CN112708209A - 一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法,其配方是由以下组分按重量份比制备：低熔指高抗冲共聚聚丙烯树脂35～65份、短切连续纱无碱玻璃纤维20～30份、相容剂1～3份、炭黑母粒1～2份、抗氧剂0.5～1.5份，耐光照助剂0.5～1.5份。本发明制备的玻纤增强聚丙烯复合材料与市面上常见的同牌号短玻纤增强材料相比，采取超声波处理工艺，大大提高基料流动性并降低年度，保证良好的浸渍状态的同时，玻纤取向受到处理工艺的影响趋于一致，大大提升了材料性能。最终产品不仅具有较高的力学性能，同时注塑后表面光洁，外观缺陷少，可以作为轻量化材料广泛应用于汽车，市政工程，军工等领域。

Description

一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料技术领域，特别是一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。材料适用于制造汽车外观部件，电器配件，市政工程,军工用品等。
背景技术
纤维增强塑料是一种常见的复合材料，是“以塑代钢”理念下出现的重要材料之一，增强聚丙烯具有较高的拉伸、弯曲强度和模量，有助于实现塑料在汽车工业承载部件上的广泛应用，也利于企业降低能耗与成本，提升效益的目标。因此，近年来增强聚丙烯材料广泛应用于汽车领域、家电等领域等。
传统短玻纤增用于増强聚丙烯材料有着一些缺陷需要继续完善。从对体系的增强作用来说，短纤增强材料由于体系中玻纤取向及保留长度的原因，性能在缺口冲击方面往往逊于同含量的长纤增强材料，通常为了提升短纤产品的冲击性能需要加入大量的弹性体，这样会带来材料其它方面如拉伸强度的性能下降。同时短纤增强材料注塑后容易产生流痕，这种缺陷在制造结构复杂零件时很难避免。这些缺陷的产生原因主要是：1，材料中玻纤取向不明确，造成单一方向增强不足。2，由于采用低熔指PP作为基料，材料粘度过大造成玻纤浸渍不均匀。
在本发明轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料的生产过程中，从企业的生产要求出发，对生产工艺进行了创新，在常规的混料挤出装置中加入了超声波处理装置，选择机头的位置对进入螺杆的聚丙烯基料进行超声波干预，大大提高了材料的流动性降低粘度。这种处理后的聚丙烯基料可以更好与玻纤进行结合，使玻纤在基体中均匀分散。同时由于受到超声波的作用玻纤流向趋于一致，可以有效提高材料的拉伸及抗冲击性能，无需继续添加弹性体。为解决短玻纤增强产品常见的性能及表面缺陷提供了一种有效方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有短玻纤增强聚丙烯材料性能不足及后续生产注塑时产生的外观缺陷。提供一种新型轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料：
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料，低熔指高抗冲共聚聚丙烯树脂35～65份、玻纤纤维20～30份、相容剂1～3份、炭黑母粒1～2份、抗氧剂0.5～1.5份，耐光照助剂0.5～1.5份。
所述的低熔指高抗冲共聚聚丙烯树脂基料为共聚PP，其MFR≤20。
所述的玻纤纤维为短切连续纱无碱玻璃纤维：单丝直径5-15μm。
所述的相容剂为低气味低散发马来酸酐接枝PP,硅烷偶联剂及丙烯酸接枝PP中的至少一种。
所述的抗氧剂为通用型168，619F，1010，1076，1035中的至少一种。
所述的光稳定剂选自水杨酸对辛基苯基酯、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯中的至少一种。
一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料聚丙烯、相容剂，抗氧剂，光稳定剂，炭黑母粒按比例高速混合搅拌。
(2)将步骤(1)物料混合均匀后从主喂料口进入双螺杆挤出机，加工温度为200–240℃，主机转速是300-600rpm，搅拌机头位置加入超声分散装置，对机头位置施加固定频率(20～40Hz)的超声波。侧喂料口加入短切连续纱无碱玻璃纤维，搅拌过程中加入真空抽气系统。
(3)分段挤出装置分别为200℃，220℃，220℃，230℃,然后经水槽冷却、切粒机切粒制备成长度为2-4mm的增强聚丙烯粒料，纤维重量含量为20-30％。
本发明制备的玻纤增强聚丙烯复合材料与市面上常见的同牌号短玻纤增强材料相比，采取超声波处理工艺，大大提高基料流动性并降低年度，保证良好的浸渍状态的同时，玻纤取向受到处理工艺的影响趋于一致，大大提升了材料性能。最终产品不仅具有较高的力学性能，同时注塑后表面光洁，外观缺陷少，可以作为轻量化材料广泛应用于汽车，市政工程，军工等领域。
