CN113429597B - 一种高浸渍度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浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，它由以下按重量份计的原料组成：聚丙烯树脂43.2～63.2份、玻璃纤维30～50份，相容剂1～10份、增韧剂1～10份、抗氧剂0.1～1份、润滑剂0.2～2份。所述的玻璃纤维在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置直接进入浸渍槽进行生产。本发明具有以下技术效果：本发明的高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料实现了每根玻纤都有聚丙烯树脂包裹，保护玻纤在粒料塑化过程中不受破坏，从而保留玻纤在制品中的长度，其拉伸强度、弯曲模量、冲击强度等性能上有较大幅度提升。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及到一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯树脂是一种应用领域极广的通用塑料，是目前所有塑料中密度最小的品种之一，具有成型性好、耐化学性好等优点，但聚丙烯树脂收缩率大，难以满足对尺寸要求较高的制件要求，同时其机械性能相对工程塑料有所差距，无法作为结构件使用。玻璃纤维具有机械强度高、耐热性能好、抗腐蚀性强等多种优异性能，被广泛应用于电子器械、建筑材料、体育器材、飞机汽车等领域。经过玻璃纤维增强的聚丙烯材料机械性能和尺寸稳定性有大幅度提升，能够满足替代工程塑料作为结构件使用的要求。目前市场上长玻璃纤维增强聚丙烯材料制备过程中，采用数根带加热功能的预分散辊组成，通过调整玻纤的接触角度，来调整预张紧力改变玻纤的分散宽度，仅此而已。然而，这种机械展宽的方式，聚丙烯浸润效果不尽人意。在注塑成零件时频繁出现表面玻璃纤维团聚的缺陷，严重影响成品表观，难以作为直接外露件材料使用。高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料就是从市场出发，为了解决一些直接外露产品要求材料有较高力学性能，又要求表观不出现缺陷而研发的一种优质材料。
中国专利CN201710528906公布了一种汽车内饰用低气味低浮纤长玻纤增强聚丙烯复合材料，其优点在于按大众气味检测标准测得的气味由常规的4.0级降低到3.5级，且肉眼可观察表面浮纤明显改善。中国专利CN201610207016公布了一种高光洁长玻纤阻燃增韧聚丙烯共混材料，其适用于对产品结构和外观、成本及加工性有较高要求的中高端家具用品上。中国专利CN201110008670公布了一种高抗冲、低浮纤长玻纤增强聚丙烯材料，其优点在于其制备的聚丙烯材料表面光泽高、浮纤现象少、耐跌落性好。但是上述专利均主要是通过抗浮纤剂降低模具表面与熔体间相互作用力尽可能降低零件表面浮纤现象，并没有提升材料中玻璃纤维的浸渍度，无法从根本上解决零件表面出现玻璃纤维团聚缺陷。
中国专利CN202011594023.1公布了一种汽车内饰用低团聚长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。汽车内饰用低团聚长玻纤增强聚丙烯复合材料通过假捻装置对连续玻璃纤维束增加假捻，使玻璃纤维束中的玻璃纤维单丝完全分散开，玻璃纤维束中的单丝能够获得更完全的浸渍，有效降低长玻纤增强聚丙烯材料的团聚现象，能够更好满足汽车内饰用长玻纤增强聚丙烯材料作为外露件时的外观要求。该发明采用假捻装置使玻纤完全分散开。
发明内容
为了提升材料中玻璃纤维的浸渍度，从根本上解决零件表面出现玻璃纤维团聚缺陷，本发明提供一种玻璃纤维团聚缺陷极少、可在线连续化生产的高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，制备过程中前后每个步骤紧密关联，均影响着浸润度，其关键技术在于使玻纤带静电，使玻纤相互排斥而达到玻纤完全分散开。
根据玻璃棒在丝绸上摩擦起电的原理，连续玻璃纤维通过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置。通过加热预分散装置，玻纤被干燥利于带电，同时预分散装置使玻纤第一次初步铺展，通过丝绸摩擦时接触面增大，更有利于带电。冷却装置使玻纤冷却防止烫伤丝绸，同时冷却装置采用鼓风装置，气流使玻纤进一步分散。丝绸摩擦和静电发生装置使每个玻璃纤维带上静电，受静电的作用，使每根玻璃纤维相互排斥，玻璃纤维束将会变得蓬松，从而更进一步增加玻璃纤维束分散宽度；静电发生装置的第二部分对玻纤加热，保持玻纤有一定温度进入浸渍槽，防止冷玻纤遇上熔体，骤冷降低熔体流动性，不利于玻纤的浸润。通过以上装置，使聚丙烯熔融体充分浸润玻璃纤维，实现每根玻纤都有聚丙烯树脂包裹。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料，由以下按重量份计的原料组成：聚丙烯树脂43.2～63.2份、玻璃纤维30～50份，相容剂1～10份、增韧剂1～10份、抗氧剂0.1～1份、润滑剂0.2～2份。所述的玻璃纤维在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置直接进入浸渍槽进行生产。
上述高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料中，其中，
所述的聚丙烯的熔值为100g/10min(2.16kg，230℃)。
所述的玻璃纤维为直接无捻玻璃纤维。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和抗氧剂GA80等中的一种或者几种组合。
所述的增韧剂为马来酸酐接枝的EPDM、POE和SEBS中的一种或者几种组合。
所述的润滑剂为硬脂酸、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺和聚乙烯蜡中的一种或者几种组合。
上述高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽。所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂、相容剂、增韧剂、抗氧剂及润滑剂，将称好的原材料投入到高速混合器中混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
