CN112625338A - 一种连续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

本发明公开了一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，该材料由以下重量份的原料组成：聚丙烯40‑80份、连续玄武岩纤维20‑60份、相容剂2‑6份、热塑性弹性体0.1‑6份、热稳定剂0.1‑0.3份、光稳定剂0.1‑0.3份、成核剂0.1‑5份和环氧树脂0.1‑5份。所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料具有耐强酸强碱、低温韧性、耐疲劳性强、尺寸稳定性好、力学性能高及介电常数低等优点。

Description

一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
玄武岩是由火山喷发的岩浆在地表低压的条件下，迅速凝固于地表形成的火山岩，矿产储量极其丰富。经过1500℃高温熔融后，由铂铑合金漏板拉丝成为玄武岩连续纤维，它是我国重点发展的四大高性能纤维之一，是21世纪的工业新材料。
玄武岩增强复合材料是以热塑性树脂为基料，根据实际工况要求，添加一定比例的玄武岩纤维，通过一定的成型工艺复合而成，制备出的玄武岩纤维增强材料和制品具有优良的强度、刚度、耐气候性、耐腐蚀性和电绝缘性等综合性能，是现代工业、电子、国防等技术不断发展不可或缺的基础材料，也是未来重点发展和部分替代现有材料的重要基础材料，被广泛用于国民经济的各个领域。
连续玄武岩纤维是无污染的绿色纤维产品，其一大突出优势在于其优异的耐高温性，可在-269℃至700℃范围内使用，而玻纤的最高温度不超过400℃。由于连续玄武岩纤维里含有氧化钠、氧化钾及二氧化钛等成分，相比较与玻璃纤维，这些成分的存在，提高了材料的耐化学腐蚀及防水性。与此同时，连续玄武岩纤维还具有优异的电绝缘性和介电性能，其体积电阻率为1012Ω·m，约为E-玻纤的10倍。除此之外，力学性能上来讲，连续玄武岩纤维的拉伸强度还要远高于普通玻纤，可明显改善玻纤增强材料的拉伸及冲击强度。因此在保证原有材料优异性能的基础上，开发一种强度高，耐化学品性能好的纤维增强材料确有必要。
目前市场上纤维增强聚丙烯材料很常见，但是连续玄武岩纤维增强聚丙烯综合性能优异，具有耐强酸强碱、低温韧性、耐疲劳性强、尺寸稳定性好、力学性能高及介电常数低的优点，使纤维增强复合材料的应用范围得到进一步扩展。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有耐强酸强碱、低温韧性、耐疲劳性强、尺寸稳定性好、力学性能高及介电常数低的连续玄武岩纤维增强聚丙烯，其由以下重量份数的原料组成：聚丙烯40-80份、连续玄武岩纤维20-60份、相容剂2-6份、热塑性弹性体0.1-6份、热稳定剂0.1-0.3份、光稳定剂0.1-0.3份、成核剂0.1-5份和环氧树脂0.1-5份。
优选地，所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯由以下重量份数的原料组成：聚丙烯60份、长玄武岩纤维30份、环氧树脂3份、热塑性弹性2份、相容剂4份、成核剂1份、热稳定剂0.15份和光稳定剂0.15份。
优选地，所述连续玄武岩纤维直径为10-30μm。
优选地，所述相容剂为马来酸酐的接枝聚合物，或聚烯烃与热塑性弹性体的接枝共聚物，对整个共混体系有着增韧相容作用，增强复合材料的物理机械性能。
优选地，所述热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体和/或聚烯烃类热塑性弹性体，可明显改善复合材料的低温性能和抗冲击强度。
优选地，所述热稳定剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种，可提高聚丙烯的长期热老化性能，抵抗化学腐蚀以及恶劣的气候条件，并且有一定的润滑和抗老化作用。
优选地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂或苯并三唑类光稳定剂，可使复合材料的光老化性能得到明显改善。
优选地，所述成核剂为α晶型成核剂或β晶型成核剂，成核剂的加入可以较好地保持产品的尺寸稳定性，同时缩短成型周期，提高生产率，改善材料的脱模和机械性能(拉伸强度和硬度)。
优选地，所述环氧树脂为环氧基改性聚乙烯，使得复合材料具有优异的耐强酸强碱腐蚀性能和力学性能。
本发明的另一个目的是提供一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按配方称取的聚丙烯、相容剂、热塑性弹性体和环氧树脂，然后加入高速混合机中，以1000转/分的转速混合10-15min，得到聚合物基料预混料；
步骤二：按配方称取热稳定剂、光稳定剂和成核剂，然后加入高速混合机中，以500转/分的转速混合3-5min，混合均匀，得到添加剂的预混料；
步骤三：将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，挤出得到熔体，连续玄武岩纤维通过浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为260-300℃；优选280℃。
优选地，所述浸润池的温度为250-350℃；优选300℃。
优选地，所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯的粒子长度在6-18mm。
本发明的有益效果：
(1)使用连续玄武岩纤维代替普通玻璃纤维，可以有效改善材料的力学性能、耐强酸强碱性、低温韧性、耐疲劳性、尺寸稳定性以及电性能。
(2)热稳定剂可提高复合材料的长期热老化性能，抵抗化学腐蚀；光稳定剂可改善复合材料的光老化性能；成核剂可保持产品的尺寸稳定性，同时缩短成型周期，提高生产率，改善材料的脱模和机械性能；环氧树脂含有的羟基、环氧基等功能基团，可改善复合材料的耐强酸强碱性能和力学性能；热塑性弹性体可明显改善材料的低温性能和抗冲击强度；相容剂在连续玄武岩纤维与聚丙烯之间起着桥梁的作用，使玄武岩纤维与聚丙烯之间的粘结增强，从而使复合材料有着良好的物理机械性能。