具体实施方式
以下结合实施来进一步解释本发明内容，但实施例并不对本发明做任何形式的限制。
本发明比较例和实施例所含成分组成及其质量百分比含量见下表1表一，实施例及对比例配方组成及含量
Figure BDA0002868481620000041
根据上表实施例制备步骤：
(1)将原料聚丙烯、相容剂，抗氧剂，光稳定剂，炭黑母粒按比例高速混合搅拌。
(2)将步骤(1)物料混合均匀后进入双螺杆挤出机，加工温度为200–240℃，主机转速是300-600rpm，搅拌机头位置加入超声分散装置，对机头位置施加固定频率(20～40Hz)的超声波。侧喂料口加入短切连续纱无碱玻璃纤维，搅拌过程中加入真空抽气系统。
(3)分段挤出装置分别为200℃，220℃，220℃，230℃,然后经水槽冷却、切粒机切粒制备成长度为2-4mm的增强聚丙烯粒料，纤维重量含量为20-30％；
根据表1对比例制备方式：
(1)将原料聚丙烯、相容剂，抗氧剂，光稳定剂，炭黑母粒，弹性体按比例高速混合搅拌。
(2)将步骤(1)物料混合均匀后进入双螺杆挤出机，加工温度为200–240℃，主机转速是300-600rpm，侧喂料口加入短切连续纱无碱玻璃纤维，搅拌过程中加入真空抽气系统。
(3)分段挤出装置分别为200℃，220℃，220℃，230℃,然后经水槽冷却、切粒机切粒制备成长度为2-4mm的增强聚丙烯粒料，纤维重量含量为20-30％；
本发明的测试方法及检测标准参照吉利汽车材料标准Q/JLJ124011-2015本发明实例和对比例性能检测结果如下表2：
表2实施例和比较例性能检测结果
Figure BDA0002868481620000051
Figure BDA0002868481620000061
从表格可以看出，与常规生产方式生产的短玻纤增强聚丙烯材料相比，利用超声波装置对材料进行干预的方法制备出的产品一方面性能得到了提高，即使在去除接枝物及弹性体的情况下，材料性能依然能满足常见的主机厂材料大纲。对比例1,2种未加入接枝物，材料性能有明显下降，无法满足材料大纲。当玻纤含量提高的时，性能的提升效果更加明显。这种增强作用说明了微观结构中，玻纤的分散更为均匀同时取向更为一致，这也是后续注塑后消除流痕缺陷的重要保证。同时，通过这种处理方式可以降低接枝物及弹性体的用量，有效降低企业的生产成本。这为材料的生产方法为后续材料性能优化拓展应用领域都有很大帮助。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：低熔指高抗冲共聚聚丙烯树脂35～65份、玻纤纤维20～30份、相容剂1～3份、炭黑母粒1～2份、抗氧剂0.5～1.5份，耐光照助剂0.5～1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的低熔指高抗冲共聚聚丙烯树脂基料为共聚PP，其MFR≤20。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻纤纤维为短切连续纱无碱玻璃纤维：单丝直径5-15μm。
4.根据权利要求1所述的一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为低气味低散发马来酸酐接枝PP,硅烷偶联剂及丙烯酸接枝PP中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为通用型168，619F，1010，1076，1035中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳定剂选自水杨酸对辛基苯基酯、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任意之一所述轻量化高强玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将原料聚丙烯、相容剂，抗氧剂，光稳定剂，炭黑母粒按比例高速混合搅拌；
(2)将步骤(1)物料混合均匀后从主喂料口进入双螺杆挤出机，加工温度为200–240℃，主机转速是300-600rpm，搅拌机头位置加入超声分散装置，对机头位置施加固定频率(20～40Hz)的超声波；侧喂料口加入短切连续纱无碱玻璃纤维，搅拌过程中加入真空抽气系统；
(3)分段挤出装置分别为200℃，220℃，220℃，230℃,然后经水槽冷却、切粒机切粒制备成长度为2-4mm的增强聚丙烯粒料，纤维重量含量为20-30％。
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