本发明具有以下技术效果：与目前市场上常见的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比，本发明的高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料实现了每根玻纤都有聚丙烯树脂包裹，保护玻纤在粒料塑化过程中不受破坏，从而保留玻纤在制品中的长度，其拉伸强度、弯曲模量、冲击强度等性能上有较大幅度提升，同时大幅度降低成品表面玻璃纤维团聚缺陷的出现比例。本发明制备过程中前后每个步骤紧密关联，其关键技术在于使玻纤带静电，使玻纤相互排斥而达到玻纤完全分散开。另外，通过在线连续的方式加入玻璃纤维，不增加能耗，不影响产能。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽。所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)63.2份，并经烘箱烘干；加入5份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝的EPDM，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份季戊四醇硬脂酸酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例2：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽。所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)53.2份，并经烘箱烘干；加入4份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝POE，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份硬脂酸甘油酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
实施例3：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽。所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)43.2份，并经烘箱烘干；加入3份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝SEBS，0.3份抗氧剂GA80，0.3份芥酸酰胺在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例1：
1)连续玻璃纤维经牵引进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)63.2份，并经烘箱烘干；加入5份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝的EPDM，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份季戊四醇硬脂酸酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例2：
1)连续玻璃纤维经牵引进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)53.2份，并经烘箱烘干；加入4份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝POE，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份硬脂酸甘油酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例3：
1)连续玻璃纤维经牵引进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)43.2份，并经烘箱烘干；加入3份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝SEBS，0.3份抗氧剂GA80，0.3份芥酸酰胺在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例4：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)63.2份，并经烘箱烘干；加入5份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝的EPDM，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份季戊四醇硬脂酸酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例5：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽。所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)63.2份，并经烘箱烘干；加入5份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝的EPDM，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份季戊四醇硬脂酸酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例6：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，同时过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽。所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(熔值为60g/10min，2.16kg，230℃)63.2份，并经烘箱烘干；加入5份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝的EPDM，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份季戊四醇硬脂酸酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
