CN112759847A - 一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其由20‑80％高抗冲聚丙烯改性母粒和20‑80％长玻纤增强聚丙烯母粒按照重量比组成，其中，所述高抗冲聚丙烯改性母粒由10‑60份常规共聚聚丙烯、10‑60份挤出级聚丙烯，5‑40份弹性体、2‑10份沸石和0.5‑2份加工助剂按照重量份组成。本发明在长玻纤增强聚丙烯材料中复配的高抗冲聚丙烯改性母粒中含有挤出级聚丙烯，其分子量大，分子链段长，赋予了共混材料优异的抗翘曲性及耐跌落性。本发明的高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料中引入的沸石具有架装结构，在其晶体内分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔，其特殊的结构与玻纤均匀分布在树脂基体中，有效提高了材料的耐冲击性。

Description

一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体是一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制 备方法。
背景技术
聚丙烯树脂(PP)是一种用途非常广泛的通用塑料，因其质轻、不吸水、较好的机械性能、耐化学性、性价比高以及加工范围宽泛等一系列优点，被广泛应用于汽车、家电等 领域。
长玻纤增强聚丙烯材料(PP-LFT)具有高机械强度、耐蠕变、尺寸稳定性好等一系列 优点，在实际应用过程中进行以塑代钢替代，并取代部分常规工程增强材料，涉足汽车、家电、5G基站、军工等一系列领域，满足当前大部分领域的应用需求；但材料的抗冲击性，尤其是耐跌落性仍存在不足之处，具体体现在玻纤增强聚丙烯材料普遍存在的抗撕裂性差，导致在受强的外力撞击时易产生裂纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，以解决上述背景技术 中提出的问题，高抗冲聚丙烯改性母粒长玻纤增强聚丙烯母粒进行复配使用，可有效提高 长玻纤增强聚丙烯材料的抗跌落性及抗冲击性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明第一个方面公开了一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其由20-80％高抗冲 聚丙烯改性母粒和20-80％长玻纤增强聚丙烯母粒按照重量比组成，其中，所述高抗冲聚丙 烯改性母粒由10-60份常规共聚聚丙烯、10-60份挤出级聚丙烯，5-40份弹性体、2-10份 沸石和0.5-2份加工助剂按照重量份组成。
进一步的，所述长玻纤增强聚丙烯母粒由33-68份常规共聚聚丙烯、30-60份玻纤、2-5份相容剂和0.5-2份加工助剂按重量份制备而成。
进一步的，所述玻纤为无碱玻纤。
进一步的，所述相容剂为马来酸、丙烯酸、马来酸酐、丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物中的至少一种。
进一步的，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐UV剂和颜料中的至少一种。
进一步的，所述沸石孔径为0.5～1.5nm。
进一步的，所述弹性体为POE、SEBS、TPEE、EPDM、HDPE、LDPE和LLDPE中的至少一种。其中，所述POE为聚乙烯辛烯共弹性体，所述SEBS是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁 二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物，所述TPEE为热塑性 聚酯弹性体，所述EPDM为三元乙丙橡胶，所述HDPE为高密度聚乙烯，所述LDPE为低密 度聚乙烯，所述LLDPE为线性低密度聚乙烯。
进一步的，所述长玻纤增强聚丙烯母粒与高抗冲聚丙烯改性母粒长度均为10-14mm。
进一步的，所述挤出级聚丙烯的熔体流动速率为0.5-3g/10min。
本发明第二个方面公开了如第一个方面所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材 料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯、挤出级聚丙烯、弹性体、沸石和加工助剂放入 第一双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出、切粒后得到高抗冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺杆挤出机料筒温度为200～220℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯、相容剂和加工助剂放入第二双螺杆挤出机中，经 熔融、塑化、挤出置于LFT-G成型模具中，向LFT-G成型模具中加入玻纤混合均匀，启动压机合模，进行模压成型，得到长玻纤增强聚丙烯母粒；其中，第二双螺杆挤出机料筒温 度为230-270℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa,LFT-G成型模具温度为280℃；
S3：按照重量比将步骤S1中的高抗冲聚丙烯改性母粒和步骤S2中的长玻纤增强聚丙 烯母粒充分混合均匀，即得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明在长玻纤增强聚丙烯材料中复配的高抗冲聚丙烯改性母粒中含有挤出级聚 丙烯，其分子量大，分子链段长，赋予了共混材料优异的抗翘曲性及耐跌落性。
2)本发明的高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料中引入的沸石具有架装结构，在其晶 体内分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔，其特殊的结构与玻纤均匀分布在树 脂基体中，有效提高了材料的耐冲击性。
3)本发明制备简单，材料控制容易且成品率高，具有很强的实际应用价值。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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。
以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
常规共聚聚丙烯，牌号为M60RHC，厂家为镇海炼化；
挤出级聚丙烯，牌号为B8101，厂家为燕山石化；
弹性体，牌号为POE 8730L，厂家为韩国SK；
玻纤，牌号为SE 4849，厂家为欧文斯科宁；
相容剂，牌号为CA100，厂家为阿科玛；
所有材料均为市售常规常用产品。
可以理解的是，以下原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技 术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。 此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
实施例1
