CN112724506A - 一种聚丙烯pp增强改性颗粒及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯PP增强改性颗粒及制备方法，其中聚丙烯PP增强改性颗粒包括如下质量百分比的组分，聚丙烯PP50～65%，玻璃纤维15～20%，热增强纤维1～5%，金属纤维5～10%，阻燃剂5～10%，纳米级硅酸盐矿物填料5～10%，碳酸钙3～5%，纤维素1～3%。一种聚丙烯PP增强改性颗粒的制备方法，步骤如下：1）将碳酸钙和纳米级硅酸盐矿物填料加入之捏合机中捏合，2）将聚丙烯PP加入至步骤1）中预制混合，3）然后加入玻璃纤维、热增强纤维、金属纤维、阻燃剂以及纤维素加入至步骤2）中再次进行混合；4）将混合后的原料置于双螺杆挤出机中进行熔融，并挤出风干造粒。本发明增强了聚合物基体与金属纤维以及玻璃纤维界面的结合性。

Description

一种聚丙烯PP增强改性颗粒及制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性PP的制备技术，特别是一种聚丙烯PP增强改性颗粒及制备方法。
背景技术
PP材料即聚丙烯是丙烯加聚反应而成的聚合物。系白色蜡状材料，外观透明而轻。密度为0.89～0.91g/cm3， 易燃，熔点165℃，在155℃左右软化，使用温度范围为-30～140℃ 。在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，能在高温和氧化作用下分解。聚丙烯广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产，也用于食品、药品包装。
在PP成型过程中，将硅酸盐、碳酸钙、玻璃纤维等填料填充于聚合物中，达到PP耐热性提高、成本降低、刚性提高、成型收缩率降低等，但PP冲击强度、伸长率也会随之降低。玻璃纤维作为一种性能优异的无机非金属晶须，价格低、绝缘好、耐热强、抗腐好，机械强度高，应用比较普遍，经玻璃纤维填充改性的PP性能得到明显的改善，但是玻纤添加量达到30%左右时，材料的机械性能才能有明显的提高；添加量过大时会导致部分玻璃纤维得不到充分浸渍，使聚合物基体与玻璃纤维界面的结合性能变差，导致复合材料的力学强度下降，并且随着玻璃纤维添加量的增加复合材料的流动性能降低，导致PP成型加工工艺性能困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种聚丙烯PP增强改性颗粒及制备方法。
实现上述目的本发明的技术方案为：
一种聚丙烯PP增强改性颗粒，包括如下质量百分比的组分：
聚丙烯PP50～65%，
玻璃纤维15～20%，
热增强纤维1～5%，
金属纤维5～10%，
阻燃剂5～10%，
纳米级硅酸盐矿物填料5～10%，
碳酸钙3～5%，
纤维素1～3%。
优选的，包括如下质量百分比的组分：
聚丙烯PP55～65%，
玻璃纤维15～18%，
热增强纤维1～3%，
金属纤维5～8%，
阻燃剂5～8%
纳米级硅酸盐矿物填料5～7%，
碳酸钙3～4%，
纤维素1～2%。
优选的，所述阻燃剂为腈氯纶纤维、间位芳纶纤维、高温尺寸稳定纤维中的一种和多种的组合。
优选的，所述热增强纤维为聚酰胺纤维。
优选的，所述纳米级硅酸盐矿物填料为云母、滑石、高岭石中的一种。
优选的，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素的组合。
本发明还提供了一种聚丙烯PP增强改性颗粒的制备方法，步骤如下：1）将碳酸钙和纳米级硅酸盐矿物填料加入之捏合机中捏合，捏合机以800转/分～1000转/分的速度进行混合8min～15min，捏合机温度控制在80℃～95℃；
2）将聚丙烯PP加入至步骤1）中预制混合，捏合机以1000转/分～1500转/分的速度进行混合3min～5min，捏合机温度控制在110℃～125℃；
3）然后加入玻璃纤维、热增强纤维、金属纤维、阻燃剂以及纤维素加入至步骤2）中再次进行混合；捏合机以300转/分～500转/分的速度进行混合30min～50min，捏合机温度控制在70℃～80℃。
