CN1928170A - 一种聚丙烯纤维 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯纤维，由下列组份按下述重量比制成：A.70－97.5％的聚丙烯；B.0.5－15％的改性聚丙烯；C.0.1－5％的成核剂；D.0.1－20％的碳黑和(或)纳米SiO₂；E.0－1％的除碳黑以外的着色剂。用本发明方法制得的聚丙烯纤维可和玻璃纤维等增强纤维混用制造各种混纤纱、毡、布、纺织物、编织物，然后再预成型或直接加工成复合材料制品，这时，玻璃纤维等增强纤维含量可达到60％(重量百分比)以上。聚丙烯对增强纤维的浸渍效果好、分散效果好、界面结合好，其性能明显高于短切纤维增强或其它长纤维增强聚丙烯的效果，也好于普通聚丙烯纤维与增强纤维使用混纤纱方法制得的复合材料，性能提高30％至100％或更多，成型工艺对性能的影响也很大。

Description

一种聚丙烯纤维

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯纤维，属高分子材料领域。

背景技术

聚丙烯纤维(俗称丙纶)及其生产工艺都是很成熟的技术，现有的聚丙烯纤维主要用于纺织品，考虑的是材料的成纤性、可纺性、可染性、耐污性、抗静电性、抗起球性等。因此，一般的聚丙烯纤维是用来做织物的，不含能提高材料力学性能的助剂，所以不能用于与玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、芳纶纤维等增强纤维混用来制造复合材料。

发明内容

本发明要解决的就是现有的聚丙烯纤维不能用于与玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、芳纶纤维等增强纤维混用来制造复合材料技术问题，为人们提供一种新的能满足复合材料的界面结合性能、力学性能等要求的聚丙烯纤维。

本发明所述的聚丙烯纤维和一般聚丙烯纤维的主要差别是其成份，各成份的具体重量比如下：

A、70-97.5％的聚丙烯；

F、0.5-15％的改性聚丙烯；

G、0.1-5％的成核剂；

H、0.1-20％的碳黑和(或)纳米SiO₂；

I、0-1％的除碳黑以外的着色剂。

前述聚丙烯为熔融指数在0.3-50克/10分钟之间的普通PP粒料、粉料、回收料等。

前述改性聚丙烯为用马来酸酐等原料改性过的PP，接枝率在0.1％-10％之间，其主要作用是在聚丙烯纤维与增强纤维混用制造复合材料时提高基体聚丙烯与增强纤维的界面结合，从而提高材料力学性能。聚丙烯纤维的直径在4微米至1毫米之间，优选范围在10微米至0.1毫米之间。

前述成核剂的其作用是使PP与纤维界面处产生大量界面横晶，提高PP的晶核密度，从而提高材料的强度，主要的成核剂有：喹吖酮，对苯二酚，聚苯胺黄，二苄叉山梨醇衍生物，一元、二元脂肪酸、芳族或脂环族羧酸的碱金属盐可铝盐，磷酸酯类金属盐，这一类物质加入聚丙烯中后能提高其结晶温度、热变形温度以及拉伸强度，它们可以单独使用或复配使用；

前述碳黑是具有增强、补强及吸收紫外线作用的碳黑，包括炉法碳黑、热法碳黑、槽法碳黑和灯法碳黑，细度在10-200nm使用它后能明显提高聚丙烯的各种强度值，纳米SiO₂经过偶联剂表面处理过，细度在1-100nm之间，具有增强作用。

本发明使用的纳米SiO₂细度在1-100nm之间，具有增强作用。并且很重要的一点，由于碳黑和SiO都是一种微波的吸波材料，因此本发明可用在使用微波作加热源的加工场合。

前述除碳黑以外的着色剂是指染料或颜料粉末、分散粉末着色剂、湿润性着色剂、液体着色剂和浓缩母料。使用浓缩母料时，着色剂的量按浓缩母料中着色剂的百分含量和浓缩母料用量的百分数相乘而计算得到。它们是可以赋予聚丙烯颜色的加工助剂，视颜色要求，可以单独使用或按任意比例复配使用或不使用。

当使用除碳黑以外的着色剂时，一般不使用碳黑，可以只使用纳米SiO₂，这样能保证较好的着色效果。如果不使用除碳黑以外的其它的着色剂，可同时使用碳黑、SiO₂，这样对提高材料的强度很有帮助。

本发明的主要工艺路线：根据需要，各种原料经混料机混和、挤出机造粒、挤出纺丝机拉制纤维。挤出纺丝机工艺和一般聚丙烯纤维相同。拉丝时不需牵伸，生产效率高。一般可不用油剂，可用水代替油剂，这样可保证以后用于制造复合材料时，复合材料的良好的界面。一般的由小分子物质组成的油剂会对复合材料界面造成不良影响。

