CN112552607A - 一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：PP30‑90份、长玻纤10‑60份、无机纳米粒子5‑20份、相容剂2‑5份、抗氧剂0.1‑1份、润滑剂0.1‑0.5份和光稳剂0.1‑1份。

Description

一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地说是涉及一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
相比于普通玻纤增强聚丙烯，长玻纤增强聚丙烯拥有更高的强度和模量，可以更好地替代汽车中的钢铁材料，以达到轻量化的目的。汽车的前端模块，天窗，排水槽，仪表板骨架等部件使用长玻纤增强聚丙烯的比例越来越高。
长玻纤改性聚丙烯因其优异的力学性能而得到广泛应用，但因为玻纤长度较长，容易使产品发生翘曲变形，改善长玻纤材料的翘曲问题已成为一项重要工作。因长玻纤长径比长，聚丙烯结晶度高，后收缩严重，产品成型后容易发生翘曲，因此，改善材料纵横收缩不均的问题是解决长玻纤改性聚丙烯翘曲的关键方法。
因此，如何提供一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，通过引入无机纳米粒子填充PP，再与长玻纤挤出造粒，成功获得低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：PP30-90份、长玻纤10-60份、无机纳米粒子5-20份、相容剂2-5份、抗氧剂0.1-1份、润滑剂0.1-0.5份和光稳剂0.1-1份。
长玻纤增强聚丙烯材料，玻纤沿纵向排列，此方向收缩率较小；而垂直玻纤排列方向(横向)收缩率较大。在后收缩过程中，由于纵横向收缩率不一致，制件易发生翘曲现象。无机纳米粒子为球状填料，各方向性能一致，加入材料后，可有效减小材料横纵向收缩率差距。
相容剂，润滑剂可改善聚丙烯与玻纤和无极纳米粒子的相容性从而提高材料的力学性能；抗氧剂和光稳剂能有效提高材料的耐候性能，解决材料长期使用过程中老化的问题。
以上技术方案达到的技术效果是：本发明通过长玻纤改性聚丙烯，可以提高聚丙烯的拉伸强度，拉伸模量，弯曲强度和弯曲模量，通过加入无机纳米粒子改善了材料的翘曲，因此获得了低翘曲长玻纤改性聚丙烯，适用于汽车零部件，工程结构件等领域。
作为本发明优选的技术方案，所述PP为共聚PP或均聚PP。
作为本发明优选的技术方案，所述长玻纤为无碱玻纤、低碱玻纤或中碱玻纤中的任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述无机纳米粒子为纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米硅灰石、纳米高岭土、纳米硫酸钙晶须、纳米硫酸镁晶须、纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米球形硅微粉中的一种或任意几种组合。
作为本发明优选的技术方案，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或硅烷偶联剂。这两种物质一端为有机基团，一端为无机基团，有机基团与聚丙烯相容，无机基团与玻纤或无机纳米粒子连接，从而增加了聚丙烯与玻纤和无极纳米粒子的相容性。
作为本发明优选的技术方案，所述抗氧剂为2，6二叔丁基对甲酚、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基-)丙酸十八醇酯、1，1，3，三-(5叔丁基苯基-4羟基-2-甲基-)-丁烷、1，3，5-三甲基-2，4，6-三-(3，5二叔丁基-4羟基苄基)-苯、三-(壬基代苯基)-亚磷酸酯、三-(2，4-二叔丁基苯基)-亚磷酸酯、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酸酯的一种或任意几种的组合。
作为本发明优选的技术方案，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺、硅酮的一种或任意几种组合。
作为本发明优选的技术方案，所述光稳剂为炭黑、二氧化钛、氧化锌、锌钡、二苯甲酮、水杨酸酚、苯并三唑中的一种。
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料的制备方法，过程包括：
1)称量：按照重量份配比称取PP、长玻纤、无机纳米粒子、相容剂、抗氧剂、润滑剂和光稳剂，备用；
2)混合：先将PP、无机纳米粒子、相容剂、抗氧剂、润滑剂、光稳剂混合均匀，得混合物；再将混合物和长玻纤挤出造粒获得低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料。
作为本发明优选的技术方案，步骤2)中，所述造粒为以长玻纤专用双螺杆挤出机造粒；且双螺杆挤出机各区段温度为180-260℃，螺杆转速为180-250rpm。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，实施例中所用原料：PP为S2040(赛科公司，均聚型)，长玻纤为T838J(泰山公司，无碱玻璃纤维)，所用纳米球形硅微粉HM051HM(HM051HM江苏辉迈粉体科技有限公司)。
实施例1
