CN113278223A - 一种高强度pp材料及其制备方法、塑料椅子 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及高分子材料领域，具体公开了一种高强度PP材料及其制备方法、塑料椅子。高强度PP材料包括如下以质量份数计的原料:40‑50份PP，15‑20份ABS，2‑5份相容剂，7‑15份玻璃纤维，3‑7份空心玻璃微珠，1‑3份抗氧化剂；其制备方法为：按比例称取PP、ABS、偶联剂、玻璃纤维、空心玻璃微珠和抗氧化剂，并将除玻璃纤维外的各原料投入第一挤出机中，然后将玻璃纤维经硅烷偶联剂处理后投入第二挤出机中，熔融挤出，冷却得到高强度PP材料。本申请的高强度PP材料可用于制备塑料椅子，其具有强度高，不易损坏的优点。
Description
技术领域
本申请涉及高分子材料领域，更具体地说，它涉及一种高强度PP材料及其制备方法、塑料椅子。
背景技术
聚丙烯，是丙烯通过加聚反应而成的聚合物。系白色蜡状材料，外观透明而轻。聚丙烯具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，这使得聚丙烯自问世以来，便迅速在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用。
聚丙烯能够用于制备塑料椅子，且制得的塑料椅子具有质地轻，能够摞在一起以降低占地面积，方便运输和搬运等优点，且价格相对便宜。
但是均聚聚丙烯的韧性差，将其做成塑料椅子时，该塑料椅子会存在承受力弱以及不耐摔等问题，在外力作用下容易发生损坏，导致使用寿命不高的问题。
发明内容
为了提高PP的韧性从而提高塑料椅子的强度，本申请提供一种高强度PP材料及其制备方法、椅子。
第一方面，本申请提供一种高强度PP材料，采用如下的技术方案:
一种高强度PP材料，包括如下以质量份数计的原料:
PP 40-50份
ABS 15-20份
相容剂 2-5份
玻璃纤维 7-15份
空心玻璃微珠 3-7份
抗氧化剂 1-3份。
通过采用上述技术方案，由于在原料中添加玻璃纤维和空心玻璃微珠，这四种材料都属于无机材料，能够提高PP材料的机械性能。但是聚丙烯属于非极性热塑性树脂，玻璃纤维属于极性无机非金属材料，两者共同使用时PP材料的性能虽然比单一PP的性能好，但是两者之间的相容性并不好，通过添加相容剂对玻璃纤维表面进行处理，从而提高了PP材料与玻璃纤维之间的相容性。
玻璃纤维在PP基体中相互交错成网络结构，纤维之间有很多搭接点甚至相互缠绕，进而构成增强复合材料的三维骨架。当材料受到外力作用时，三维结构可以更有效传递并扩散应力，更大区域、更多玻璃纤维承受外力保证复合材料的高拉伸强度。当玻璃纤维用量较低时，纤维之间距离大，缠结程度低，因此复合材料的拉伸强度随玻璃纤维含量线性增大。同时，由冲击应力引起的微裂纹扩展需要更长的路径、更多的阻力及被更大面积三维玻璃纤维结构分散，所以不易导致材料失效，复合材料具有较高的冲击强度。
玻璃纤维在PP基体中随机分布，形成三维空间交叉结构，玻璃纤维之间有很多搭接点，有利于应力传递。同时，扫描不同位置的断口形貌，发现拔出纤维表面紧紧包覆树脂。由此可知，复合材料具有良好的结合界面，从而达到优异的力学性能。
优选的，所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠的质量比为（3-4）:1。
通过采用上述技术方案，当玻璃纤维和空心玻璃微珠的质量比在上述范围内时，玻璃纤维分散在PP基体中，空心玻璃微珠分散在玻璃纤维和PP基体之间的空隙中，从而能够大幅度提高PP材料的冲击性能，继而延长由该PP材料制成的塑料椅子的使用寿命。
优选的，所述玻璃纤维经硅烷偶联剂处理。
通过采用上述技术方案，用硅烷偶联剂处理玻璃纤维后，能够促进PP与玻璃纤维之间表面产生粘结，能够有效改善PP材料的冲击强度。
优选的，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的其中一种或两种以上的混合物。
通过采用上述技术方案，上述硅烷偶联剂均为优良的玻璃纤维处理剂，能够提高PP材料的机械强度和抗老化性能，能够大幅度提高和增强塑料的抗弯强度和抗压强度，同时能够改善其他无机材料在PP基体中的润湿性和分散性。