对比例7：
1)连续玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置后，再通过丝绸摩擦起电，同时过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽。所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
2)按照重量配比称取原料聚丙烯树脂(扬子石化XPJ-3100H，熔值为100g/10min，2.16kg，230℃)63.2份，并经烘箱烘干；加入5份马来酸酐接枝聚丙烯，3份马来酸酐接枝的EPDM，0.2份受阻酚抗氧剂1010、0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168，0.5份季戊四醇硬脂酸酯在高速机中搅拌混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽；
3)连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
上述实施例和对比例中的原料共计100份。
性能测试：
密度按照ISO1183标准进行检测；
拉伸强度按照ISO527-2标准进行检测，拉伸速度为5mm/min；
弯曲强度按照ISO178标准进行检测，弯曲速度为2mm/min；
缺口冲击强度按照ISO179标准进行检测；
材料性能测试结果见表1：
表1材料性能测试结果
实施例1-3的玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置后，再通过丝绸摩擦起电，同时过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；而对比例1-3的玻璃纤维直接进入浸渍槽。按照表1中数据对比显示是实施例1-3的处理法可以明显提高玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等性能。另外，通过在线连续的方式加入玻璃纤维，对产能无影响，能耗增加0.2度/t,几乎可以忽略不计；实施例1相比于对比例4和对比例5可知，玻璃纤维单独过丝绸摩擦或静电发生装置，玻璃纤维束的蓬松度不够，造成玻璃纤维的浸润程度较差，对拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等性能提高有限；实施例1和对比例6相比较可知，聚丙烯树脂采用熔值100g/10min(2.16kg，230℃)，有利于树脂浸润至玻璃纤维束内部；实施例1和对比例7相比较可知，冷却装置除了可以保护过丝绸时不会烫伤丝绸，而且可以进行进一步分散玻纤丝束，利用熔体浸润玻纤。
团聚改善率测试：
将制得的高浸渍长玻纤增强聚丙烯复合材料经过注塑为356*100*3.2的长板，每个实施例和对比例分别注塑200块上述长板，统计每个实施例和对比例制得的长板出现表面玻纤团聚缺陷的比例。
统计结果见表2：
表2团聚缺陷比例
实施例1-3，玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置后，再通过丝绸摩擦起电，同时过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽；对比例1-3，玻璃纤维直接进入浸渍槽。按照表1中数据对比显示：实施例1-3的力学性能要高于对比例1-3，说明该处理法提高了制品的力学性能。并且按照表2中数据对比显示该处理法对材料注塑成制品后的团聚缺陷有明显改善。对比例4和对比例5说明需经过丝绸摩擦起电和静电发生装置两个步骤，团聚缺陷才能得到较好改善；对比例6说明聚丙烯树脂的熔值为100g/10min(2.16kg，230℃)，团聚缺陷得到较好改善；对比例7说明冷却装置利于团聚缺陷地改善。
本发明的制备方法操作简单，可以实现在线连续化生产。在原有设备增加丝绸摩擦和静电发生装置，不影响产能，能耗增加0.2度/t，几乎可以忽略不计，适合工业化生产和应用。
Claims (4)
1.一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份数计，将30～50份连续直接无捻玻璃纤维经牵引在线经过玻纤加热预分散装置和冷却装置后，再通过丝绸摩擦起电，最后过静电发生装置，随后进入有聚丙烯熔融体的浸渍槽，所述静电发生装置由两部分组成，第一部分由静电驻极静电发生器、高压线、支架、绝缘支柱、钼丝部件组成；第二部分由加热装置组成；
S2、按照重量配比称取43.2～63.2份聚丙烯树脂、3~5份马来酸酐接枝聚丙烯、1~3份增韧剂、0.1~0.3抗氧剂、0.3~0.5份润滑剂，将称好的原材料投入到高速混合器中混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽，所述聚丙烯树脂的熔值为100 g/10min(2.16 kg，230℃)；
S3、连续玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理。
2.根据权利要求1所述的一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤S2中增韧剂为马来酸酐接枝的EPDM、POE和SEBS中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤S2中抗氧剂为受阻酚抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和抗氧剂GA80等中的一种或者几种组合。
4.根据权利要求1所述的一种高浸渍度长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤S2中润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯和芥酸酰胺中的一种或者几种。
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