CN111635589A - 一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：玻璃纤维表面酸液腐蚀；将过氧化二异丙苯溶于溶剂中，并将玻璃纤维浸渍在其中；称取聚丙烯树脂、马来酸酐以及处理的玻璃纤维，混合、熔融挤出、冷却，得到成品。本发明通过聚丙烯树脂和马来酸酐在玻纤表面负载的过氧化二异丙苯的引发下，生成马来酸酐接枝聚丙烯；由于其就生成于玻璃纤维附近，故而能更好地发挥该物质的作用，使玻璃纤维更好地融合在聚丙烯基材中，从而可以提高聚丙烯复合材料及其注塑成品的力学性能。同时本发明在制备聚丙烯复合材料的同时制备马来酸酐接枝聚丙烯，避免了额外制备或者外购马来酸酐接枝聚丙烯，节省了生产成本。

Description

一种高模量高抗冲击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，尤其涉及一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯是五大通用塑料之一，价格低廉，具有良好的化学稳定性和耐热性，不吸水，不受周围环境湿度的影响，综合性能良好，在工业上得到广泛的应用。在车用领域中，出于安全性的考量，目前对聚丙烯的力学性能的要求越来越高。因此如何提高聚丙烯材料的力学性能成为研究的重点。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种高模量高抗冲击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：提供了一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
采用喷雾装置向玻璃纤维喷涂酸液；静置、清洗；
将过氧化二异丙苯溶于溶剂中，之后将经上步骤处理的玻璃纤维浸渍在其中；之后取出玻璃纤维，加热去除溶剂，控制处理后玻璃纤维增重1-5%；
称取聚丙烯树脂、马来酸酐以及经上步骤处理的玻璃纤维，并混合；
将混合后得到的混合物熔融挤出；
挤出坯料冷却，得到高模量高抗冲击聚丙烯复合材料。
作为一种优选方案，所述酸液为15-30wt%的氢氟酸溶液。
作为一种更优选方案，喷涂所述酸液后，将玻璃纤维静置至少15s。
作为一种更优选方案，喷涂所述酸液前，对玻璃纤维进行清洗。
作为一种更优选方案，所述玻璃纤维采用4.5mm的短玻纤508A，其单丝直径为8-10μm。
作为一种优选方案，所述溶剂为异丙苯，过氧化二异丙苯与异丙苯的质量比为1:6-12。
作为一种更优选方案，所述玻璃纤维浸渍在过氧化二异丙苯的异丙苯溶液中时间至少为0.5min。
作为一种更优选方案，所述玻璃纤维在浸渍取出后，在150-160℃下将异丙苯蒸馏收集回用。
作为一种优选方案，称取聚丙烯树脂100质量份、马来酸酐1-4质量份、经处理的玻璃纤维12-25质量份、填料10-25质量份以及抗氧化剂0.8-1.5质量份，并混合。
作为一种更优选方案，所述填料的粒径为10-20µm。
本发明的有益技术效果在于：提供了一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法。本发明通过聚丙烯树脂和马来酸酐在玻纤表面负载的过氧化二异丙苯的引发下，发生接枝反应而生成马来酸酐接枝聚丙烯；由于马来酸酐接枝聚丙烯就生成于玻璃纤维附近，故而能更好地发挥该物质的作用，使玻璃纤维更好地融合在聚丙烯基材中，从而可以提高聚丙烯复合材料及其注塑成品的力学性能。同时本发明在制备聚丙烯复合材料的同时制备马来酸酐接枝聚丙烯，避免了额外制备或者外购马来酸酐接枝聚丙烯，节省了生产成本。
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
一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将玻璃纤维浸泡到清洁液中，在35℃下超声处理1min后清洗干燥；采用喷雾装置向玻璃纤维喷涂20wt%的氢氟酸水溶液，使氢氟酸溶液均匀分布在玻璃纤维表面；之后静置20s，使氢氟酸对玻纤表面进行腐蚀，可提高玻纤表面粗糙度，从而提高后续过氧化二异丙苯在玻纤表面的负载效果；之后清洗烘干；采用喷雾的方式可以使上到玻璃纤维表面的氢氟酸更均匀，从而使玻纤表面腐蚀程度更加均匀。
