CN103694613A一种低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯复合材料及其制备方法
一种低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚烯烃技术领域，尤其是涉及一种低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯 复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯PP作为五大通用塑料之一，密度小，生产成本低，综合力学性能 好，无毒、耐腐蚀、易于加工和回收等优点，被广泛应用于各种场所，如家用 电器、汽车内外饰件、健身器材、办公用品、日用品、玩具和卫生洁具等领域， 在塑料中占有重要地位，但在制作家电零部件时，其强度、刚度、抗冲击性及 常达不到要求，制品表面浮纤严重也限制了聚丙烯的应用。目前比较常用的是 玻纤、填充等对聚丙烯进行改性，以达到聚丙烯增强的目的。
目前，关于低浮纤聚丙烯的研制和应用主要是将相容剂物理共混于聚丙烯 PP树脂和玻纤中。中国专利文献CN 103265761A，公开了一种用低分子极性 物质马来酸酐等、引发剂对聚丙烯表面进行改性制得的低浮纤增强聚丙烯材 料，但该材料虽然力学性能有了较大提高，但浮纤问题依然比较明显。中国专 利200710172918.4公开了一种超长延伸率玻缡纤维增强聚丙烯复合材料，包括 聚丙烯、玻璃纤维、复合抗氧剂和其他助剂，其优点在于，拉伸断裂伸长率高。 中国专利201110008670.4公开了一种高抗冲、低浮纤长玻纤增强聚丙烯材料， 采用抗冲、低浮纤母粒配合长纤增强聚丙烯母粒进行改性，拉伸强度、冲击强 度等性能测试表明，其制备的聚丙烯材料表面光泽度高、浮纤现象少。
中国专利201110321904.0公开了一种复合纤维增强聚丙烯材料及其制备 方法，包括聚丙烯、复合纤维、接枝聚丙烯、抗氧剂，优点在于高玻纤含量仍 能保持良好的外观。中国专利200810039829.7公开了一种耐热高光泽增强聚丙 烯及其制备方法，包括高光泽填充剂、聚丙烯、玻璃纤维、润滑分散剂、抗氧 剂，其优点在于材料具有高光泽、高耐温性，较高的刚性和表面硬度。
以上技术通过处理玻纤或加入相容剂来提高聚丙烯与玻纤的相容性；其缺 点在于加入的玻璃纤维含量不能过多，否则浮纤外露依然很严重，且加工性能 较差，导致制件外观不好。通过加入弹性体对制品表面浮纤问题进行改善，目 前在聚丙烯中的应用尚未涉及。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低浮纤 玻纤增强增韧聚丙烯复合材料。
本发明的另一的目的是提供一种低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯复合材料的 制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯复合材料，采用以下组分及重量份含量的 原料制备得到：
聚丙烯30-80、玻璃纤维10-60、弹性体3-12、接枝单体1-5、引发剂0.2-1、 抗氧剂0.2-1、其他助剂0.2-2.0。
所述的聚丙烯选自无规立构聚丙烯、等规立构聚丙烯或间规立构聚丙烯中 的一种或几种，聚丙烯在温度230℃、载荷21.17N条件下的质量熔体流动速率 为2.0～50.0g/10min，拉伸强度≥20Mpa。
所述的玻璃纤维为直径8～20μm的无碱玻璃纤维。
所述的弹性体为热塑性弹性体或热固性弹性体，包括聚丁二烯橡胶、丁苯 橡胶、丁晴橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶或乙烯共聚物弹性体中的一种 或几种。
所述的接枝单体选自丙烯酸、马来酸、马来酸酐、丙烯酸缩水甘油酯中的 一种或几种。
所述的引发剂为过氧化醋酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基 DTBP或过氧化苯甲酸叔丁酯TPB。
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
所述的其他助剂包括热稳定剂、润滑剂、抗紫外线剂或颜料。
低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯复合材料的制备方法，该方法按照配方备料 后，将除玻璃纤维之外的其他组分置于高混机中混合5-10min，出料，通过侧 喂料口将玻璃纤维加入挤出机，在双螺杆机挤出，冷却、造粒，最后将颗粒烘 干，得到低浮纤玻纤增强增韧复合材料。
所述的双螺杆挤出机内的螺杆转速为200-500r/min，挤出机从加料到挤出 机头的温度设置为：185℃、190℃、205℃、210℃、210℃、210℃、200℃、 185℃、180℃，真空度≤0.06MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明利用玻璃纤维对高分子材料的增强作用，得到了高强度、高刚 度、尺寸稳定的聚丙烯材料，适合于注射成型各类车用、家电用工程塑料件；