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯60份、挤出级聚丙烯10份、弹性体40份、沸 石10份、抗氧剂0.5份、润滑剂0.5份、耐UV剂0.5份和黑色颜料0.5份放入第一双螺 杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出、切粒后得到高抗冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺 杆挤出机料筒温度为200～220℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯68份，玻纤30份，相容剂2份，抗氧剂0.5份放 入第二双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出置于LFT-G成型模具中，向LFT-G成型模具 中加入玻纤混合均匀，启动压机合模，进行模压成型，得到长玻纤增强聚丙烯母粒；其中， 第二双螺杆挤出机料筒温度为230-270℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa,LFT-G 成型模具温度为280℃；
S3：取80份高抗冲聚丙烯改性母粒和20份长玻纤增强聚丙烯母粒充分混合均匀，即 得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
实施例2
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯40份，挤出级聚丙烯30份，弹性体20份，沸 石8份，抗氧剂0.5份，润滑剂0.5份、耐UV剂0.5份放入第一双螺杆挤出机中，经熔 融、塑化、挤出、切粒后得到高抗冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺杆挤出机料筒温度 为200～220℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯56份，玻纤40份，相容剂3份，黑色颜料0.5份，抗氧剂0.5份放入第二双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出置于LFT-G成型模具中，向 LFT-G成型模具中加入玻纤混合均匀，启动压机合模，进行模压成型，得到长玻纤增强聚 丙烯母粒；其中，第二双螺杆挤出机料筒温度为230-270℃，螺杆转速为400rpm，真空度 为-0.08MPa,LFT-G成型模具温度为280℃；
S3：取40份高抗冲聚丙烯改性母粒和步骤60份长玻纤增强聚丙烯母粒充分混合均匀， 即得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
实施例3
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯38份，挤出级聚丙烯50份，弹性体5份，沸石 6份，润滑剂0.5份，耐UV剂0.5份。放入第一双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出、 切粒后得到高抗冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺杆挤出机料筒温度为200～220℃，螺 杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯45份，玻纤50份，相容剂4份，黑色颜料0.5份，抗氧剂0.5份，耐UV剂0.5份放入第二双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出置于LFT-G 成型模具中，向LFT-G成型模具中加入玻纤混合均匀，启动压机合模，进行模压成型，得 到长玻纤增强聚丙烯母粒；其中，第二双螺杆挤出机料筒温度为230-270℃，螺杆转速为 400rpm，真空度为-0.08MPa，LFT-G成型模具温度为280℃；
S3：取60份高抗冲聚丙烯改性母粒和40份长玻纤增强聚丙烯母粒充分混合均匀，即 得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
实施例4
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯10份，挤出级聚丙烯60份，弹性体28份，沸 石2份，润滑剂0.5份放入第一双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出、切粒后得到高抗 冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺杆挤出机料筒温度为200～220℃，螺杆转速为400rpm， 真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯33份，玻纤60份，相容剂5份，抗氧剂0.5份， 润滑剂0.5份、耐UV剂0.5份和黑色颜料0.5份放入第二双螺杆挤出机中，经熔融、塑 化、挤出置于LFT-G成型模具中，向LFT-G成型模具中加入玻纤混合均匀，启动压机合模， 进行模压成型，得到长玻纤增强聚丙烯母粒；其中，第二双螺杆挤出机料筒温度为 230-270℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa,LFT-G成型模具温度为280℃；
S3：取80份高抗冲聚丙烯改性母粒和20份长玻纤增强聚丙烯母粒充分混合均匀，即 得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
对比例1
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯70份，弹性体20份，沸石8份，抗氧剂0.5份，润滑剂0.5份、耐UV剂0.5份放入第一双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出、切粒后 得到高抗冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺杆挤出机料筒温度为200～220℃，螺杆转速 为400rpm，真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯56份，玻纤40份，相容剂3份，黑色颜料0.5份，抗氧剂0.5份放入第二双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出置于LFT-G成型模具中，向 LFT-G成型模具中加入玻纤混合均匀，启动压机合模，进行模压成型，得到长玻纤增强聚 丙烯母粒；其中，第二双螺杆挤出机料筒温度为230-270℃，螺杆转速为400rpm，真空度 为-0.08MPa,LFT-G成型模具温度为280℃；
S3：取40份高抗冲聚丙烯改性母粒和步骤60份长玻纤增强聚丙烯母粒充分混合均匀， 即得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
对比例2
