CN111019165A - 一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，取连续玻璃纤维浸渍于丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散10～20分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；将低粘度聚丙烯树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、苯乙烯单体和过氧化二异丙苯按照一定比例在100～150℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；然后将表面改性的连续玻璃纤维加入到接枝改性浆料中，依次加入功能助剂，搅拌混合均匀，在螺杆挤出机中，于170～190℃下熔融挤出，造粒，干燥后即得。本发明通过对连续玻璃纤维和低粘度聚丙烯树脂进行同时改性，以增强连续玻璃纤维和低粘度聚丙烯树脂的相容性和粘结性，制备得到的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料机械性能具有显著的提升。

Description

一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚丙烯复合材料领域，具体是一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
长玻纤增强聚丙烯(Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene.简称LGFPP)是倍受人们关注的新品种之一。作为汽车模块载体材料，该材料不仅能有效地提高制品的刚性、抗冲击强度、抗蠕变性能和尺寸稳定性，而且可以做出复杂的汽车模块制品。由于强度的要求，以往的模块载体通常由以聚丙烯为基材的玻璃纤维毡增强热塑性材料(GMT)或金属板材经冲压制得。由于采用压制成型，很难对多种零件进行集成。而为了提高刚性和强度以及为了得到薄的成型厚度，还需要使用加强筋。此外，还需要通过其他步骤来去除成型零件的飞边和毛刺。上述所有因素都制约了汽车模块制品重量和成本的降低。由于金属不适合成型复杂的形状，限制了它在很多零件中的应用，这也阻碍了成本的下降。与此相反，采用长玻纤增强塑料注射成型则可以克服上述诸多弊病。然而，玻璃纤维在注射成型的过程中可能被损坏而得不到所需的强度。
PP(聚丙烯)树脂分子呈非极性结晶型线型结构，表面活性低，无极性。存在表面印刷性不良；涂布粘接不良；与极性高聚物难以共混；与极性增强纤维、填料难以相容的缺点。接技改性是向其大分子链上引入极性基团，实现改善PP的共混性、相容性和粘结性，达到克服难共混、难相容与难粘接的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，对聚丙烯进行接枝改性，以增强与连续长玻纤相容性，从而制备得到性能更好的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，包括如下按质量份计的组份：
Figure BDA0002350500960000011
Figure BDA0002350500960000021
其中，所述连续玻璃纤维强度大于2500Mpa，纤维直径为12～20微米，线密度为1500～4000TEX。
所述丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液为以水分散的乳液，固含量为48～60wt％。丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液一方面用于分散连续玻璃纤维，并改善连续玻璃纤维表面极性，并在后续熔融挤出过程中，参与到接枝反应中，增强连续玻璃纤维与低粘度聚丙烯树脂之间的粘结牢固性。
所述阻燃剂为无卤型金属氢氧化物阻燃剂，优选氢氧化镁和氢氧化铝。
所述偶联剂为KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171硅烷偶联剂。
所述交联剂为UF树脂交联剂。
所述抗氧化剂为芳香胺、受阻酚、亚磷酸酯、硫代酯中的任意一种或几种的组合。
本发明还提供上述连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取连续玻璃纤维浸渍于丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散10～20分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；
(2)将低粘度聚丙烯树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、苯乙烯单体和过氧化二异丙苯在100～150℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；
(3)将步骤(1)表面改性的连续玻璃纤维加入到步骤(2)接枝改性浆料中，再依次加入阻燃剂、超细碳酸钙、偶联剂、交联剂和抗氧化剂，搅拌混合均匀，在螺杆挤出机中，于170～190℃下熔融挤出，造粒，干燥后即得。