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：共聚PP86份、无碱玻纤10份、纳米滑石粉和纳米碳酸钙和纳米硅灰石的混合物5份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、2，6二叔丁基对甲酚0.5份、硬脂酸0.5份和苯并三唑0.4份；
制备过程如下：
先将共聚PP、纳米滑石粉和纳米碳酸钙和纳米硅灰石的混合物、马来酸酐接枝聚丙烯、2，6二叔丁基对甲酚、硬脂酸、苯并三唑按上述比例加入高速混合机中在40℃下混合3min，然后将混合均匀的物料与无碱玻纤一起通过长玻纤专用双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机温度各区段设定温度为：160℃、180℃、200℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、200℃，螺杆转速设定为180rpm。
实施例2
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：均聚PP76份、低碱玻纤20份、纳米高岭土20份、硅烷偶联剂2份、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基-)丙酸十八醇酯0.1份、硬脂酸丁酯0.1份和二氧化钛0.1份；
制备过程如下：
先将共聚PP、纳米高岭土、硅烷偶联剂、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基-)丙酸十八醇酯、硬脂酸丁酯、二氧化钛按上述比例加入高速混合机中在40℃下混合3min，然后将混合均匀的物料与低碱玻纤一起通过长玻纤专用双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机温度各区段设定温度为：160℃、180℃、200℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、200℃，螺杆转速设定为180rpm。
实施例3
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：共聚PP30份、中碱玻纤30份、纳米硫酸钙晶须15份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、1，1，3，三-(5叔丁基苯基-4羟基-2-甲基-)-丁烷0.2份、油酰胺0.2份和氧化锌1份；
制备过程如下：
先将共聚PP、纳米硫酸钙晶须、马来酸酐接枝聚丙烯、1，1，3，三-(5叔丁基苯基-4羟基-2-甲基-)-丁烷、油酰胺、氧化锌按上述比例加入高速混合机中在40℃下混合3min，然后将混合均匀的物料与中碱玻纤一起通过长玻纤专用双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机温度各区段设定温度为：160℃、180℃、200℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、200℃，螺杆转速设定为180rpm。
实施例4
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：共聚PP90份、无碱玻纤60份、纳米硫酸镁晶须10份、硅烷偶联剂4份、1，3，5-三甲基-2，4，6-三-(3，5二叔丁基-4羟基苄基)-苯0.3份、乙撑双硬脂酰胺0.4份和锌钡0.8份；
制备过程如下：
先将共聚PP、纳米硫酸镁晶须、硅烷偶联剂、1，3，5-三甲基-2，4，6-三-(3，5二叔丁基-4羟基苄基)-苯、乙撑双硬脂酰胺、锌钡按上述比例加入高速混合机中在40℃下混合3min，然后将混合均匀的物料与无碱玻纤一起通过长玻纤专用双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机温度各区段设定温度为：160℃、180℃、200℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、200℃，螺杆转速设定为180rpm。
实施例5
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：共聚PP45份、低碱玻纤50份、纳米氢氧化镁12份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、三-(壬基代苯基)-亚磷酸酯0.3份、硅酮0.4份和硅酮0.5份；
制备过程如下：
先将共聚PP、纳米氢氧化镁、马来酸酐接枝聚丙烯、三-(壬基代苯基)-亚磷酸酯、硅酮、硅酮按上述比例加入高速混合机中在40℃下混合3min，然后将混合均匀的物料与低碱玻纤一起通过长玻纤专用双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机温度各区段设定温度为：160℃、180℃、200℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、200℃，螺杆转速设定为180rpm。
实施例6
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：共聚PP55份、中碱玻纤40份、纳米氢氧化铝10份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、硫代二丙酸二月桂酸酯0.25份、硬脂酸0.2份和二苯甲酮0.2份；
