CN111500009A - 一种增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强聚丙烯材料，按重量份计，包括：a、10‑90份的聚丙烯树脂；b、0.5‑25份的相容剂；c、5‑60份增强纤维；d、0.1‑20份的低硬度色粉；所述增强纤维包括组分I和组分II：组分I：由长度为0.3mm‑0.9mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为55%‑75%；组分II：由长度为1.1mm‑1.9mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为12%‑35%。本发明选用在增强聚丙烯材料配方中调节增强纤维的长度及含量分布，极大地在增强聚丙烯材料中保持增强纤维保留长度，并结合特定含量的低硬度色粉，并辅以特定含量的相容剂，得到的增强聚丙烯材料的低温韧性和长耐候性能得到明显改善。

Description

一种增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，特别涉及一种增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯材料是目前用量最大的高分子材料，具有优异的加工性能和力学性能等优点，被广泛应用于日常生活和工业生产领域，如：农用薄膜、电线电缆、通讯、房屋建筑和航空制造业等。
常规的增强聚丙烯材料通常使用玻璃纤维作为增强介质，利用玻璃纤维的高强度高刚性提高产品强度和耐热。但是常规的玻璃纤维增强聚丙烯材料具有耐光老化和热老化性能差，低温韧性不好等缺陷，无法在环境较恶劣的场合长期使用。
本发明人经过大量实验惊讶地发现，选用在增强聚丙烯材料配方中调节增强纤维的长度及含量分布，极大地在增强聚丙烯材料中保持增强纤维保留长度，并结合特定含量的低硬度色粉，并辅以特定含量的相容剂，在不添加增韧剂和常规耐候助剂的情况下，得到的增强聚丙烯材料的低温韧性和长耐候性能得到明显改善，从而能够满足材料的长期使用要求。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种低温韧性和长耐候性能得到明显改善的增强聚丙烯材料。
本发明的另一目的是提供上述增强聚丙烯材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种增强聚丙烯材料，按重量份计，包括以下组成：
a、10份-90份的聚丙烯树脂；
b、0.5份-25份的相容剂；
c、5份-60份增强纤维；
d、0.1份-20份的低硬度色粉；
所述增强纤维包括组分I和组分II：
组分I：由长度为0.3mm-0.9mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为55%-75%；
组分II：由长度为1.1mm-1.9mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为12%-35%。
增强纤维增强作用的效果，与增强纤维在基体树脂中分散状态、分布均匀性、取向以及与基体树脂的界面状态有关，一般地玻纤保留长度越长，力学性能和耐热性能就越高。当增强纤维的长度过短，玻纤的保留长度过短，材料的刚性，耐热都会大打折扣；当增强纤维的长度过长，塑料粒子太长，影响加工过程中投料。
其中，所述增强纤维中组分I占增强纤维的根数百分比为60%-70%。
其中，所述增强纤维中组分II占增强纤维的根数百分比为20%-30%。
其中，所述增强纤维选自玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维中的一种或一种以上；所述增强纤维的直径为5-20微米。
其中，所述低硬度色粉的莫氏硬度＜6；优选为莫氏硬度为0.1-4。
其中，所述低硬度色粉选自锌白、硫化锌、钡白、锑白、锌钡白、铅白、碳酸钙、滑石粉、高岭土、硫酸钡、二氧化钛中的一种或一种以上。
其中，所述聚丙烯树脂选自均聚聚丙烯PP-H、嵌段共聚聚丙烯PP-B、无规共聚聚丙烯PP-R中的一种或一种以上。
其中，所述相容剂为极性单体与聚丙烯的接枝聚合物，其中极性单体选自马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯类衍生物中的一种或几种的混合物。
本发明还提供上述增强聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
按照配方含量称量各组分，并将除增强纤维外的各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统；同时将增强纤维加入双螺杆挤出机的侧喂料系统，然后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到增强聚丙烯材料。
其中双螺杆挤出机侧喂系统可以调节位置，增强纤维可以在第一至第十区进入挤出机螺杆，以及在挤出机模头再加入，然后和聚丙烯熔体直接结合。
其中双螺杆挤出机一至二区温度为120℃-160℃，三至五区温度为180℃-300℃，五至十区温度为180℃-300℃，螺杆转速为300 rpm-600rpm。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明选用在增强聚丙烯材料配方中调节增强纤维的长度及含量分布，极大地在增强聚丙烯材料中保持增强纤维保留长度，并结合特定含量的低硬度色粉，并辅以特定含量的相容剂，在不添加增韧剂和常规耐候助剂的情况下，得到的增强聚丙烯材料的低温韧性和长耐候性能得到明显改善，从而能够满足材料的长期使用要求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
各性能的测试标准或方法：
增强纤维的长度以及分布的测试方法：注塑后的缺口冲击强度样条首先采用高温灼烧的方案将增强纤维在基体中分离出，再使用自动成像分析技术对增强纤维长度进行测量，测试数目在2000根左右。
耐低温韧性：同时测量常温缺口冲击强度和-40℃缺口冲击强度；测试标准：ISO180/1A；
长耐候性能：ISO 4892-2 氙灯老化100h后测量色差。
本发明中使用的聚丙烯树脂：
聚丙烯树脂：嵌段共聚聚丙烯PP-B：PP SP179，兰州石化；
本发明中使用的相容剂：
马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH：厂家Polyram；型号：1001CN；
本发明中使用的增强纤维：
玻璃纤维：直径为10微米，ER4305PM-2400，巨石玻纤；
石英纤维：直径为5微米，石英纤维无捻纱SJ114，河南神玖天航新材料股份有限公司；
玄武岩纤维：直径为15微米，玄武岩纤维无捻纱，浙江石金玄武岩纤维有限公司；
本发明中使用的低硬度色粉：
锌白，莫氏硬度为3.0，沧州杰威锌业有限公司；
锑白，莫氏硬度为3.5，常德辰州锑品有限公司；
二氧化钛-1，莫氏硬度为5.0，BX-200，河北廊坊奇彩钛白粉制造有限公司；
二氧化钛-2，莫氏硬度为7.5，RX-237，河北廊坊奇彩钛白粉制造有限公司；
增韧剂：POE DF610，新加坡三井化学有限公司；
耐候助剂：UV-531，湖北美峰贸易有限公司。
实施例1-8及对比例1-6：增强聚丙烯材料的制备
按照配方含量称量各组分，并将除增强纤维外的各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统；同时将增强纤维加入双螺杆挤出机的侧喂料系统，然后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到增强聚丙烯材料。
其中挤出机侧喂系统可以调节位置，增强纤维可以在第一至第十区进入挤出机螺杆，以及在挤出机模头再加入，然后和聚丙烯熔体直接结合。
其中挤出机一至二区温度为120℃-160℃，三至五区温度为180℃-300℃，五至十区温度为180℃-300℃，螺杆转速为300 rpm-600rpm。
表1 各实施例与对比例中各组分的具体配比（重量份）及各性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
续表1
Figure 908261DEST_PATH_IMAGE002
。