其中，甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、苯乙烯单体作为极性单体，通过后续熔融挤出过程中，对低粘度聚丙烯树脂进行接枝改性，以增强聚丙烯树脂与连续玻璃纤维之间的相容性；过氧化二异丙苯作为接枝反应中的引发剂。
优选地，所述螺杆挤出机的螺杆转速为30～40r/min，不易过快挤出，防止对连续玻璃纤维造成破坏。
有益效果：
本发明通过对连续玻璃纤维和低粘度聚丙烯树脂进行同时改性，以增强连续玻璃纤维和低粘度聚丙烯树脂的相容性和粘结性，制备得到的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料机械性能具有显著的提升。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
以下实施例中，所用的原料来源如下：
连续玻璃纤维，362J、362K、352B，购自中国巨石集团。
低粘度聚丙烯树脂，HP500W，巴塞尔LyondellBasell。
甲基丙烯酸缩水甘油酯单体(GMA)，分子量142.15，购自广州双键贸易有限公司。
苯乙烯(St)单体，解放军九零六六工厂。
过氧化二异丙苯(DCP)，抚顺化工五厂。
实施例1
(1)取362J连续玻璃纤15kg浸渍于固含量48wt％的50L丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散10分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；
(2)取100kg低粘度聚丙烯树脂、5kg甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、2kg苯乙烯单体和0.2kg过氧化二异丙苯在100℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；
(3)将步骤(1)得到的表面改性的连续玻璃纤维加入到步骤(2)接枝改性浆料中，再依次加入氢氧化镁2kg、超细碳酸钙4kg、KH550偶联剂6kg、UF树脂交联剂5kg、芳香胺5kg，搅拌混合均匀，进入螺杆挤出机，在螺杆转速为40r/min，190℃下熔融挤出，造粒，干燥后得到连续长玻纤增强聚丙烯复合材料。
实施例2
(1)取362K连续玻璃纤20kg浸渍于固含量55wt％的50L丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散15分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；
(2)取100kg低粘度聚丙烯树脂、6kg甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、3kg苯乙烯单体和0.3kg过氧化二异丙苯在120℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；
(3)将步骤(1)得到的表面改性的连续玻璃纤维加入到步骤(2)接枝改性浆料中，再依次加入氢氧化镁2kg、超细碳酸钙4kg、KH550偶联剂5kg、UF树脂交联剂4kg、芳香胺4kg，搅拌混合均匀，进入螺杆挤出机，在螺杆转速为30r/min，180℃下熔融挤出，造粒，干燥后得到连续长玻纤增强聚丙烯复合材料。
实施例3
(1)取352B连续玻璃纤30kg浸渍于固含量60wt％的50L丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散20分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；
(2)取100kg低粘度聚丙烯树脂、8kg甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、5kg苯乙烯单体和0.5kg过氧化二异丙苯在150℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；
(3)将步骤(1)得到的表面改性的连续玻璃纤维加入到步骤(2)接枝改性浆料中，再依次加入氢氧化镁1kg、超细碳酸钙2kg、KH550偶联剂3kg、UF树脂交联剂2kg、芳香胺2kg，搅拌混合均匀，进入螺杆挤出机，在螺杆转速为30r/min，170℃下熔融挤出，造粒，干燥后得到连续长玻纤增强聚丙烯复合材料。
对比例1
(1)取100kg低粘度聚丙烯树脂、6kg甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、3kg苯乙烯单体和0.3kg过氧化二异丙苯在120℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；
(3)将362K连续玻璃纤20kg加入到步骤(1)接枝改性浆料中，再依次加入氢氧化镁2kg、超细碳酸钙4kg、KH550偶联剂5kg、UF树脂交联剂4kg、芳香胺4kg，搅拌混合均匀，进入螺杆挤出机，在螺杆转速为30r/min，180℃下熔融挤出，造粒，干燥后得到连续长玻纤改性聚丙烯复合材料。
对比例2
(1)取362K连续玻璃纤20kg浸渍于固含量55wt％的50L丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散15分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；