4）将混合后的原料置于双螺杆挤出机中进行熔融，并挤出风干造粒，所用的双螺杆挤出机温度应保持在170℃～180℃，螺杆转速为50～70r/min。
本发明经过反复实验发现，通过将玻璃纤维和金属纤维加入至聚丙烯PP进行改性，由于金属材料连续分布的、横向尺寸在微米级的纤维形材料，其耐热性以及机械强度比玻璃纤维更高，可以明显提高聚丙烯PP改性材料的机械强度，但是添加金属纤维后聚合物基体与金属纤维界面的结合性能比聚合物基体与玻璃纤维界面结合性能更差。
聚酰胺纤维属于热收缩熔融纤维，结合性强，受热收缩，因此在熔融时，可以将金属纤维和玻璃纤维与其他物质进行融合，极大的改善了聚合物基体与金属纤维以及玻璃纤维界面的结合性。
在本发明中，甲基纤维素作为聚合助剂，羟丙基甲基纤维素作为粘合剂，再次增强了聚合物基体与金属纤维以及玻璃纤维界面的结合性。
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明进行具体描述，如实施案例1-5所示。
实施案例1
一种聚丙烯PP增强改性颗粒的制备方法，步骤如下：1）将碳酸钙和纳米级硅酸盐矿物填料加入之捏合机中捏合，捏合机以800转/分～1000转/分的速度进行混合8min～15min，捏合机温度控制在80℃～95℃；
2）将聚丙烯PP加入至步骤1）中预制混合，捏合机以1000转/分～1500转/分的速度进行混合3min～5min，捏合机温度控制在110℃～125℃；
3）然后加入玻璃纤维、热增强纤维、金属纤维、阻燃剂以及纤维素加入至步骤2）中再次进行混合；捏合机以300转/分～500转/分的速度进行混合30min～50min，捏合机温度控制在70℃～80℃。
4）将混合后的原料置于双螺杆挤出机中进行熔融，并挤出风干造粒，所用的双螺杆挤出机温度应保持在170℃～180℃，螺杆转速为50～70r/min。
实施例2
按照质量百分比组分取聚丙烯PP65%，玻璃纤维15%，聚酰胺纤维1%，金属纤维5%，腈氯纶纤维5%，纳米级高岭石填料5%，碳酸钙3%，羟丙基甲基纤维素0.5%和甲基纤维素0.5%，按照实施例1的制备方法得到聚丙烯PP增强改性颗粒。
检测结果如下：
序号 项目 测试结果
1 分散性 良好
2 白度 78
3 拉伸强度 33
4 断裂伸长率 170
实施案例3
按照质量百分比组分取聚丙烯PP50%，玻璃纤维20%，聚酰胺纤维5%，金属纤维10%，腈氯纶纤维5%，纳米级高岭石填料5%，碳酸钙3%，羟丙基甲基纤维素1.5%和甲基纤维素1.5%，按照实施例1的制备方法得到聚丙烯PP增强改性颗粒。
检测结果如下：
序号 项目 测试结果
1 分散性 良好
2 白度 75
3 拉伸强度 30
4 断裂伸长率 120
实施案例4
按照质量百分比组分取聚丙烯PP55%，玻璃纤维18%，聚酰胺纤维3%，金属纤维8%，腈氯纶纤维8%，纳米级高岭石填料6%，碳酸钙3%，羟丙基甲基纤维素1%和甲基纤维素1%，按照实施例1的制备方法得到聚丙烯PP增强改性颗粒。
检测结果如下：
序号 项目 测试结果
1 分散性 良好
2 白度 79
3 拉伸强度 29
4 断裂伸长率 150
实施案例5
按照质量百分比组分取聚丙烯PP60%，玻璃纤维16%，聚酰胺纤维3%，金属纤维7%，腈氯纶纤维7%，纳米级高岭石填料6%，碳酸钙2%，羟丙基甲基纤维素1%和甲基纤维素1%，按照实施例1的制备方法得到聚丙烯PP增强改性颗粒。
检测结果如下：
序号 项目 测试结果
1 分散性 良好
2 白度 80
3 拉伸强度 32
4 断裂伸长率 175
对比例
将实施例2-4中的纳米级高岭石填料改成纳米级云母填料或纳米级滑石填料或纳米级高岭石填料、纳米级云母填料、纳米级滑石填料其中两个或者三个的组合，在其他成分不变的情况下，其检测结果只有细微的变化。
当将腈氯纶纤维改为间位芳纶纤维、高温尺寸稳定纤维中的一个时，拉伸强度在实施例2-4中（其他成分不变），增强3-5%。
