/10min范围时，复合材料的刚性与韧性较好；将实施例2、4、5与实施例14对比可知，当再生聚丙烯的熔体流动速率在10-30g/10min范围内时，复合材料的刚性与韧性较好。
综上实施例数据分析可以得出，本发明的一种耐穿刺、抗弯折、高刚性中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料具有优异的刚韧平衡特性，特别适合于办公座椅家具中零部件的使用。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，其特征在于，包含以下重量份的成分：聚丙烯70-90份、中碱玻纤10-30份和增刚成核剂 0.5 -3份；
所述中碱玻纤的线密度为2400 tex-2600 tex；
所述增刚成核剂为有机磷酸酯类或滑石粉。
2.如权利要求1所述的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为再生聚丙烯，或者所述聚丙烯为再生聚丙烯和聚丙烯树脂的混合物。
3.如权利要求1所述的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，其特征在于，所述中碱玻纤中，碱金属氧化物的质量百分含量为11-13%。
4.如权利要求2所述的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，其特征在于，所述再生聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述再生聚丙烯在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为10-30 g/10min。
5.如权利要求2所述的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯，所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为2-60 g/10min。
6.如权利要求1所述的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料，其特征在于，还包含以下重量份的成分：表面改性剂0-0.6份、复合抗氧剂0-0.4份、润滑剂0 -0.8份；所述表面改性剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种；所述复合抗氧剂为受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配混合物，其中，受阻酚抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量比为1:1-2；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
7.如权利要求6所述的中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将聚丙烯、表面改性剂、增刚成核剂在高混机中混合1-3分钟，然后加入复合抗氧剂和润滑剂后再混合1-3分钟，得到预混料；其中，高混机的转速为1000-2000转/分钟；
（2）将预混料从主喂下料，中碱玻纤从玻纤口添加，经双螺杆熔融挤出、真空造粒，得到所述中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料；其中，螺杆各区温度为190℃-220℃。
8.如权利要求1~6任一项所述中碱玻纤增强再生聚丙烯复合材料在办公座椅家具中的用途。
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