CN113512254B - 一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开提供了一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，应用于新能源汽车内饰和电池包模组。复合材料采用聚丙烯40‑80份、连续玻璃纤维20‑60份、相容剂3‑15份、抗氧剂0.1‑2份、氧化锌晶须5‑30份、甘油单硬脂酰酯0‑0.6份、银离子抗菌剂0.2‑3份。本发明中，加入氧化锌晶须、银离子抗菌剂、甘油单硬脂酰酯不仅能使复合材料达到理想的导电、抗菌效果，且与连续玻璃纤维、聚丙烯等其他材料复合材一起，能够显著提高材料的力学性能。

Description

一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合材料领域，具体涉及一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
长玻纤增强聚丙烯复合材料是以聚丙烯为基体，长玻纤为骨架增强的材料，由于其具有低密度、机械性能优异、耐化学性、耐湿性和低翘曲特性，在汽车、机械等领域的轻量化设计中获得了广泛的应用。
长纤维增强热塑性复合材料（LFT）表现出比短纤维增强复合材料更佳的刚性和耐蠕变性，它的拉伸强度、弯曲强度以及热变形温度都比短纤维增强材料高。同时长纤维增强能使复合材料的冲击强度成倍的提高，并且在高温高湿下仍能保持良好的力学性能。
随着汽车轻量化的不断推进和新能源汽车的快速发展，长玻纤增强聚丙烯复合材料在汽车各领域的应用越来越广泛。新能源汽车的兴起对传统长玻纤增强聚丙烯复合材料带来了新特性需求，为满足新能源汽车动力电机、电池模组等关键部件的要求，需要长玻纤增强聚丙烯材料具备低电阻率甚至导电的要求，在汽车内饰方面对传统材料提出了更高的抗菌要求。
申请公布号为CN111471234 A（申请号为202010377120.9）中国发明专利申请公开了一种汽车内饰用持久性耐老化抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料的组份按照重量配比为：聚丙烯树脂60％～80％、弹性体1％～20％、滑石粉1％～20％、润滑剂0.1％～1％、抗菌剂0.6％～1.2％、抗老化助剂0.1％～2％。该技术方案通过添加提高抗菌剂比例后，抗菌效果可以达到99%，但热老化性能稍有下降。
公开号为CN102558676 B（申请号为201110434148.2）中国发明专利申请公开了一种高抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料的组分按照重量配比为：聚丙烯63-79%、改性纳米Ti02粒子1-5%、无机填料0-20%、弹性体0-10%、分散剂0.2-1%、抗氧剂0.1-1%、其他添加剂0-3%。该技术方案通过对纳米TiO2粒子进行掺杂处理，再经偶联改性处理得到改性纳米TiO2粒子，进一步和聚丙烯熔融挤出得到高抗菌聚丙烯复合材料。
公开号为CN103739945 B（申请号为201310662661.6）中国专利申请公开了一种导电聚丙烯复合材料，所述复合材料的组分按照重量配比为：聚丙烯50-70份、导电炭黑5-20份、碳纤维2-10份、三氧化二锑8-15份、氧化锶8-15份、偶联剂2-8份、增韧剂10-15份，通过添加三氧化二锑和氧化锶实现了协同效应，复合材料表面电阻率达到1.0×104Ω。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供了一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，可应用于新能源汽车内饰和电池包模组。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分制成：
聚丙烯 40-80份；
连续玻璃纤维 20-60份；
相容剂 3-15份；
抗氧剂 0.1-2份；
氧化锌晶须 3-30份；
银离子抗菌剂 0.2-4份；
甘油单硬脂酰酯 0-5份。
进一步优选，所述的抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分制成：
聚丙烯 40-80份；
连续玻璃纤维 20-60份；
相容剂 3-15份；
抗氧剂 0.1-2份；
氧化锌晶须 5-30份；
银离子抗菌剂 0.2-3份；
甘油单硬脂酰酯 0-2份。
本发明中，采用氧化锌晶须、甘油单硬脂酰酯、无机银离子玻璃载体三者复合，产生协同作用。挤出后，甘油单硬脂酰酯会迁移至聚合物表面，因为它与聚合物的不相容性，在聚合物表面形成均一的一层，这一层亲水物质覆盖在聚合物表面吸收空气中的水份形成导电通道,以提高聚合物表面的导电性，氧化锌晶须的加入在树脂基体中形成有序的取向分布，无机银离子玻璃载体均匀分布在树脂基体内部，与氧化锌晶须形成稳定的内部导电通路，同时与聚合物表面的甘油单硬质酰酯形成完整的导电通路，大幅度降低材料电阻率；无机银离子玻璃载体的均匀分布在协助形成导电通路的同时赋予材料抗菌性能。氧化锌晶须、甘油单硬脂酰酯、无机银离子玻璃载体者复配的协同作用，不但能够进一步降低材料电阻率，同时赋予材料抗菌性，还能提高力学性能。
以下作为本发明的优选技术方案：
所述的聚丙烯为BX3920、HJ311MO、K7100、BJ368MO中的一种或者几种以上不同牌号聚丙烯的掺混物；
所述的长玻璃纤维为泰山T838T型、欧文斯科宁SE4805型中的一种；
所述的相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物（PP-g-MAH）、聚丙烯-丙烯酸接枝物（PP-g-MAA）、聚丙烯-甲基丙烯酸接枝物（PP-g-MAA）中的一种或者几种。上述相容剂可以有效改善聚合物和长玻纤的相容性。
所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸、1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、季戊四醇类十二硫代丙酯、硫代二丙酸双月桂酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯、双（2,4-二叔丁基苯酚）季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或者两种以上（包括两种）。
所述的氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须，针状体长度为10-50μm，针状体根部为0.5-5μm，长径比为20-50，表观密度为0.2±0. 1g/cm3，真实密度5. 4±0. 2 g/cm3，耐热大于800℃。
所述的银离子抗菌剂为无机银离子玻璃载体，粒径为5-30μm。
一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锌晶须干燥，得到干燥后的氧化锌晶须；干燥的条件为：70℃~90℃干燥3h~5h；
(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、银离子抗菌剂、甘油单硬脂酰酯和干燥后的氧化锌晶须混合均匀，得到混合物料，混合在高速混合机中进行，转速为500-3000r/min，时间为5-20分钟；