(3)本发明制备的连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料综合性能优异，具有耐强酸强碱、低温韧性、耐疲劳性强、尺寸稳定性好等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1：
本实施例提供一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料：称取聚丙烯60份、相容剂4份、热塑性弹性体2份、环氧树脂3份加入高速混合机中，以1000转/分的转速混匀15min，得到聚合物基料预混料。称取热稳定剂0.15份、光稳定剂0.15份和成核剂1份加入高速混合机中，以500转/分的转速混合5min，得到添加剂的预混料。将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，在280℃下挤出得到熔体，30份连续玄武岩纤维通过300℃浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
其中，所述相容剂为马来酸酐的接枝聚合物，所述热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体，所述热稳定剂为酚类抗氧剂，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，所述成核剂为α晶型成核剂，所述环氧树脂为环氧基改性聚乙烯，所述连续玄武岩纤维直径为20μm。
实施例2：
本实施例提供一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料：称取聚丙烯60份、相容剂4份、热塑性弹性体2份、环氧树脂3份加入高速混合机中，以1000转/分的转速混匀15min，得到聚合物基料预混料。称取热稳定剂0.15份、光稳定剂0.15份和成核剂1份加入高速混合机中，以500转/分的转速混合5min，得到添加剂的预混料。将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，在280℃下挤出得到熔体，30份连续玄武岩纤维通过300℃浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
其中，所述相容剂为马来酸酐的接枝聚合物，所述热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体，所述热稳定剂为酚类抗氧剂，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，所述成核剂为α晶型成核剂，所述连续玄武岩纤维直径为20μm。
实施例3：
本实施例提供一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料：称取聚丙烯40份、相容剂2份、环氧树脂0.1份加入高速混合机中，以1000转/分的转速混匀15min，得到聚合物基料预混料。称取热稳定剂0.1份、光稳定剂0.1份和成核剂0.1份加入高速混合机中，以500转/分的转速混合5min，得到添加剂的预混料。将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，在280℃下挤出得到熔体，20份连续玄武岩纤维通过300℃浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
其中，所述相容剂为聚烯烃与热塑性弹性体的接枝共聚物，所述热稳定剂为亚磷酸酯类抗氧剂，所述光稳定剂为苯并三唑类光稳定剂，所述成核剂为β晶型成核剂，所述环氧树脂为环氧基改性聚乙烯，所述连续玄武岩纤维直径为30μm。
实施例4：
本实施例提供一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料：称取聚丙烯80份、热塑性弹性体6份、环氧树脂5份加入高速混合机中，以1000转/分的转速混匀15min，得到聚合物基料预混料。称取热稳定剂0.3份、光稳定剂0.3份和成核剂5份加入高速混合机中，以500转/分的转速混合5min，得到添加剂的预混料。将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，在280℃下挤出得到熔体，60份连续玄武岩纤维通过300℃浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
其中，所述热塑性弹性体为聚烯烃类热塑性弹性体，所述热稳定剂为胺类抗氧剂，所述光稳定剂为苯并三唑类光稳定剂，所述成核剂为β晶型成核剂，所述环氧树脂为环氧基改性聚乙烯，所述连续玄武岩纤维直径为10μm。
实施例5：
本实施例提供一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料：称取聚丙烯66份、相容剂2份、热塑性弹性体0.5份、环氧树脂2份加入高速混合机中，以1000转/分的转速混匀10min，得到聚合物基料预混料。称取热稳定剂0.15份和光稳定剂0.15份加入高速混合机中，以500转/分的转速混合3min，得到添加剂的预混料。将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，在260℃下挤出得到熔体，30份连续玄武岩纤维通过250℃浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
其中，所述相容剂为聚烯烃与热塑性弹性体的接枝共聚物，所述热塑性弹性体为聚烯烃类热塑性弹性体，所述热稳定剂为胺类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，所述光稳定剂为苯并三唑类光稳定剂，所述环氧树脂为环氧基改性聚乙烯，所述连续玄武岩纤维直径为20μm。