优选的，所述相容剂为PE-g-MAH和/或PP-g-MAH。
通过采用上述技术方案，相容剂的添加能够提高PP与ABS之间的相容性，同时提高其他无机材料与PP基体之间的相容性，从而提高PP材料的拉伸强度和抗冲击强度。
优选的，所述相容剂为PP-g-MAH和PE-g-MAH的混合物，且两者的质量比为（3-5）:1。
通过采用上述技术方案，相容剂为PP-g-MAH和PE-g-MAH的混合物时，该相容剂的增容效果优于单一使用时的增容效果，且PP-g-MAH和PE-g-MAH的质量比在上述范围内时，增容效果明显。
优选的，所述玻璃纤维的长度为10-30μm。
通过采用上述技术方案，长度在上述范围内的玻璃纤维在PP基体中较易搭桥，形成三维交错的网络结构，更利于传递应力，从而使能量消散至更大区域，增加其抗冲击强度。
优选的，所述空心玻璃微珠的粒径为20-50μm。
通过采用上述技术方案，粒径在上述范围内的空心玻璃微珠在PP基体与玻璃纤维之间均匀分散，以填充PP基体与玻璃纤维之间的空隙，从而提高PP材料的力学性能。
第二方面，本申请提供一种高强度PP材料的制备方法，采用如下的技术方案:
一种高强度PP材料的制备方法，包括如下制备步骤；
S1、按比例称取PP、ABS、相容剂、玻璃纤维、空心玻璃微珠和抗氧化剂，并将除玻璃纤维外的各原料投入第一挤出机中；
S2、将玻璃纤维经硅烷偶联剂处理后投入第二挤出机中，熔融挤出，冷却得到高强度PP材料。
第三方面，本申请提供一种塑料椅子，采用如下的技术方案:
一种塑料椅子，由上述高强度PP材料一体成型制得。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用无机材料填充PP的方式，能够在PP基体中相互交错成网络结构，且经过偶联剂处理后，PP基体与无机材料的相容性好，从而制得高强度PP材料；
2、本申请中优选采用玻璃纤维经硅烷偶联剂处理，由于硅烷偶联剂能够促进PP与玻璃纤维之间表面产生粘结，能够有效改善PP材料的冲击强度；
3、本申请的方法，采用将除玻璃纤维之外的其他原料先进行熔融再加入玻璃纤维的方式，能够使玻璃纤维更好地分散在PP基体中，从而有利于制得性能优异的PP材料。
附图说明
图1是本申请提供塑料椅子的结构示意图。
附图标记说明：1、椅面；2、支撑脚。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例中用到的原料除特殊说明外均为市售，其中PP选用上海麦克林生化科技有限公司，型号为P816226，熔融指数为4g/min；玻璃纤维的长度为10-30μm，空心玻璃微珠的粒径为20-50μm，选自信阳市波莱特珍珠岩技术有限公司；ABS选自上海麦克林生化科技有限公司；PE-g-MAH选自南京捷纳思新材料有限公司，接枝率1-1.4%，熔体流动速率2.35-3.16g/min；PP-g-MAH选自佳易容聚合物(上海)有限公司，型号为CMG5001-T。
硅烷偶联剂的制备例
制备例1（KH550浓度为0.5wt%的KH550稀释液）
按质量比为98：5的比例将工业酒精和水配成醇水溶液，其中工业酒精的浓度为95wt%。搅拌均匀后，加入适量的KH550调节至溶液中KH550浓度为0.5wt%，即可配成供实验用的稀释液。
制备例2（KH570浓度为0.5wt%的KH570稀释液）
按质量比为98：5的比例将甲醇溶液和水配成醇水溶液，加醋酸以将PH调至5。搅拌均匀后，加入适量的KH570至溶液中KH570的浓度为0.5wt%，即可配成供实验用的稀释液。
实施例
实施例1-5中高强度PP材料的制备方法相同，不同之处在于原料的种类和用量不同，其中硅烷偶联剂除特殊说明外均采用制备例1，具体见表1所示。以下以实施例1为例进行说明。
本申请实施例1公开的一种高强度PP材料采用双阶式双螺杆挤出机一步成型工艺，具体制备步骤如下：
S1、按比例称取PP、ABS、相容剂、玻璃纤维、空心玻璃微珠和抗氧化剂，并将除玻璃纤维外的各原料投入第一挤出机中，得到熔体；
S2、将制备例1中的稀释液涂覆在玻璃纤维表面并干燥，得到预处理的玻璃纤维；
S3、将熔体投入第二挤出机中，并在第二挤出机的双螺杆中部加入经过S2中经预处理的玻璃纤维，熔融挤出并冷却得到高强度PP材料；