其中，玻纤采用4.5mm的短玻纤508A，其单丝直径为8-10μm。
（2）将经步骤（1）处理的玻璃纤维浸渍在过氧化二异丙苯的异丙苯溶液（浓度为10wt%）中1.5min；之后取出，在150-160℃下将异丙苯蒸馏收集回用；恒重后玻璃纤维增重3%，即附着在玻璃纤维表面的过氧化二异丙苯的量为玻纤自量的3%。
（3）称取聚丙烯树脂100质量份、马来酸酐2质量份、经步骤（2）处理的玻璃纤维15质量份、填料20质量份以及抗氧化剂1质量份；将原料混合均匀。
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；填料为采用环氧树脂包覆改性的滑石粉，其粒径为10-20µm。
（4）将步骤（3）得到的混合物通入双螺杆挤出机中熔融挤出；各工区的温度控制在190-240℃，压力为15-18MPa。
在熔融过程中，聚丙烯树脂和马来酸酐在玻纤表面负载的过氧化二异丙苯的引发下，发生接枝反应而生成马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH），该物质可以提高聚丙烯树脂和玻璃纤维之间的相容性；由于马来酸酐接枝聚丙烯就生成于玻璃纤维附近，故而能更好地发挥该物质的作用，使玻璃纤维更好地融合在聚丙烯基材中，从而可以提高聚丙烯复合材料及其注塑成品的力学性能。
（5）挤出坯料用20℃的循环冷却水冷却；之后造粒得到高模量高抗冲击聚丙烯复合材料。
实施例2
一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将玻璃纤维浸泡到清洁液中，在30℃下超声处理2min后清洗干燥；采用喷雾装置向玻璃纤维喷涂15wt%的氢氟酸水溶液，使氢氟酸溶液均匀分布在玻璃纤维表面；之后静置30s，使氢氟酸对玻纤表面进行腐蚀；之后清洗烘干。
（2）将经步骤（1）处理的玻璃纤维浸渍在过氧化二异丙苯的异丙苯溶液（浓度为12wt%）中0.5min；之后取出，在150-160℃下将异丙苯蒸馏收集回用；恒重后玻璃纤维增重1%。
（3）称取聚丙烯树脂100质量份、马来酸酐1质量份、经步骤（2）处理的玻璃纤维25质量份、填料10质量份以及抗氧化剂0.8质量份；将原料混合均匀。
（4）将步骤（3）得到的混合物通入双螺杆挤出机中熔融挤出；各工区的温度控制在190-240℃，压力为15-18MPa。
（5）挤出坯料用20℃的循环冷却水冷却；之后造粒得到高模量高抗冲击聚丙烯复合材料。
实施例3
一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将玻璃纤维浸泡到清洁液中，在35℃下超声处理1min后清洗干燥；采用喷雾装置向玻璃纤维喷涂30wt%的氢氟酸水溶液，使氢氟酸溶液均匀分布在玻璃纤维表面；之后静置15s，使氢氟酸对玻纤表面进行腐蚀；之后清洗烘干。
（2）将经步骤（1）处理的玻璃纤维浸渍在过氧化二异丙苯的异丙苯溶液（浓度为8wt%）中3min；之后取出，在150-160℃下将异丙苯蒸馏收集回用；恒重后玻璃纤维增重5%。
（3）称取聚丙烯树脂100质量份、马来酸酐4质量份、经步骤（2）处理的玻璃纤维12质量份、填料25质量份以及抗氧化剂1.5质量份；将原料混合均匀。
（4）将步骤（3）得到的混合物通入双螺杆挤出机中熔融挤出；各工区的温度控制在190-240℃，压力为15-18MPa。
（5）挤出坯料用20℃的循环冷却水冷却；之后造粒得到高模量高抗冲击聚丙烯复合材料。
对比例1
本对比例与实施例1不同之处在于：不对玻璃纤维表面进行处理，不在玻璃纤维表面负载过氧化二异丙苯，并采用现成的马来酸酐接枝聚丙烯。
具体为：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、马来酸酐接枝聚丙烯2.5质量份、玻璃纤维14.5质量份、填料20质量份以及抗氧化剂1质量份；将原料混合均匀。
（2）将步骤（2）得到的混合物通入双螺杆挤出机中熔融挤出；各工区的温度控制在190-240℃，压力为15-18MPa。
（3）挤出坯料循环冷却水冷却；之后造粒得到高模量高抗冲击聚丙烯复合材料。
性能测试：