实施例6：
本实施例提供一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料：称取聚丙烯70份加入高速混合机中，以1000转/分的转速混匀15min，得到聚合物基料预混料。称取热稳定剂0.15份和光稳定剂0.15份加入高速混合机中，以500转/分的转速混合5min，得到添加剂的预混料。将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，在300℃下挤出得到熔体，30份连续玄武岩纤维通过350℃浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
其中，所述热稳定剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，所述连续玄武岩纤维直径为20μm。
对比例1：
本实施例提供一种连续玻璃纤维增强聚丙烯材料：称取聚丙烯60份、相容剂4份、热塑性弹性体2份、环氧树脂3份加入高速混合机中，以1000转/分的转速混匀15min，得到聚合物基料预混料。称取热稳定剂0.15份、光稳定剂0.15份和成核剂1份加入高速混合机中，以500转/分的转速混合5min，得到添加剂的预混料。将聚合物基料预混料和添加剂的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，在280℃下挤出得到熔体，30份连续玄武岩纤维通过300℃浸润池与熔体充分浸润，得到连续玻璃纤维增强聚丙烯材料。
其中，所述相容剂为马来酸酐的接枝聚合物，所述热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体，所述热稳定剂为酚类抗氧剂，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，所述成核剂为α晶型成核剂，所述环氧树脂为环氧基改性聚乙烯。
对实施例1-6和对比例1中的所制备的材料按照表1的主要技术指标的标准进行测试，得到如表2所示的测试结果。
表1主要技术指标
Figure BDA0002810095920000071
Figure BDA0002810095920000081
表2各实施例和对比例的测试结果
热变形温度 拉伸强度 缺口冲击强度 耐腐蚀 介电常数
实施例1 161 140 40 95 4.1
实施例2 159 136 27 88 4.2
实施例3 160 133 37 80 4.4
实施例4 159 131 35 84 4.3
实施例5 157 138 31 81 4.3
实施例6 156 128 22 87 4.4
对比例1 155 121 25 72 6.7
通过对比实施例1和实施例2发现，添加环氧树脂的可以明显提高材料的耐腐蚀性能保持率。实施例1与对比例1对比分析发现，实施例1的拉伸强度增强了15.7％，缺口冲击强度增强了60％，耐腐蚀性能保持率增长了31.9％且介电常数下降了38.8％，说明使用连续玄武岩纤维可以提高材料的整体性能。
通过对比实施例1与实施例2-6和对比例1发现，同时添加环氧树脂、热塑性弹性体、相容剂、热稳定剂、光稳定剂和成核剂对整个共混体系起到了增韧增强的作用，所得到的复合材料在耐强酸强碱、尺寸稳定性、强度和冲击韧性方面更加优异，材料的力学性能得到明显改善，使得复合材料表现出良好的综合性能。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由以下重量份数原料组成：聚丙烯40-80份、连续玄武岩纤维20-60份、相容剂2-6份、热塑性弹性体0.1-6份、热稳定剂0.1-0.3份、光稳定剂0.1-0.3份、成核剂0.1-5份和环氧树脂0.1-5份。
2.如权利要求1所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述环氧树脂为环氧基改性聚乙烯。
3.如权利要求1所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐的接枝聚合物，或聚烯烃与热塑性弹性体的接枝共聚物。
4.如权利要求1所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体和/或聚烯烃类热塑性弹性体。
5.如权利要求1所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述热稳定剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂或苯并三唑类光稳定剂。
7.如权利要求1所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述成核剂为α晶型成核剂或β晶型成核剂。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的连续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)将聚丙烯、相容剂、热塑性弹性体和环氧树脂加入高速混合机中混匀10-15min，得到聚合物基料预混料；
(2)将热稳定剂、光稳定剂和成核剂加入高速混合机中混合均匀，得到添加剂的预混料；
(3)将聚合物基料预混料和添加剂加的预混料转移到缓冲罐中，分别通过失重称加入双螺杆挤出机中，挤出得到熔体，连续玄武岩纤维通过浸润池与熔体充分浸润，得到所述连续玄武岩纤维增强聚丙烯材料。
9.如权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的挤出温度为260-300℃。
10.如权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述浸润池的温度为250-350℃。
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