CN111690208A - 一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料，按质量百分比计，包括以下组分：聚丙烯60％‑75％、表面改性玄武岩纤维10％‑25％、增强剂2％‑10％、相容剂2％‑5％、抗氧剂0.2％‑0.4％和润滑剂0.05％‑0.2％，所述表面改性玄武岩纤维为经过白油和硅烷偶联剂表面处理的玄武岩纤维。本发明采用白油和硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面处理，改善玄武岩纤维与聚丙烯材料的相容性和结合性能；通过合理调整聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂的用量，提高玄武岩纤维增强聚丙烯材料力学性能，降低玄武岩纤维增强聚丙烯的线膨胀系数。

Description

一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料管材技术领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
纤维增强聚丙烯复合管材是一种性能优越的复合管材，一般为三层结构，外层和内层为未经过改性的聚丙烯材料，中间层可以为经过玄武岩纤维增强改性的聚丙烯材料，中间层经过改性的聚丙烯材料不但具备聚丙烯本身良好的化学性能，又具备了玄武岩纤维的力学性能，从而增强管材的强度，降低其线膨胀系数，使得复合管材的整体性能获得提升。然而，玄武岩纤维与聚丙烯材料的相容性和结合力较差，容易影响复合管材的力学性能，因此，需要对玄武岩纤维增强聚丙烯材料的配方组成及制备工艺进行调整，以提高玄武岩纤维与聚丙烯树脂的相容性和结合力，从而提高玄武岩纤维增强聚丙烯材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，本发明制备的玄武岩纤维增强聚丙烯材料中，玄武岩纤维与聚丙烯材料在分子层面能够更好的结合，能够有效增强聚丙烯材料的力学性能，降低材料的线膨胀系数。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料，按质量百分比计，包括以下组分：聚丙烯60％-75％、表面改性玄武岩纤维10％-25％、增强剂2％-10％、相容剂2％-5％、抗氧剂0.2％-0.4％和润滑剂0.05％-0.2％，所述表面改性玄武岩纤维为经过白油和硅烷偶联剂表面处理的玄武岩纤维。
本发明对玄武岩纤维进行表面处理，改善玄武岩纤维与聚丙烯材料的相容性和结合性能；本发明通过优选聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂的配比，提高玄武岩纤维增强聚丙烯材料力学性能，降低线膨胀系数，该玄武岩纤维增强聚丙烯材料可作为多层复合聚丙烯管材中间层的增强材料。
相较于其它偶联剂，本发明采用白油和硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行预处理，更有利于提高玄武岩纤维与聚丙烯树脂的相容性和结合力。
优选地，所述表面改性玄武岩纤维中，白油和硅烷偶联剂的质量比为5:1，硅烷偶联剂的用量为玄武岩纤维的质量的0.5～1.5％，更优选为1％，更有利于提高玄武岩纤维和聚丙烯材料的相容性和结合性能，进而提高玄武岩纤维增强聚丙烯材料的力学性能，降低材料的线膨胀系数。
优选地，所述玄武岩纤维的长度为5-20mm。
优选地，所述增强剂包括硅灰石、滑石粉、碳酸钙中的至少一种。
优选地，所述相容剂包括聚丙烯接枝改性的马来酸酐接枝物、环氧树脂类相容剂中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂为由抗氧剂1010和抗氧剂168组成的复配抗氧剂。
优选地，所述润滑剂包括聚丙烯蜡、硬质酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。
优选地，根据玄武岩纤维增强聚丙烯材料对颜色的实际需求，所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料还包括色粉，色粉在所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料中的质量百分比为0.2％-2％。
本发明还提供了上述玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将白油和硅烷偶联剂按比例混合后，与玄武岩纤维进行混合，对玄武岩纤维进行表面处理，得到表面改性玄武岩纤维；
(2)精确称取聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂；
(3)将聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂搅拌混合均匀，搅拌时间为5-10min；
(4)将步骤(3)的混合料加入同向双螺杆造粒机中进行造粒，加工温度控制为170℃-240℃，得到所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本发明首先采用白油和硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面处理，使其能和聚丙烯材料在分子层面能够更好的结合，得到表面改性玄武岩纤维，然后再将聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂混合、造粒成型，有利于增强材料的力学性能，降低材料的线膨胀系数。