其中，上述第一挤出机和第二挤出机互相垂直，即呈T字型排列，第一挤出机末端出料口与第二挤出机进料口对应。
表1
实施例4
实施例4基于实施例2的基础上对相容剂进行改动。
实施例4a
本实施例与实施例2的制备方法相同，区别仅在于相容剂仅为PE-g-MAH。
实施例4b
本实施例与实施例2的制备方法相同，区别仅在于PP-g-MAH和PE-g-MAH的质量比为1:1。
实施例4c
本实施例与实施例2的制备方法相同，区别仅在于PP-g-MAH和PE-g-MAH的质量比为7:1。
实施例4d
本实施例与实施例2的制备方法相同，区别仅在于相容剂仅为PP-g-MAH。
实施例5
实施例5a
本实施例与实施例2的制备方法相同，区别仅在于硅烷偶联剂选用制备例2。
实施例5b
本实施例与实施例2的制备方法相同，区别仅在于硅烷偶联剂选用制备例1和制备例2的混合物，且两者质量比为1:1。
对比例
对比例1
本对比例与实施例3的制备方法相同，区别仅在于玻璃纤维不经过硅烷偶联剂处理。
对比例2
本对比例与实施例3的制备方法相同，区别仅在于原料中不添加玻璃纤维。
对比例3
本对比例与实施例3的制备方法相同，区别仅在于原料中不添加空心玻璃微珠。
性能检测试验
将上述高强度PP材料按照以下标准分别制成相对应的样条，用于进行性能测试，其中样条厚度均为4mm，长度均为80mm，宽度均为10mm；
弯曲强度：按照《GB/T 9341-2008塑料 弯曲性能的测定》；
缺口冲击强度：按照《GB/T 1843-2008塑料 冲击强度的测定》。
表2
| 弯曲强度（MPa） | 缺口冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>） | |
| 实施例1 | 191.36 | 51.23 |
| 实施例2 | 193.49 | 51.85 |
| 实施例3 | 192.63 | 51.51 |
| 实施例4a | 190.71 | 50.42 |
| 实施例4b | 191.87 | 51.34 |
| 实施例4c | 192.33 | 51.43 |
| 实施例4d | 192.13 | 51.39 |
| 实施例5a | 193.36 | 51.24 |
| 实施例5b | 193.71 | 52.08 |
| 对比例1 | 183.37 | 45.28 |
| 对比例2 | 180.73 | 42.74 |
| 对比例3 | 187.02 | 50.25 |
结合实施例1-3并结合表2可以看出，根据本申请中配方比例制得的高强度PP材料具有良好的力学性能，其中实施例2为优选。
其原因在于：玻璃纤维在PP基体中相互交错成网络结构，纤维之间有很多搭接点甚至相互缠绕，进而构成增强复合材料的三维骨架。当材料受到外力作用时，三维结构可以更有效传递并扩散应力，更大区域、更多玻璃纤维承受外力保证复合材料的高拉伸强度。
结合实施例2和实施例4a-4d并结合表2可以看出，实施例4b和实施例4c中PP材料的韧性均大于实施例4a和实施例4d，说明单一使用一种相容剂对PP与其他无机材料的增容效果不如复配使用，且实施例2中PP材料的韧性大于实施例4b和实施例4c，说明PP-g-MAH和PE-g-MAH的质量比在该比例时，对PP与其他无机材料的增容效果最佳，两者质量比小于3:1时，相容剂的增容效果不明显，两者质量比大于5:1时，相容剂的增容效果反而下降。
其原因在于：相容剂的添加能够提高PP与ABS之间的相容性，同时提高其他无机材料与PP基体之间的相容性，从而提高PP材料的力学性能。
结合实施例2和实施例5a-5b并结合表2可以看出，实施例5a中PP材料的冲击强度小于实施例2中PP材料的冲击强度，实施例5b中PP材料的冲击强度大于实施例2，KH550的效果优于KH570，且KH550和KH570复配时的效果优于单一使用KH550，说明玻璃纤维经复配的硅烷偶联剂处理相较于使用其中一种硅烷偶联剂处理而言，对PP材料的冲击强度的提升效果更明显。