(3)将步骤(2)中的混合物料置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，经水冷、牵引、切粒得到导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机加工温度第一区到第八区温度设定分别为100~120℃、120~140℃、160~180℃、180~200℃、200~220℃、220~240℃、240~260℃、260~280℃，浸渍模头温度为260~360℃，双螺杆挤出机的主机转速为300-400转/min，得到的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料的长度为8-14mm。
该导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料特别适合用于新能源汽车内饰和电池包模组。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
与传统双螺杆挤出玻纤增强聚丙烯相比，本发明采用连续长纤维增强热塑性材料的浸渍包覆设备，所得连续长玻纤增强聚丙烯复合材料颗粒中，长玻纤沿复合材料颗粒长度方向平行排列，玻纤长度与颗粒长度相同，具备更好的机械性能、尺寸稳定性。四针状氧化锌晶须、无机银离子玻璃载体和甘油单硬脂酰酯的协同作用，使复合材料具备了导电、抗菌、高强度的性能。
本发明采用四针状氧化锌晶须、无机银离子玻璃载体和甘油单硬脂酰酯的协同作用，不仅能使复合材料达到理想的导电效果，同时由于无机银离子玻璃载体的均匀分布，使复合材料能够保持稳定长效的抗菌性。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1~4以及对比例1~4
导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料，实施例1~4以及对比例1~4的原料配比如表1和表2所示，除另有说明外，份是指重量份。
导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化锌晶须干燥，得到干燥后的氧化锌晶须，；
(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、银离子抗菌剂、甘油单硬脂酰酯和干燥后的氧化锌晶须混合均匀，得到混合物料；
(3)将步骤(2)中的混合物料置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，经水冷、牵引、切粒得到导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机加工温度第一区到第八区温度设定分别为100~120℃、120~140℃、160~180℃、180~200℃、200~220℃、220~240℃、240~260℃、260~280℃，浸渍模头温度为260~360℃；双螺杆挤出机的主机转速为300-400转/min。
表1
Figure 605138DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 62664DEST_PATH_IMAGE002
实施例1~4和对比例1~4制备的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料注塑成型，测量力学性能、电阻率和抗菌性，其结果如表3和表4所示
表3
Figure 877037DEST_PATH_IMAGE003
表4
Figure 699499DEST_PATH_IMAGE004
从以上实施例和对比例可以看出，与传统长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比(对比例1)，本发明为导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料(实施例1-4)，所得复合材料具有更好的机械性能、导电性和抗菌性；与不加入四针状氧化锌晶须所得的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(对比例1-3)相比，本发明通过加入四针状氧化锌晶须、银离子抗菌剂和甘油单硬脂酰酯(实施例1-4)，所制备的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料具有更低的表面电阻率，更高的抗菌性和更高的力学强度，是一种综合性能优良的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：
Figure FDA0004177992440000011
所述甘油单硬脂酰酯不为0；
所述银离子抗菌剂为无机银离子玻璃载体；
2.根据权利要求1所述的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须，针状体长度为10-50μm，针状体根部为0.5-5μm。
3.根据权利要求1所述的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的无机银离子玻璃载体，粒径为5-30μm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的导电抗菌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：
(1)将氧化锌晶须干燥，得到干燥后的氧化锌晶须；
(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、银离子抗菌剂、甘油单硬脂酰酯和干燥后的氧化锌晶须混合均匀，得到混合物料；
(3)将步骤(2)中的混合物料置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，经水冷、牵引、切粒得到导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料。
5.根据权利要求4所述的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的干燥的条件为：70℃～90℃干燥3h～5h。
6.根据权利要求4所述的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的混合均匀在高速混合机中进行，转速为500-3000r/min，时间为5-20分钟。
7.根据权利要求4所述的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，双螺杆挤出机加工温度第一区到第八区温度设定分别为100～120℃、120～140℃、160～180℃、180～200℃、200～220℃、220～240℃、240～260℃、260～280℃，浸渍模头温度为260～360℃；
双螺杆挤出机的主机转速为300-400转/min；
得到的导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料的长度为8-14mm。
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大井健太.《无机离子交换材料：选择性分离性能的解析和应用》.上海科学技术出版社,2015,(第第1版版),第218页. *

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