将实施例1-3以及对比例1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：夹距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14mm/min。
弯曲模量测试：参考标准：ISO178；测试条件：跨距64mm，速度2mm/min。
无缺口冲击强度测试：参考标准：ISO179；测试条件：跨距62mm。
缺口冲击强度测试：参考标准：ISO179；测试条件：跨距62mm，缺口深度1/3D。
检测结果如下：
实施例1：
拉伸强度：70Mpa、弯曲强度：90Mpa、弯曲模量：4000Mpa、无缺口冲击强度：40J·m-2、缺口冲击强度：10KJ·m-2。
实施例2：
拉伸强度：70Mpa、弯曲强度：88Mpa、弯曲模量：3800Mpa、无缺口冲击强度：35J·m-2、缺口冲击强度：8KJ·m-2。
实施例3：
拉伸强度：72Mpa、弯曲强度：91Mpa、弯曲模量：4000Mpa、无缺口冲击强度：42J·m-2、缺口冲击强度：10KJ·m-2。
对比例1：
拉伸强度：55Mpa、弯曲强度：70Mpa、弯曲模量：3200Mpa、无缺口冲击强度：30J·m-2、缺口冲击强度：5KJ·m-2。
根据检测结果可以发现：实施例1-3所得到的聚丙烯材料所注塑成的样品的力学性能相比对比例1的样品更好；这是由于马来酸酐接枝聚丙烯分布于玻璃纤维附近，能更好地发挥该物质的作用，使玻璃纤维更好地融合在聚丙烯基材中，从而可以提高聚丙烯复合材料的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 (10)

1.一种高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
采用喷雾装置向玻璃纤维喷涂酸液；静置、清洗；
将过氧化二异丙苯溶于溶剂中，之后将经上步骤处理的玻璃纤维浸渍在其中；之后取出玻璃纤维，加热去除溶剂，控制处理后玻璃纤维增重1-5%；
称取聚丙烯树脂、马来酸酐以及经上步骤处理的玻璃纤维，并混合；
将混合后得到的混合物熔融挤出；
挤出坯料冷却，得到高模量高抗冲击聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述酸液为15-30wt%的氢氟酸溶液。
3.根据权利要求2所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：喷涂所述酸液后，将玻璃纤维静置至少15s。
4.根据权利要求3所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：喷涂所述酸液前，对玻璃纤维进行清洗。
5.根据权利要求4所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维采用4.5mm的短玻纤508A，其单丝直径为8-10μm。
6.根据权利要求1所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为异丙苯，过氧化二异丙苯与异丙苯的质量比为1:6-12。
7.根据权利要求6所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维浸渍在过氧化二异丙苯的异丙苯溶液中时间至少为0.5min。
8.根据权利要求7所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维在浸渍取出后，在150-160℃下将异丙苯蒸馏收集回用。
9.根据权利要求1所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：称取聚丙烯树脂100质量份、马来酸酐1-4质量份、经处理的玻璃纤维12-25质量份、填料10-25质量份以及抗氧化剂0.8-1.5质量份，并混合。
10.根据权利要求9所述的高模量高抗冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述填料的粒径为10-20µm。
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