Claims (11)

1.一种增强聚丙烯材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组成：
a、10份-90份的聚丙烯树脂；
b、0.5份-25份的相容剂；
c、5份-60份增强纤维；
d、0.1份-20份的低硬度色粉；
所述增强纤维包括组分I和组分II：
组分I：由长度为0.3mm-0.9mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为55%-75%；
组分II：由长度为1.1mm-1.9mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为12%-35%。
2.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述增强纤维中组分I占增强纤维的根数百分比为60%-70%。
3.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述增强纤维中组分II占增强纤维的根数百分比为20%-30%。
4.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述增强纤维选自玻璃纤维、石英纤维，玄武岩纤维中的一种或一种以上；所述增强纤维的直径为5-20微米。
5.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述低硬度色粉的莫氏硬度＜6；优选为莫氏硬度为0.1-4。
6.根据权利要求1或5所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述低硬度色粉选自锌白、硫化锌、钡白、锑白、锌钡白、铅白、碳酸钙、滑石粉、高岭土、硫酸钡、二氧化钛中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂选自均聚聚丙烯PP-H、嵌段共聚聚丙烯PP-B、无规共聚聚丙烯PP-R中的一种或一种以上。
8.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂为极性单体与聚丙烯的接枝聚合物，其中极性单体选自马来酸酐、丙烯酸和丙烯酸酯类衍生物中的一种或几种的混合物。
9.一种包含权利要求1-8任一项所述的增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照配方含量称量各组分，并将除增强纤维外的各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统；同时将增强纤维加入双螺杆挤出机的侧喂料系统，然后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到增强聚丙烯材料。
10.根据权利要求9所述的增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的侧喂料系统可以调节位置，增强纤维可以在第一至第十区进入挤出机螺杆，以及在挤出机模头加入，然后和聚丙烯熔体直接结合。
11.根据权利要求9或10所述的增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机一至二区温度为120℃-160℃，三至五区温度为180℃-300℃，五至十区温度为180℃-300℃，螺杆转速为300 rpm-600rpm。
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