(2)将步骤(1)得到的表面改性的连续玻璃纤维加入到100kg低粘度聚丙烯树脂中，再依次加入氢氧化镁2kg、超细碳酸钙4kg、KH550偶联剂5kg、UF树脂交联剂4kg、芳香胺4kg，搅拌混合均匀，进入螺杆挤出机，在螺杆转速为30r/min，180℃下熔融挤出，造粒，干燥后得到连续长玻纤增强聚丙烯复合材料。
对比例3
取362K连续玻璃纤20kg加入到100kg低粘度聚丙烯树脂中，再依次加入氢氧化镁2kg、超细碳酸钙4kg、KH550偶联剂5kg、UF树脂交联剂4kg、芳香胺4kg，搅拌混合均匀，进入螺杆挤出机，在螺杆转速为30r/min，180℃下熔融挤出，造粒，干燥后得到连续长玻纤增强聚丙烯复合材料。
对比例4
(1)取362K连续玻璃纤20kg浸渍于固含量55wt％的50L丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散15分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；
(2)取100kg低粘度聚丙烯树脂、6kg甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、0.3kg过氧化二异丙苯在120℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；
(3)将步骤(1)得到的表面改性的连续玻璃纤维加入到步骤(2)接枝改性浆料中，再依次加入氢氧化镁2kg、超细碳酸钙4kg、KH550偶联剂5kg、UF树脂交联剂4kg、芳香胺4kg，搅拌混合均匀，进入螺杆挤出机，在螺杆转速为30r/min，180℃下熔融挤出，造粒，干燥后得到连续长玻纤增强聚丙烯复合材料。
表1给出了以上实施例和对比例制备的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的主要性能。其中，玻纤含量测试标准按照GB/T 9345，拉伸强度按照ISO527 Part1/2，弯曲强度和弯曲模量按照ISO178，Izod缺口抗冲击性能ASTM D256，热变形温度ISO75Part1/2。
表1
Figure BDA0002350500960000061
从以上表格可以看出，本发明通过对连续玻璃纤维和低粘度聚丙烯树脂进行同时改性，以增强连续玻璃纤维和低粘度聚丙烯树脂的相容性和粘结性，能够在聚丙烯树脂中引入更多的玻璃纤维。
此外，从实施例2和对比例4比较来看，虽然甲基丙烯酸缩水甘油酯单体和苯乙烯(St)单体均可以接枝在PP上，改善PP与玻纤的相容性。但同时也伴随着较严重的PP降解。而采用多组分单体接枝体系，通过加入甲基丙烯酸缩水甘油酯单体和St单体，能够有效地控制PP的降解，大幅度提高接枝率，从而提高PP的表面极性，同时又保持了PP的机械力学性能。
本发明提供了一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按质量份计的组份：
Figure FDA0002350500950000011
2.根据权利要求1所述的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述连续玻璃纤维强度大于2500Mpa，纤维直径为12～20微米，线密度为1500～4000TEX。
3.根据权利要求1所述的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液为以水分散的乳液，固含量为48～60wt％。
4.根据权利要求1所述的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为无卤型金属氢氧化物阻燃剂。
5.根据权利要求1所述的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述交联剂为UF树脂交联剂。
7.根据权利要求1所述的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为芳香胺、受阻酚、亚磷酸酯、硫代酯中的任意一种或几种的组合。
8.权利要求1～7中任意一种连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取连续玻璃纤维浸渍于丁二烯与苯乙烯无规共聚物乳液中，超声分散10～20分钟，得到表面改性的连续玻璃纤维；
(2)将低粘度聚丙烯树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、苯乙烯单体和过氧化二异丙苯在100～150℃下混合均匀，得到接枝改性浆料；
(3)将步骤(1)表面改性的连续玻璃纤维加入到步骤(2)接枝改性浆料中，再依次加入阻燃剂、超细碳酸钙、偶联剂、交联剂和抗氧化剂，搅拌混合均匀，在螺杆挤出机中，于170～190℃下熔融挤出，造粒，干燥后即得。
9.根据权利要求5所述的连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，所述螺杆挤出机的螺杆转速为30～40r/min。
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