2、本发明利用了弹性体对聚丙烯组合物的结晶行为的作用，在弹性体增 韧塑料体系中，弹性体颗粒起着应力集中点的作用。当材料受到冲击时，在粒 子的赤道线附近应力集中会引起小银纹的产生，当弹性体颗粒密集时，所产生 的大量银纹间的应力场相互干扰，若生长的银纹前峰的应力集中低于临界值或 银纹遇到另一弹性体颗粒时，则银纹终止，弹性体相粒子不仅能引发银纹而且 能控制银纹。结果表明，与纯聚合物中形成的少量大银纹相比，加入弹性体可 诱发大量的小银纹，而扩展大量的小银纹比扩展少量的大银纹需要更多的能 量，因而多重银纹的产生和发展可以显著地提高材料的冲击强度。同时玻纤有 促进结晶的作用，而PP、PA都属于结晶性材料。结晶快冷却就快；冷却快， 玻纤就难以被树脂束缚和掩盖住，那么就容易产生玻纤外露。弹性体的加入使 结晶速度变慢，破坏了聚丙烯的结晶行为，降低了浮纤的产生，因此可以制备 得到具有高强度、高抗冲击、低浮纤、尺寸稳定性好的增强增韧聚丙烯复合材 料，可广泛应用于管材、容器、汽车配件、家用电器等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供一种低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯复合材料，本发明采取的技术 方案是：一种低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯复合材料，由以下重量份的原料制成： 聚丙烯30-80、玻璃纤维10-60、弹性体3-12、接枝单体1-5、引发剂0.2-1、 抗氧剂0.2-1、其他助剂0.2-2.0。
所述的聚丙烯为无规立构聚丙烯、等规立构聚丙烯或间规立构聚丙烯中的 一种或几种，聚丙烯在温度230℃、载荷21.17N条件下的质量熔体流动速率为 2.0～50.0g/10min，拉伸强度≥20Mpa。
所述的玻璃纤维为无碱玻纤，其纤维直径为8～20μm。
所述的弹性体为热塑性弹性体或热固性弹性体中的一种或几种。所述的物 质选自：聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶， 乙烯共聚物弹性体等一种或几种。
所述的接枝单体选自丙烯酸、马来酸、马来酸酐、丙烯酸缩水甘油酯中的 一种或几种。
所述的引发剂为过氧化醋酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基 DTBP或过氧化苯甲酸叔丁酯TPB中的任一种
所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂。
所述的助剂为热稳定剂、润滑剂、抗紫外线剂或颜料。
为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：所述的低浮纤玻纤增 强增韧聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按配比秤取原料；将除玻 璃纤维之外的其他组分置于高混机中混合5-10min，通过侧喂料口将玻璃纤维 加入挤出机，双螺杆机挤出，冷却、造粒，最后将颗粒烘干，即得到低浮纤玻 纤增强增韧聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的转速为200-500r/min，挤出机从加料到机头的温度 设置为：185℃、190℃、205℃、210℃、210℃、210℃、200℃、185℃、180℃， 真空度≤0.06MPa。
以下实施例1-3中的低浮纤玻纤增强增韧聚丙烯的具体组分及其重量份配 比如表1所示。其中，以聚丙烯为基料，以无规立构聚丙烯、等规立构聚丙烯 的混合物为基料；加入不同比例的玻璃纤维、弹性体、接枝单体及其他助剂。
表1：实施例1-3玻纤增强聚丙烯组合物组份的重量配比
实施例1
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯84、弹性体3、接枝单体3、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量10。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
表2：双螺杆挤出加工工艺
实施例2
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯74、弹性体3、接枝单体3、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量20。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
实施例3
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯64、弹性体3、接枝单体3、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量30。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