制备过程如下：
先将共聚PP、纳米氢氧化铝、马来酸酐接枝聚丙烯、硫代二丙酸二月桂酸酯、硬脂酸、二苯甲酮按上述比例加入高速混合机中在40℃下混合3min，然后将混合均匀的物料与中碱玻纤一起通过长玻纤专用双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机温度各区段设定温度为：160℃、180℃、200℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、200℃，螺杆转速设定为180rpm。
实施例7
一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，包括下述重量份数的组分：共聚PP45份、无碱玻纤25份、纳米球形硅微粉8份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯0.2份、硬脂酸0.3份和炭黑0.9份；
制备过程如下：
先将共聚PP、纳米球形硅微粉、马来酸酐接枝聚丙烯、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯、硬脂酸、炭黑按上述比例加入高速混合机中在40℃下混合3min，然后将混合均匀的物料与无碱玻纤一起通过长玻纤专用双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机温度各区段设定温度为：160℃、180℃、200℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃、210℃、200℃，螺杆转速设定为180rpm。
对实施例1-7制备得到的低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料按照ASTM标准进行测试，结果如表1所示；
表1测试结果
Figure BDA0002874730210000061
对比实施例1、2、3，可发现随着玻纤含量的增加，材料横纵向收缩率比也增大；对比实施例3和4，可发现同样含量下，玻纤的横纵向收缩率比大于纳米滑石粉；对比实施例5、6、7，可发现随纳米滑石粉相对于玻纤比例的提高，材料横纵向收缩率变小。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，包括下述重量份数的组分：PP30-90份、长玻纤10-60份、无机纳米粒子5-20份、相容剂2-5份、抗氧剂0.1-1份、润滑剂0.1-0.5份和光稳剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述PP为共聚PP或均聚PP。
3.根据权利要求1所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述长玻纤为无碱玻纤、低碱玻纤或中碱玻纤中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无机纳米粒子为纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米硅灰石、纳米高岭土、纳米硫酸钙晶须、纳米硫酸镁晶须、纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米球形硅微粉中的一种或任意几种组合。
5.根据权利要求1所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为2，6二叔丁基对甲酚、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基-)丙酸十八醇酯、1，1，3，三-(5叔丁基苯基-4羟基-2-甲基-)-丁烷、1，3，5-三甲基-2，4，6-三-(3，5二叔丁基-4羟基苄基)-苯、三-(壬基代苯基)-亚磷酸酯、三-(2，4-二叔丁基苯基)-亚磷酸酯、二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酸酯的一种。
7.根据权利要求1所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺、硅酮中的一种或任意几种组合。
8.根据权利要求1所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳剂为炭黑、二氧化钛、氧化锌、锌钡、二苯甲酮、水杨酸酚、苯并三唑中的一种或任意几种组合。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，过程包括：
1)称量：按照重量份配比称取PP、长玻纤、无机纳米粒子、相容剂、抗氧剂、润滑剂和光稳剂，备用；
2)混合：先将PP、无机纳米粒子、相容剂、抗氧剂、润滑剂、光稳剂混合均匀，得混合物；再将混合物和长玻纤挤出造粒获得低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种低翘曲长玻纤改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述造粒为以长玻纤专用双螺杆挤出机造粒；且双螺杆挤出机各区段温度为180-260℃，螺杆转速为180-250rpm。
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