CN115011035A - 一种低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法及其应用。由以下重量份的组分制成：聚丙烯：40‑80份；玻璃纤维：10‑40份；相容剂：1‑20份；弹性体：5‑35份；抗氧剂：0.1‑3份；柠檬酸纳：0.2‑10份；碳酸钠：0.5‑10份；交联剂：0.5‑5份。材料整体收缩率和翘曲度大幅下降，弹性体和气孔结构的存在明显改善复合材料在受到冲击时的应力传递，提高了材料的韧性。低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料极大改善了传统玻纤增强聚丙烯复合材料收缩率不均，翘曲明显，韧性不足的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合材料领域，具体涉及一种低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法及其应用。
背景技术
聚丙烯作为五大塑料之一，具有许多优良的特性，如优异的耐溶剂性、疏水性、较好的耐热性等。但也存在一些缺点：如低温冲击差、收缩率大、翘曲、力学性能较差等。通过对聚丙烯进行玻璃纤维填充增强，赋予了聚丙烯更高的机械性能，使其具备更多的应用可能性。
在智能电表领域，普遍使用PC+GF10%材料作为电表外壳的原料。PC+GF10%材料有着优异的低收缩率、和高抗冲、高光泽度性能，但存在耐候性差、耐溶剂开裂性能差等缺点限制了电表在某些户外、高湿环境下的应用。
公开号CN113652029A（申请号为CN202110969752.9）中国发明专利申请公开了一种微发泡聚丙烯组合物及其制备方法和应用，通过在聚丙烯树脂中共混少量低熔点的聚酰胺树脂，并与经阳离子表面活性剂处理的纳米氧化物协同作用，有效提高了微发泡聚丙烯组合物的力学性能，使所述聚丙烯组合物在-30℃条件下悬梁臂缺口冲击强度≥7.7kJ/m2。
公开号为CN114106459A（申请号为CN202111391207.2）中国发明专利申请公开了一种微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，所述微发泡聚丙烯复合材料的制备原料包括如下重量份数的组分：玻璃纤维增强聚丙烯材料40～55份、聚丙烯50～70份、聚乙烯10～20份、增韧剂5～10份、发泡剂1～5份、滑石粉10～20份和偶联剂1～5份。本发明提供的微发泡聚丙烯复合材料既具有较高的冲击强度和弯曲强度，又具有较好的拉伸强度，适用于制备汽车内饰。
上述专利主要研究如何提升应用于汽车领域微发泡聚丙烯复合材料的力学性能。但在一些其他应用领域，如何提供一种用于替换工程塑料的力学性能较高，较低收缩率的微发泡聚丙烯复合材料成为人们亟待解决的技术问题。
本技术通过对传统玻纤增强聚丙烯材料进行创新设计，开发出一款应用于智能电表领域的低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料，为智能电表领域提供另一种材料选择方案。
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低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法和应用，可应用于智能电表领域。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低收缩高抗冲辐照交联微发泡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；
玻璃纤维 10-40份；
相容剂 1-20份；
弹性体 5-35份；
抗氧剂 0.1-3份；
柠檬酸纳 0.2-10份；
碳酸钠 0.5-10份；
交联剂 0.5-5份。
进一步优选，所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡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；
玻璃纤维 10-40份；
相容剂 1-10份；
弹性体 5-30份；
抗氧剂 0.1-2份；
柠檬酸纳 0.2-5份；
碳酸钠 0.5-7份；
交联剂 0.5-5份。
本发明中，采用碳酸钠作为发泡剂，在较低的加工温度下制备改性母粒，交联剂在电子加速器的作用下，聚丙烯链段形态发生变化，从线性链段向立体交联链段转变后完成复合材料的生产。该复合材料在注塑时在高温的注塑温度下，复合发泡剂发生反应，产生大量C02气体。配方中柠檬酸纳起到降低碳酸钠分解速度的缓释作用,同时由于聚丙烯链段交联化，导致聚丙烯熔体强度大幅提升，两个技术措施共同的作用确保产生的气味不容易冲破熔体，打破气孔结构，形成连续细密的气孔，从而赋予材料更低的密度、更轻的质量。同时气孔结构和体系中弹性体发生协同作用，有效减少聚丙烯重结晶产生的后收缩，使得材料整体收缩率和翘曲度大幅下降。
以下作为本发明的优选技术方案：
所述聚丙烯为扬子石化1215C、镇海炼化M50RH、韩国三星BX3800中的一种或者几种以上不同牌号聚丙烯的掺混物；
所述弹性体为陶氏8842、沙比克5070D、韩国LG LC168中的一种或者几种；
所述玻璃纤维为巨石508A型、欧文斯科宁248-13P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）。
所述的碳酸钠，总碱量≥98%。
所述的交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、二甲基庚二亚胺酸酯中的一种或者几种。
所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、弹性体、柠檬酸纳、碳酸钠、交联剂混合均匀，得到混合物料；
(2)将步骤(1)中的混合物料置入双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，经过水冷、切粒得到改性粒料；
(3)将改性粒料置于电器加速器中进行辐照交联，得到低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料。
所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡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，所述的双螺杆挤出机加工温度的条件为：170-220℃，主机转速为200-400转/min。
低收缩高抗冲辐照交联微发泡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，电子加速器中辐照剂量为0.5KGy-5.0KGy。
该低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料特别适合用于智能电表领域。
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，本发明采用碳酸钠作为发泡剂，在较低的加工温度下制备改性母粒，交联剂在电子加速器的作用下，聚丙烯链段形态发生变化，从线性链段向立体交联链段转变后完成复合材料的生产。该复合材料在注塑时在高温的注塑温度下，发泡剂发生反应，产生大量C02气体，由于聚丙烯链段交联化，导致聚丙烯熔体强度大幅提升，同时由于柠檬酸钠的缓释作用，产生的气味不容易冲破熔体打破气孔结构，形成连续细密的气孔，从而赋予材料更低的密度、更轻的质量。同时气孔结构和体系中弹性体发生协同作用，有效减少聚丙烯重结晶产生的后收缩，使得材料整体收缩率和翘曲度大幅下降，弹性体和气孔结构的存在明显改善复合材料在受到冲击时的应力传递，提高了材料的韧性。低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料极大改善了传统玻纤增强聚丙烯复合材料收缩率不均，翘曲明显，韧性不足的缺陷。