对实施例1-3制得的无卤阻燃增强聚丙烯组合物进行力学性能测试对比， 结果如表3示。
表3：实施例1-3玻纤增强聚丙烯复合材料性能对比
按照上述配方及工艺所开发的玻纤增强聚丙烯复合材料随着玻璃纤维添 加量的增大，材料力学性能不断提高。该材料可广泛应用于汽车配件、家用电 器等领域。
以下实施例4-6中，对比不同弹性体添加量，其它组分作相应变化的低纤 增强增韧聚丙烯复合材料的具体组分及其重量份配比如表4所示。其中，以聚 丙烯为基料，以无规立构聚丙烯、等规立构聚丙烯的混合物为基料；加入不同 比例的玻璃纤维、弹性体、接枝单体及其他助剂。
表4：实施例4-6玻纤增强聚丙烯复合材料组份的重量配比
实施例4
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯67、弹性体0、接枝单体3、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量30。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
实施例5
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯64、弹性体3、接枝单体3、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量30。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
实施例6
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯59、弹性体3、接枝单体8、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量30。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
对实施例4-6制得的玻纤增强聚丙烯复合材料进行力学性能测试对比，结 果如表5示。
表5：玻纤增强聚丙烯复合材料性能对比
按照上述配方及工艺所开发的玻纤增强聚丙烯复合材料随着弹性体添加 量的增大，制品表面浮纤有递减趋势。该材料可广泛应用于汽车配件、家用电 器等领域。
以下实施例7-9中，对比不同接枝单体及引发剂添加量，其它组分作相应 变化的低纤增强增韧聚丙烯复合材料的具体组分及其重量份配比如表6所示。 其中，以聚丙烯为基料，以无规立构聚丙烯、等规立构聚丙烯的混合物为基料； 加入不同比例的玻璃纤维、弹性体、接枝单体及其他助剂。
表6：实施例7-9玻纤增强聚丙烯复合材料组份的重量配比
实施例7
((1)按重量份配比称取原料：聚丙烯64、弹性体5、接枝单体1、引发 剂0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量30。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
实施例8
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯62、弹性体5、接枝单体3、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量30。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
实施例9
(1)按重量份配比称取原料：聚丙烯60、弹性体5、接枝单体5、引发剂 0.5、抗氧剂0.5、其他助剂1；
(2)将聚丙烯、弹性体、接枝单体、引发剂、抗氧剂和其他助剂一起置 于高混机中混合10分钟；
(3)将物料加入双螺杆挤出机中，控制喂料速度，通过侧喂口将玻纤加 入挤出机；控制玻纤根数及喂料速度，控制玻璃纤维含量30。造粒，双螺杆机 的转速为300转/min；双螺杆挤出加工工艺列于表2中。
对实施例7-9制得的玻纤增强聚丙烯复合材料进行力学性能测试对比，结 果如表7示。
表7：玻纤增强聚丙烯复合材料性能对比
聚丙烯复合物的表面浮纤情况是通过表面进行抛光处理的模具上把材料 制成方块，通过二次原相仪对表面进行观察，根据二次原相仪量化出 1.5mm*1.5mm出现的的玻纤数量，根据表面璃纤根数不同分为5级，其中1级 为最好，玻纤根数在20根以下，2级为好，玻纤根数在20～40根之间，3为较 好，玻纤根数为40～80之间，4级为较差玻纤在80～200根之间，5级为差，玻 纤根数为200根以上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的优点在于巧妙利用玻璃纤维及弹性体对聚丙烯材料的增强增韧 的性能，得到了高强度、高抗冲击性、低浮纤、尺寸稳定的聚丙烯材料，适合 于注射成型各类车用、家电用工程塑料件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些 改进和补充也应视为本发明的保护范围。