CN112724510A - 一种增强聚丙烯材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强聚丙烯材料及其制备方法和应用，包括：直链聚丙烯20‑80份；长支链聚丙烯5‑40份；相容剂0.5‑25份；增强纤维5‑60份；氟类化合物1‑20份；本发明制备得到的聚丙烯材料具有较高的熔体强度、较好的刚性和耐热性，主要适用于吹塑和吸塑等场合。

Description

一种增强聚丙烯材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，特别涉及一种增强聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯材料是目前用量最大的高分子材料，具有优异的加工性能和力学性能等优点，被广泛应用于日常生活和工业生产领域，如：农用薄膜、电线电缆、通讯、房屋建筑和航空制造业等。
目前适用于吹塑和吸塑用的聚烯烃材料，基本都是HDPE或者PP纯树脂，这些树脂能较好地成型，但是在耐热和强度方面还需要改善。行业内通常是利用玻璃纤维的高强度和高刚性来提高产品强度和耐热，但常规的玻璃纤维增强聚丙烯材料具有熔体强度低，熔体延伸率低，还有表面浮纤和韧性差等问题。
因此，有必要研究一种适用于吹塑和吸塑用的增强聚丙烯材料。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种具有较高刚性和耐热性，且熔体强度高的利于吹塑和吸塑等场合的增强聚丙烯材料。
本发明的另一目的是提供上述增强聚丙烯材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种增强聚丙烯材料，按重量份计，包括以下组分：
直链聚丙烯 20-80份；
长支链聚丙烯 5-40份；
相容剂 0.5-25份；
增强纤维 5-60份；
氟类化合物 1-20份；
所述增强纤维包括组分I、组分II和组分Ⅲ，其中：
组分I：由长度为小于0.2mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为10-20%，优选为14-18%；
组分II：由长度为0.2mm-0.4mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为50-75%，优选为60-70%；
组分Ⅲ：由长度为0.5mm-0.8mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为5-40%，优选为15-25%。
优选的，所述直链聚丙烯的熔融指数MI为0.01-10 g/10min，测试条件为230℃，2.16 Kg负荷；优选为0.1-3 g/10min。
优选的， 所述长支链聚丙烯的熔融指数MI为0.01-10 g/10min，测试条件为230℃，2.16 Kg负荷；优选为0.1-3 g/10min。
优选的，所述增强纤维选自玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维中的一种或几种的混合；所述增强纤维的平均直径为5-20微米。
优选的，所述相容剂为极性单体与聚丙烯的接枝聚合物，其中极性单体选自马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯类衍生物中的一种或几种的混合物。
优选的，所述氟类化合物为乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）、聚四氟乙烯（PTFE）、氟化乙丙共聚物（FEP）、全氟烷氧基树脂（PFA）、聚氯三氟乙烯（PCTFE）、乙烯-一氯三氟乙烯共聚合物（ECTFE）或聚偏氟乙烯（PVDF）中一种或几种的混合物。
本发明优选高分子量的氟类化合物，其在成型过程中不熔，在熔体的作用下会给拉伸为纤维，这样聚丙烯分子链和氟类化合物纤维会形成互穿网络，从而进一步提高整个材料的熔体强度。分子量过低，对熔体强度的改善不明显，分子量过高，影响其加工性能，因此，优选的，所述氟类化合物的重均分子量为10-1000万，优选为500-800万。
本发明还提供上述增强聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
按照配方含量称量各组分，并将除增强纤维外的各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统；同时将增强纤维加入双螺杆挤出机的侧喂料系统，然后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到增强聚丙烯材料。
双螺杆挤出机侧喂系统可以调节位置，增强纤维可以在第一至第十区进入螺杆，以及在挤出机模头后再加入，然后和聚丙烯熔体直接结合。本发明增强纤维通过不同区域进入螺杆，可以调节增强纤维在挤出机的停留时间，控制增强纤维受剪切的程度，从而控制增强纤维的保留长度。
优选的，双螺杆挤出机一至二区温度为120℃-160℃，三至五区温度为180℃-300℃，五至十区温度为180℃-300℃，螺杆转速为300 rpm-600rpm。
本发明还提供了上述增强聚丙烯材料在吹塑和吸塑场合中的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供了一种增强聚丙烯材料，包括直链聚丙烯、长支链聚丙烯、相容剂、增强纤维和氟类化合物，其中，利用直链聚丙烯的长分子链，增加分子链之间的缠结，利于提高挤出和吸塑时熔体的稳定；长支链聚丙烯的加入，利用其支链结构，可以极大提高熔体强度；高分子量的氟类化合物在成型过程中不熔，在熔体的作用下会被拉伸为纤维，这样聚丙烯分子链和氟类化合物纤维会形成互穿网络，从而进一步提高整个材料的熔体强度；
本发明通过调节控制增强纤维的长度和含量分布，与常规长度（0.4-0.6mm）的玻纤材料相比，在具有较好刚性和耐热性的同时，可进一步提高整个材料的熔体延伸性。
本发明制备得到的聚丙烯材料具有较高的熔体强度、较好的刚性和耐热性，主要适用于吹塑和吸塑等场合。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
本发明实施例和对比例所采用的原料均来源于市购；
直链聚丙烯1：MI为3g/10min（230℃，2.16 Kg负荷）；
直链聚丙烯2：MI为9 g/10min（230℃，2.16 Kg负荷）；
直链聚丙烯3：MI为25 g/10min（230℃，2.16 Kg负荷）；
长支链聚丙烯1：MI为2 g/10min（230℃，2.16 Kg负荷）；
长支链聚丙烯2：MI为8 g/10min（230℃，2.16 Kg负荷）；
长支链聚丙烯3：MI为20 g/10min（230℃，2.16 Kg负荷）；
氟类化合物1：重均分子量60W聚四氟乙烯；
氟类化合物2：重均分子量800W聚四氟乙烯；
氟类化合物3：重均分子量2W聚四氟乙烯。
相容剂：
马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MAH：厂家Polyram；型号：1001CN；
增强纤维：
玻璃纤维1：为玻璃纤维原料，平均直径为8微米；
玻璃纤维2：为增强聚丙烯材料产品中的玻璃纤维，平均直径为8微米，长度为0.4-0.6mm。
实施例1-11及对比例1-6：增强聚丙烯材料的制备
按照配方含量称量各组分，并将除增强纤维外的各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统；同时将增强纤维加入双螺杆挤出机的侧喂料系统，然后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到增强聚丙烯材料。
其中挤出机侧喂系统可以调节位置，增强纤维可以在第一至第十区进入挤出机螺杆，以及在挤出机模头后再加入，然后和聚丙烯熔体直接结合。通过调节增强纤维进入挤出机螺杆的位置，得到不同长度和含量分布的增强纤维。
其中挤出机一至二区温度为120℃-160℃，三至五区温度为180℃-300℃，五至十区温度为180℃-300℃，螺杆转速为300 rpm-600rpm。
各性能的测试标准或方法：
增强纤维的长度以及分布的测试方法：注塑后的样条首先采用高温灼烧的方案将增强纤维在基体中分离出，再使用自动成像分析技术对增强纤维长度进行测量；
热变形温度： ISO 75-2 2013，测试条件：0.46MPA；
弯曲强度：ISO 178-2019；
熔体强度、熔体断裂速度：熔体拉伸流变仪测试， 测试条件：180℃；
表1 各实施例与对比例中各组分的具体配比（重量份）及各性能测试结果
Figure 2926DEST_PATH_IMAGE002
续表1
Figure 20561DEST_PATH_IMAGE004
由上表可以看出，本发明包含直链聚丙烯、长支链聚丙烯、氟类化合物和增强纤维的聚丙烯材料，其熔体强度和熔体断裂速度明显提高，适用于吹塑和吸塑等场合。对比例1未加入长支链聚丙烯，其熔体强度和熔体断裂速度均较差；对比例2中引入了长支链聚丙烯，但未加入氟类化合物，其熔体强度和熔体断裂速度稍微有所提高，但提高效果不明显，由此可
以表明，本发明各组分之间具有协同增效作用。
由上表实施例1-2和对比例3-5可以看出，增强纤维的长度及含量分布影响材料的刚性和耐热性，且对材料熔体延伸性也有影响，本发明通过控制改性聚丙烯中的增强纤维的长度及含量分布，制备得到的改性聚丙烯材料具有较好的刚性和耐热性，且熔体延伸性好，主要适用于吹塑和吸塑等场合。
由实施例1-2和对比例6的对比可知，本发明通过调节控制增强纤维的长度和含量分布，与常规长度（0.4-0.6mm）的玻纤材料相比，在具有较好刚性和耐热性的同时，可进一步提高整个材料的熔体延伸性。