其原因在于：KH-550中含有氨基基团，其具有很强的极性，为强吸电子官能团，对PP中的电子具有强烈的吸引作用，在挤出过程中，KH-550与PP之间通过反应形成强化学键和氢键，且KH-550的另一端与玻璃纤维表面的Si-O基团反应，起到支撑玻璃纤维与PP之间的“桥梁”作用。而KH-570虽然含有甲基丙烯酰氧基基团，且能够通过反应连接PP与玻璃纤维，但是该基团的极性比氨基基团要弱，所以KH570与PP之间的键合力小于KH550中的氨基键合力。
结合实施例3和对比例1-2并结合表2可以看出，对比例1中PP材料的冲击强度小于实施例3中PP材料的冲击强度，对比例2中PP材料的冲击强度明显小于实施例3中PP材料的冲击强度，说明玻璃纤维的添加能够提高PP材料的冲击强度，且玻璃纤维经硅烷偶联剂处理后，能够明显提高PP材料的冲击强度。
其原因在于：未经处理的玻璃纤维表面光滑，与PP之间仅为物理共混，只能够起到填充增强的作用，而经硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维，能够促进PP与玻璃纤维表面之间产生粘结，从而有效改善PP材料的冲击强度。
结合实施例3和对比例3并结合表2可以看出，对比例3中PP材料的冲击强度小于实施例3中PP材料的冲击强度，说明空心玻璃微珠的添加能够提高PP材料的冲击强度。
应用例
参照图1为一种塑料椅子，包括椅面1和支撑脚2，椅面1由实施例2制备得到的高强度PP材料注塑加工一次成型得到。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种高强度PP材料，其特征在于，包括如下以质量份数计的原料:
PP 40-50份
ABS 15-20份
相容剂 2-5份
玻璃纤维 7-15份
空心玻璃微珠 3-7份
抗氧化剂 1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度PP材料，其特征在于：所述玻璃纤维和所述空心玻璃微珠的质量比为（3-4）:1。
3.根据权利要求1所述的一种高强度PP材料，其特征在于：所述玻璃纤维经硅烷偶联剂处理。
4.根据权利要求3所述的一种高强度PP材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的其中一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种高强度PP材料，其特征在于：所述相容剂为PE-g-MAH和/或PP-g-MAH。
6.根据权利要求5所述的一种高强度PP材料，其特征在于：所述相容剂为PP-g-MAH和PE-g-MAH的混合物，且两者的质量比为（3-5）:1。
7.根据权利要求1所述的一种高强度PP材料，其特征在于：所述玻璃纤维的长度为10-30μm。
8.根据权利要求1所述的一种高强度PP材料，其特征在于：所述空心玻璃微珠的粒径为20-50μm。
9.如权利要求1-8中任一项所述的一种高强度PP材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1、按比例称取PP、ABS、相容剂、玻璃纤维、空心玻璃微珠和抗氧化剂，并将除玻璃纤维外的各原料投入第一挤出机中；
S2、将玻璃纤维经硅烷偶联剂处理后投入第二挤出机中，熔融挤出，冷却得到高强度PP材料；
其中，上述第一挤出机和第二挤出机互相垂直，即呈T字型排列，第一挤出机末端出料口与第二挤出机进料口对应。
10.一种塑料椅子，其特征在于：包括椅面（1）和支撑脚（2），椅面（1）由权利要求1-8任一项制备得到的高强度PP材料注塑加工一次成型制得。
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| CN106084446A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-11-09 | 佛山市东丽塑胶有限公司 | 一种增强pp/abs合金材料及其制备方法 |
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2021
- 2021-06-28 CN CN202110715510.7A patent/CN113278223A/zh active Pending
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