本发明还提供了一种多层复合聚丙烯管材，由内到外依次包括内层、中间层和外层，所述内层和外层均为聚丙烯，中间层为上述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，且内层、外层和玄武岩纤维增强聚丙烯材料采用相同的聚丙烯。该多层复合聚丙烯管材具有良好的力学性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明对玄武岩纤维进行表面处理，改善玄武岩纤维与聚丙烯材料的相容性和结合性能；本发明通过优选聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂的配比，提高玄武岩纤维增强聚丙烯材料力学性能，降低线膨胀系数，该玄武岩纤维增强聚丙烯材料可作为多层复合聚丙烯管材中间层的增强材料。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料，按质量百分比计，包括以下组分：无规共聚聚丙烯(PP-R)69.2％、表面改性玄武岩纤维20.2％、纳米碳酸钙5％、聚丙烯接枝马来酸酐(PPR-g-MAH)5％、抗氧剂1010 0.2％、抗氧剂168 0.2％、聚丙烯蜡0.1％和硬脂酸钙0.1％，所述表面改性玄武岩纤维为经过白油和KH550硅烷偶联剂表面处理的玄武岩纤维，其中，白油和KH550硅烷偶联剂的质量比为5:1，KH550的用量是玄武岩纤维质量的1％。
本实施例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将白油和KH550硅烷偶联剂按比例混合后，与玄武岩纤维进行混合，对玄武岩纤维进行表面处理，得到表面改性玄武岩纤维；
(2)按上述比例精确称取无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙；
(3)采用搅拌机将无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙搅拌10分钟以上；
(4)将步骤(3)的混合料加入同向双螺杆造粒机(科倍隆CET-65L/D＝44)中进行造粒，加工温度控制为170℃-240℃，得到所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本实施例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的造粒料的灰分为25％，灰分中玄武岩纤维长度，主要集中在5mm左右。
实施例2
一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料，按质量百分比计，包括以下组分：无规共聚聚丙烯(PP-R)75％、表面改性玄武岩纤维16.2％、纳米碳酸钙4％、聚丙烯接枝马来酸酐(PPR-g-MAH)4％、抗氧剂1010 0.2％、抗氧剂168 0.4％、聚丙烯蜡0.1％和硬脂酸钙0.1％，所述表面改性玄武岩纤维为经过白油和KH550硅烷偶联剂表面处理的玄武岩纤维，其中，白油和KH550硅烷偶联剂的质量比为5:1，KH550的用量是玄武岩纤维质量的1％。
本实施例玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将白油和KH550硅烷偶联剂按比例混合后，与玄武岩纤维进行混合，对玄武岩纤维进行表面处理，得到表面改性玄武岩纤维；
(2)按上述比例精确称取无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙；
(3)采用搅拌机将无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙搅拌10分钟以上；
(4)将步骤(3)的混合料加入同向双螺杆造粒机(科倍隆CET-65L/D＝44)中进行造粒，加工温度控制为170℃-240℃，得到所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本实施例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的造粒料的灰分为22.1％，灰分中玄武岩纤维长度，主要集中在5mm左右。
实施例3
一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料，按质量百分比计，包括以下组分：无规共聚聚丙烯(PP-R)60％、表面改性玄武岩纤维25％、纳米碳酸钙10％、聚丙烯接枝马来酸酐(PPR-g-MAH)4.7％、抗氧剂1010 0.1％、抗氧剂168 0.1％、聚丙烯蜡0.05％和硬脂酸钙0.05％，所述表面改性玄武岩纤维为经过白油和KH550硅烷偶联剂表面处理的玄武岩纤维，其中，白油和KH550硅烷偶联剂的质量比为5:1，KH550的用量是玄武岩纤维质量的1％。
本实施例玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将白油和KH550硅烷偶联剂按比例混合后，与玄武岩纤维进行混合，对玄武岩纤维进行表面处理，得到表面改性玄武岩纤维；
(2)按上述比例精确称取无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙；
(3)采用搅拌机将无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙搅拌10分钟以上；
(4)将步骤(3)的混合料加入同向双螺杆造粒机(科倍隆CET-65L/D＝44)中进行造粒，加工温度控制为170℃-240℃，得到所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本实施例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的造粒料的灰分为28.5％，灰分中玄武岩纤维长度，主要集中在5mm左右。
实施例4
一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料，按质量百分比计，包括以下组分：无规共聚聚丙烯(PP-R)75％、表面改性玄武岩纤维10％、纳米碳酸钙5％、聚丙烯接枝马来酸酐(PPR-g-MAH)4.7％、抗氧剂1010 0.1％、抗氧剂168 0.1％、聚丙烯蜡0.05％和硬脂酸钙0.05％，所述表面改性玄武岩纤维为经过白油和KH550硅烷偶联剂表面处理的玄武岩纤维，其中，白油和KH550硅烷偶联剂的质量比为5:1，KH550的用量是玄武岩纤维质量的1％。
本实施例玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将白油和KH550硅烷偶联剂按比例混合后，与玄武岩纤维进行混合，对玄武岩纤维进行表面处理，得到表面改性玄武岩纤维；
(2)按上述比例精确称取无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙；