显然使用间位芳纶纤维、高温尺寸稳定纤维也可以增强其拉伸强度，其阻燃效果来看，高温尺寸稳定纤维要优于间位芳纶纤维和腈氯纶纤维。
本发明经过反复实验发现，通过将玻璃纤维和金属纤维加入至聚丙烯PP进行改性，由于金属材料连续分布的、横向尺寸在微米级的纤维形材料，其耐热性以及机械强度比玻璃纤维更高，可以明显提高聚丙烯PP改性材料的机械强度，但是添加金属纤维后聚合物基体与金属纤维界面的结合性能比聚合物基体与玻璃纤维界面结合性能更差。
聚酰胺纤维属于热收缩熔融纤维，结合性强，受热收缩，因此在熔融时，可以将金属纤维和玻璃纤维与其他物质进行融合，极大的改善了聚合物基体与金属纤维以及玻璃纤维界面的结合性。
在本发明中，甲基纤维素作为聚合助剂，羟丙基甲基纤维素作为粘合剂，再次增强了聚合物基体与金属纤维以及玻璃纤维界面的结合性。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯PP增强改性颗粒，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：
聚丙烯PP50～65%，
玻璃纤维15～20%，
热增强纤维1～5%，
金属纤维5～10%，
阻燃剂5～10%，
纳米级硅酸盐矿物填料5～10%，
碳酸钙3～5%，
纤维素1～3%。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯PP增强改性颗粒，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：
聚丙烯PP55～65%，
玻璃纤维15～18%，
热增强纤维1～3%，
金属纤维5～8%，
阻燃剂5～8%，
纳米级硅酸盐矿物填料5～7%，
碳酸钙3～4%，
纤维素1～2%。
3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯PP增强改性颗粒，其特征在于，所述阻燃剂为腈氯纶纤维、间位芳纶纤维、高温尺寸稳定纤维中的一种和多种的组合。
4.根据权利要求1或2所述的聚丙烯PP增强改性颗粒，其特征在于，所述热增强纤维为聚酰胺纤维。
5.根据权利要求1或2所述的聚丙烯PP增强改性颗粒，其特征在于，所述纳米级硅酸盐矿物填料为云母、滑石、高岭石中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的聚丙烯PP增强改性颗粒，其特征在于，所述纤维素为羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素的组合。
7.一种聚丙烯PP增强改性颗粒的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）将碳酸钙和纳米级硅酸盐矿物填料加入之捏合机中捏合，
2）将聚丙烯PP加入至步骤1）中预制混合，
3）然后加入玻璃纤维、热增强纤维、金属纤维、阻燃剂以及纤维素加入至步骤2）中再次进行混合；
4）将混合后的原料置于双螺杆挤出机中进行熔融，并挤出风干造粒。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，捏合机以800转/分～1000转/分的速度进行混合8min～15min，捏合机温度控制在80℃～95℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤2）中，捏合机以1000转/分～1500转/分的速度进行混合3min～5min，捏合机温度控制在110℃～125℃；
在步骤3）中，捏合机以300转/分～500转/分的速度进行混合30min～50min，捏合机温度控制在70℃～80℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤4）中，所用的双螺杆挤出机温度应保持在170℃～180℃，螺杆转速为50～70r/min。
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