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯40份，挤出级聚丙烯30份，弹性体20份，抗 氧剂0.5份，润滑剂0.5份、耐UV剂0.5份放入第一双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、 挤出、切粒后得到高抗冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺杆挤出机料筒温度为200～220℃， 螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯56份，玻纤40份，相容剂3份，黑色颜料0.5份，抗氧剂0.5份放入第二双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出置于LFT-G成型模具中，向 LFT-G成型模具中加入玻纤混合均匀，启动压机合模，进行模压成型，得到长玻纤增强聚 丙烯母粒；其中，第二双螺杆挤出机料筒温度为230-270℃，螺杆转速为400rpm，真空度 为-0.08MPa,LFT-G成型模具温度为280℃；
S3：取40份高抗冲聚丙烯改性母粒和步骤60份长玻纤增强聚丙烯母粒充分混合均匀， 即得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
以下表1是实施例1-4中聚丙烯复合材料的共混配方：
表1实施例1-4共混配方
组份 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
长玻纤增强聚丙烯母粒 80份 60份 40份 20份
高抗冲聚丙烯改性母粒 20份 40份 60份 80份
以下表2是实施例1-4中长玻纤增强聚丙烯母粒的配方：
表2长玻纤增强聚丙烯母粒配方
Figure BDA0002864647100000061
Figure BDA0002864647100000071
以下表3是实施例1-4中高抗冲聚丙烯改性母粒的配方：
表3高抗冲聚丙烯改性母粒配方
物料/组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
常规共聚聚丙烯 60 40 38 10
挤出级聚丙烯 10 30 50 60
弹性体 40 20 5 28
沸石 10 8 6 2
加工助剂 2 1.5 1 0.5
以下表4为实施例1-4和对比例1-2中聚丙烯复合材料测试条件及标准，将实施例及 对比例所制备的样料，在同等工艺条件下经注塑机制备样条及样板进行测试分析：
表4测试条件及标准
测试项目 标准 条件 样品规格
拉伸强度 ISO 527 23℃，50mm/min 哑铃型样条115*10*4mm
弯曲强度 ISO 178 23℃，50mm/min 矩形样条80*10*4mm
弯曲模量 ISO 178 23℃，50mm/min 矩形样条80*10*4mm
缺口冲击强度 ISO 179 23℃，2.75J 矩形样条80*10*4mm
击穿高度 — 500g铁球 矩形样板210*140*2.5mm
注：击穿高度测试方法是将矩形样板水平放置，用500g的铁球在矩形样板上方进行自由落体 运动，记录矩形样板没有被击穿时的最大高度，即为击穿高度。
以下表5是实施例1-4和对比例1-2按照表1的测试条件及标准得出的测试结果：
表5：实施例1-4和对比例1-2测试结果
Figure BDA0002864647100000072
Figure BDA0002864647100000081
由表5可以看出，实施例1-4中的聚丙烯复合材料的缺口冲击强度、击穿高度明显高 于对比例1-2，说明本发明中的聚丙烯复合材料具有高抗冲性能；其中，实施例2添加了沸石的高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料的击穿高度为120cm，而对比例2的击穿高度为100cm，说明沸石的添加有效提高了聚丙烯复合材料的耐冲击性；从实施例2和对比例1 来看，长玻纤增强聚丙烯母粒和高抗冲聚丙烯改性母粒共混而成的聚丙烯复合材料比长玻纤增强聚丙烯复合材料的抗冲击性更好。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方 案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整 体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施 方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申 请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，其由20-80％高抗冲聚丙烯改性母粒和20-80％长玻纤增强聚丙烯母粒按照重量比组成，其中，所述高抗冲聚丙烯改性母粒由10-60份常规共聚聚丙烯、10-60份挤出级聚丙烯，5-40份弹性体、2-10份沸石和0.5-2份加工助剂按照重量份组成。
2.根据权利要求1所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述长玻纤增强聚丙烯母粒由33-68份常规共聚聚丙烯、30-60份玻纤、2-5份相容剂和0.5-2份加工助剂按重量份制备而成。
3.根据权利要求2所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻纤为无碱玻纤。
4.根据权利要求2所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸、丙烯酸、马来酸酐、丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐UV剂和颜料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述沸石孔径为0.5～1.5nm。
7.根据权利要求1所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述弹性体为POE、SEBS、TPEE、EPDM、HDPE、LDPE和LLDPE中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述长玻纤增强聚丙烯母粒与高抗冲聚丙烯改性母粒长度均为10-14mm。
9.根据权利要求1所述的一种高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述挤出级聚丙烯的熔体流动速率为0.5-3g/10min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种高抗冲长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：
S1：按照重量份称取常规共聚聚丙烯、挤出级聚丙烯、弹性体、沸石和加工助剂放入第一双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出、切粒后得到高抗冲聚丙烯改性母粒；其中，第一双螺杆挤出机料筒温度为200～220℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa；
S2：按照重量份将常规共聚聚丙烯、相容剂和加工助剂放入第二双螺杆挤出机中，经熔融、塑化、挤出置于LFT-G成型模具中，向LFT-G成型模具中加入玻纤混合均匀，启动压机合模，进行模压成型，得到长玻纤增强聚丙烯母粒；其中，第二双螺杆挤出机料筒温度为230-270℃，螺杆转速为400rpm，真空度为-0.08MPa,LFT-G成型模具温度为280℃；
S3：按照重量比将步骤S1中的高抗冲聚丙烯改性母粒和步骤S2中的长玻纤增强聚丙烯母粒充分混合均匀，即得高抗冲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
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