Claims (10)

1.一种增强聚丙烯材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
直链聚丙烯 20-80份；
长支链聚丙烯 5-40份；
相容剂 0.5-25份；
增强纤维 5-60份；
氟类化合物 1-20份；
所述增强纤维包括组分I、组分II和组分Ⅲ，其中：
组分I：由长度为小于0.2mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为10-20%，优选为14-18%；
组分II：由长度为0.2mm-0.4mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为50-75%，优选为60-70%；
组分Ⅲ：由长度为0.5mm-0.8mm的增强纤维组成，其占增强纤维的根数百分比为5-40%，优选为15-25%。
2.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述直链聚丙烯的熔融指数MI为0.01-10 g/10min，测试条件为230℃，2.16 Kg负荷；优选为0.1-3 g/10min。
3.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述长支链聚丙烯的熔融指数MI为0.01-10 g/10min，测试条件为230℃，2.16 Kg负荷；优选为0.1-3 g/10min。
4.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述增强纤维选自玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维中的一种或几种的混合；所述增强纤维的平均直径为5-20微米。
5.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂为极性单体与聚丙烯的接枝聚合物，其中极性单体选自马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯类衍生物中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述氟类化合物为乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、聚四氟乙烯PTFE、氟化乙丙共聚物FEP、全氟烷氧基树脂PFA、聚氯三氟乙烯PCTFE、乙烯-一氯三氟乙烯共聚合物ECTFE或聚偏氟乙烯PVDF中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求6所述的增强聚丙烯材料，其特征在于，所述氟类化合物的重均分子量为10-1000万，优选为500-800万。
8.根据权利要求1-7任一项所述的增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照配方含量称量各组分，并将除增强纤维外的各组分混合均匀，随后将混合物加入双螺杆挤出机的主喂料系统；同时将增强纤维加入双螺杆挤出机的侧喂料系统，然后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出造粒制备得到增强聚丙烯材料。
9.根据权利要求8所述的增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机一至二区温度为120℃-160℃，三至五区温度为180℃-300℃，五至十区温度为180℃-300℃，螺杆转速为300 rpm-600rpm。
10.根据权利要求1-7任一项所述的增强聚丙烯材料在吹塑或吸塑场合中的应用。
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