(3)采用搅拌机将无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡和硬脂酸钙搅拌10分钟以上；
(4)将步骤(3)的混合料加入同向双螺杆造粒机(科倍隆CET-65L/D＝44)中进行造粒，加工温度控制为170℃-240℃，得到所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本实施例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的造粒料的灰分为13.5％，灰分中玄武岩纤维长度，主要集中在5mm左右。
对比例1
本对比例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的原料组成与实施例2相同。
本对比例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述比例精确称取无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、白油和KH550硅烷偶联剂，其中，白油和KH550硅烷偶联剂的质量比为5:1，KH550的用量是玄武岩纤维质量的0.1％；
(2)采用搅拌机将无规共聚聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、纳米碳酸钙、聚丙烯接枝马来酸酐、抗氧剂1010、抗氧剂168、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、白油和KH550硅烷偶联剂搅拌10分钟以上；
(3)将步骤(2)的混合料加入同向双螺杆造粒机(科倍隆CET-65L/D＝44)中进行造粒，加工温度控制为170℃-240℃，得到所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
本对比例的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的造粒料的灰分为19％，灰分中玄武岩纤维长度，主要集中在5mm左右。
以未改性的PP-R为对照，对上述实施例和对比例制备的玄武岩纤维增强聚丙烯材料进行性能测试，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002485040050000061
Figure BDA0002485040050000071
由表1结果可知，与未改性PP-R相比，本发明玄武岩纤维改性的聚丙烯材料的力学性能明显提高，线膨胀系数降低，该玄武岩纤维增强聚丙烯材料可作为多层复合聚丙烯管材中间层的增强材料。
根据玄武岩纤维增强聚丙烯材料对颜色的实际需求，所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料还可以添加色粉，色粉在所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料中的质量百分比为0.2％-2％。
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 (10)

1.一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：聚丙烯60％-75％、表面改性玄武岩纤维10％-25％、增强剂2％-10％、相容剂2％-5％、抗氧剂0.2％-0.4％和润滑剂0.05％-0.2％，所述表面改性玄武岩纤维为经过白油和硅烷偶联剂表面处理的玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述白油和硅烷偶联剂的质量比为5:1，硅烷偶联剂的用量为玄武岩纤维的质量的0.5～1.5％。
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述玄武岩纤维的长度为5-20mm。
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述增强剂包括硅灰石、滑石粉、碳酸钙中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂包括聚丙烯接枝改性的马来酸酐接枝物、环氧树脂类相容剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂为由抗氧剂1010和抗氧剂168组成的复配抗氧剂。
7.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述润滑剂包括聚丙烯蜡、硬质酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，还包括色粉，色粉在所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料中的质量百分比为0.2％-2％。
9.权利要求1-8任一项所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将白油和硅烷偶联剂按比例混合后，与玄武岩纤维进行混合，对玄武岩纤维进行表面处理，得到表面改性玄武岩纤维；
(2)精确称取聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂；
(3)将聚丙烯、表面改性玄武岩纤维、增强剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂搅拌混合均匀，搅拌时间为10-20min；
(4)将步骤(3)的混合料加入同向双螺杆造粒机中进行造粒，加工温度控制为170℃-240℃，得到所述玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
10.一种多层复合聚丙烯管材，其特征在于，由内到外依次包括内层、中间层和外层，所述内层和外层均为聚丙烯，中间层为权利要求1-8任一项所述的玄武岩纤维增强聚丙烯材料，且内层、外层和玄武岩纤维增强聚丙烯材料采用相同的聚丙烯。
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