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
低收缩高抗冲辐照交联微发泡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。
低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、弹性体、柠檬酸纳、碳酸钠、交联剂混合均匀，得到混合物料；
(2)将步骤(2)中的混合物料置入双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，经过水冷、切粒得到改性粒料；
(3)将改性粒料置于电器加速器中进行辐照交联，得到低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机加工温度的条件为：170-220℃，主机转速为200-400转/min。电子加速器中辐照剂量为0.5KGy-5.0KGy。
表1
表2
实施例1~3和对比例1~4制备的低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料注塑成型，测量力学性能、收缩率和发泡率，其结果如表3和表4所示
表3
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 密度 g/cm<sup>3</sup> | 1.10 | 1.101 | 1.099 |
| 拉伸强度 MPa | 63.1 | 63.1 | 63.4 |
| 弯曲强度 MPa | 70.2 | 70.4 | 70.6 |
| 弯曲模量 MPa | 4150 | 4180 | 4166 |
| 简支梁缺口冲击强度 kJ/m<sup>2</sup> | 46 | 46 | 47 |
| 简支梁非缺口冲击强度 kJ/m<sup>2</sup> | 78 | 79 | 78 |
| 收缩率 % | 0.41 | 0.42 | 0.41 |
| 发泡率 % | 8.9 | 8.1 | 9.1 |
表4
| 测试项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例 5 |
| 密度 g/cm<sup>3</sup> | 1.10 | 1.11 | 1.08 | 1.12 | 1.13 |
| 拉伸强度 MPa | 63.1 | 64.5 | 55.1 | 58.4 | 61.5 |
| 弯曲强度 MPa | 70.2 | 72.1 | 61.4 | 67.1 | 69.5 |
| 弯曲模量 MPa | 4150 | 4210 | 3421 | 3721 | 3997 |
| 简支梁缺口冲击强度 kJ/m<sup>2</sup> | 46 | 41 | 33 | 36 | 39 |
| 简支梁非缺口冲击强度 kJ/m<sup>2</sup> | 78 | 70 | 62 | 66 | 69 |
| 收缩率 % | 0.41 | 0.49 | 0.36 | 0.53 | 0.58 |
| 发泡率 % | 8.9 | 3.2 | 15.8 | 2.7 | 0 |
从以上实施例和对比例可以看出，与传统玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比(对比例5)，本发明为低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料(实施例1-3)，所得复合材料具有更好的机械性能、收缩率和更低的密度；当不添加交联剂时（对比例4）熔体强度不足，无法支撑气孔结构，发泡率下降，复合材料收缩率上升。当发泡剂比例增多时（对比例3）产品发泡率更高，但由于气孔尺寸更大、更密集，气孔结构之间壁厚下降，影响产品性能。
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)
1.一种低收缩高抗冲辐照交联微发泡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：
聚丙烯 40-80份；
玻璃纤维 10-40份；
相容剂 1-10份；
弹性体 5-30份；
抗氧剂 0.1-2份；
柠檬酸纳 0.2-5份；
碳酸钠 0.5-7份；
交联剂 0.5-5份。
2.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的碳酸钠，总碱量≥98%。
3.根据权利要求1所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、二甲基庚二亚胺酸酯中的一种或者几种。
4.根据权利要求1~3任一项所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、弹性体、柠檬酸纳、碳酸钠、交联剂混合均匀，得到混合物料；
(2)将步骤(1)中的混合物料置入双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，经过水冷、切粒得到改性粒料；
(3)将改性粒料置于电器加速器中进行辐照交联，得到低收缩高抗冲辐照交联微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料。
5.根据权利要求4所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡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，所述的挤出机加工温度的条件为：170-220℃。
6.根据权利要求4所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡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，所述的双螺杆挤出机的主机转速为200-400转/min。
7.根据权利要求4所述的低收缩高抗冲辐照交联微发泡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，电子加速器中辐照剂量为0.5KGy-5.0KGy。
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| CN103756134A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-30 | 南京聚隆科技股份有限公司 | 利用发泡技术的长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 |
| CN108530752A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-14 | 中广核俊尔新材料有限公司 | 一种微发泡连续长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN111286123A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-06-16 | 苏州禾昌聚合材料股份有限公司 | 一种微发泡玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 |
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