聚丙烯纤维的生产是成熟的技术，本发明的特殊之处是在聚丙烯纤维的配方中引入了所需的塑料加工助剂，虽然增加了聚丙烯纤维成纤的难度，但由于对纤维的细度精度要求不高，可以适当提高纤维直径，降低成纤难度。纤维直径增加后，当将聚丙烯纤维用于和玻璃纤维等增强纤维一起制造复合材料时，会影响聚丙烯纤维和玻璃纤维等增强材料纤维的分散程度，影响复合材料性能，需要进行比较，确定最佳的纤维直径。

用本发明方法制得的聚丙烯纤维可和玻璃纤维等增强纤维混用制造各种混纤纱、毡、布、纺织物、编织物，然后再预成型或直接加工成复合材料制品。这时，玻璃纤维等增强纤维含量可达到60％(重量百分比)以上。聚丙烯对增强纤维的浸渍效果好、分散效果好、界面结合好，其性能明显高于短切纤维增强或其它长纤维增强聚丙烯的效果，也好于普通聚丙烯纤维与增强纤维使用混纤纱方法制得的复合材料，性能提高30％至100％或更多，成型工艺对性能的影响也很大。

具体实施方式

实施例1：(例中的数据为各种料的重量百分比)

(1)将以下的料在混料机中混合

聚丙烯(熔融指数12)                    87.5

改性聚丙烯(马来酸酐接技率0.3％)       5.0

成核剂DBS(二苄叉山梨醇)               0.5

碳黑                                  7.0

(2)将混合好的料加入造粒机的料斗，挤出造粒。造粒挤出机各段的温度控制在：

I段140℃；    II段160℃；           III段180℃

模头温度190℃

(3)将粒料加入到拉丝挤出机中进行拉丝。控制拉丝挤出机模头温度260-280℃，聚丙烯纤维的直径控制在12微米至14微米之间。20根纤维一束进行卷取。

(4)使用拉制好的聚丙烯纤维和玻璃纤维按50∶50的重量比，均匀相混配，制得混纤针刺毡，用该毡压制得增强聚丙烯片材，测得材料的抗拉强度为111Mpa，抗弯强度为149MPa，而用纯聚丙烯纤维与玻璃纤维同比例制得的毡，热压成片材后测得抗拉强度42MPa，抗弯强度36MPa。

实施例2-3

将不同配方的聚丙烯料按实施例1的方法制得聚丙烯纤维、造粒、制针刺毡后测材料的抗拉强度和抗弯强度，数据列表如下：

编号	配方中各组份						片材的力学性能
									聚丙烯	改性聚丙烯	成核剂	碳黑	纳米二氧化硅	酞青兰	抗拉强度(Mpa)	抗弯强度(Mpa)
	0	100						42									36
1									87.5	5.0	0.5	7.0			111	149
	2	85.5	5.0	0.5	7.0	2		127									163
3									90.5	5.0	0.5		3.9	0.1	107	140

表中编号0是对比样。

Claims (12)

1、一种聚丙烯纤维，其特征在于由下列组份按下述重量比制成：

A、70-97.5％的聚丙烯；

B、0.5-15％的改性聚丙烯；

C、0.1-5％的成核剂；

D、0.1-20％的碳黑和(或)纳米SiO₂；

E、0-1％的除碳黑以外的着色剂。

2、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于所述的聚丙烯的熔融指数在0.3-50克/10分钟之间。

3、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于所述的改性聚丙烯是用马来酸酐接枝改性的，接枝率在0.1-10％之间。

4、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于所述的成核剂可以是指喹吖酮，对苯二酚，聚苯胺黄，二苄叉山梨醇衍生物，一元、二元脂肪酸、芳族或脂环族羧酸的碱金属盐可铝盐，磷酸酯类金属盐中的任意一种。

5、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于所述的碳黑是具有增强、补强及吸收紫外线作用的碳黑，包括炉法碳黑、热法碳黑、槽法碳黑和灯法碳黑，细度在10-200nm之间。

6、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于所述的纳米SiO₂细度在1-100nm之间。

7、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于所述的聚丙烯纤维的直径在4微米至1毫米之间。

8、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于所述的聚丙烯纤维的直径的优选范围在10微米至0.1毫米之间。

9、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于，除碳黑以外的着色剂是指染料或颜料粉末、分散粉末着色剂、湿润性着色剂、液体着色剂和浓缩母料，视颜色要求，可以单独使用或复配使用或不使用。

10、如权利要求9所述的聚丙烯纤维，其特征在于使用浓缩母料作着色剂时，着色剂的量按浓缩母料中着色剂的百分含量和浓缩母料用量的百分数相乘而计算得到。

11、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于拉制后的纤维不经过牵伸，收卷后直接用于混纤法复合材料成型。

12、如权利要求1所述的聚丙烯纤维，其特征在于拉制纤维时，不使用油剂，必要时可使用水代替油剂。