一种高性能微发泡专用的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子的技术领域，具体地说是一种高性能微发泡专用的玻纤增强聚 丙烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯是当前用量最大的通用塑料品种之一。与同类型材料的聚乙烯相比，聚丙 烯在具备低密度（〇.9g/cm3)的同时，其力学性能、耐热性均明显优于聚乙烯，体现出极为 优异的"质轻、高性能、低成本"的应用特征，因而得以在汽车、电器、建材等工业领域得以大 量使用。
[0003] 在当前汽车行业"以塑代钢"的轻量化趋势日益高涨的前提下，聚丙烯及其复合材 料成为轻量化复合材料的理想选择之一，而模塑发泡便成为聚丙烯材料超轻量化应用的有 效途径，然而，无论是化学发泡还是物理发泡，材料内部微孔的形成不可避免会降低聚丙烯 的力学性能指标尤其是刚性，因此，必须加入增强体如玻璃纤维，以保证发泡后制件满足相 应的性能规范，具备应用价值。但当前的已有研宄大多关注于聚丙烯发泡后减重情况，而对 其发泡后的力学性能研宄较少。CN103275397所记述的改性微孔发泡聚丙烯材料，通过发 泡剂的选择，针对性优化材料内部的泡孔结构及分布情况；CN102532720则采用竹粉辅助 发泡剂的方式，获得了泡孔细小、均匀致密、质轻的微发泡聚丙烯材料。而对于汽车行业来 说，所用的零部件均需要具备相应的性能指标，以保证其安全性、可靠性，因此，片面关注聚 丙烯的发泡、减重效果显然是不够的，而应该在密度降低、性能提升这一看似矛盾的关系之 间找到合适的平衡点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种改进的高性能微发泡专用的玻纤增强聚丙烯复合材 料，它可克服现有技术中密度降低、性能下降的一些不足。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高性能微发泡专用的玻纤增强聚 丙烯复合材料，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：
[0006] 复配型聚丙烯 50-80% 接枝物相容剂 2-10% 玻纤短切毡 5-30% 弹性体増韧剂 2-10%
[0007] 上述各成分的重量百分比之和为100%，其中复配型聚丙烯为高刚性均聚丙烯 HCIPP与高熔体强度聚丙烯HMSPP按4:1~1:1的比例复配而成。
[0008] 更进一步的，所述的高刚性均聚丙烯HCIPP为结晶度Xc多99. 5%、拉伸强度 彡40MPa的均聚丙烯材料，在230°C、2. 16Kg的测试条件下，其熔融指数为5~30g/min。
[0009] 更进一步的，所述的高熔体强度聚丙烯HMSPP为通过常规的熔融反应挤出法制备 的单体接枝型长直链HMSPP，熔融指数在230°C、2. 16KG的条件下测试为2g/10min，熔体强 度彡0· 1N。
[0010] 更进一步的，所述的接枝物相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯GM接枝聚丙烯相容 剂，其接枝率经化学滴定法测试为〇. 5~2%。
[0011] 更进一步的，所述的短玻纤短切毡为连续玻璃纤维合股纱短切后所得，其单丝直 径为13um，短切长度为3-4. 5mm。
[0012] 更进一步的，所述的弹性体增韧剂为烯烃类弹性体Ρ0Ε、三元乙丙橡胶EPDM的一 种或2种以上混合物，在190°C、2. 16Kg的测试条件下，其熔融指数为0. 5-30g/min。
[0013] 一种高性能微发泡专用的玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所 述的方法包括以下步骤：
[0014] (1)按所述的重量百分比称取复配型聚丙烯基体、接枝物相容剂、弹性体增韧剂及 加工助剂，混合均匀，得到混合原料；
[0015] (2)将干燥后的混合原料放置于紧密啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经 喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将玻纤短切毡从侧喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆 直径为35mm，长径比L/D为40,主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：60°C、 160°C、190°C、195°C、200°C、210°C、210°C，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造 粒、烘干处理等工序后得到产品。
[0016] 使用时，本发明通过加入复配型聚丙烯基体，其中高刚性聚丙烯HCIPP基体有利 于发泡后复合材料的力学性能保持率，而高熔体强度聚丙烯HMSPP则能保证泡孔均匀、结 构完整、分布合理，加入的多单体嵌段共聚物能改善复合材料界面状况，因此，各组分在合 理搭配使用后，不仅能获得满意的发泡效果，复合材料密度较微发泡前有大幅度降低，而且 主要的刚性指标如拉伸强度、弯曲强度未见明显降低，常温及低温下的冲击强度反而有所 改善，是一种具有突出优点的"轻质、高强、高性价比"的聚合物基复合材料，可用于汽车已 有塑料件的减重、降本的研发进程。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0018] 本发明实施例所用原料：
[0019] PP-I:高刚性均聚丙烯HCIPP，结晶度Xc彡99. 5%，荷兰利安德巴塞尔公司，熔融 指数 20g/min(230°C、2. 16Kg)。
[0020] PP-2:高熔体强度共聚丙烯，熔体强度彡0. 15N，韩国湖南石化公司，熔融指数2g/ min(230°C、2. 16Kg)。
[0021] 接枝物相容剂：甲基丙烯酸缩水甘油酯GM接枝聚丙烯相容剂，化学滴定法测试 接枝率为0. 8. 0%，自制，通过双螺杆挤出机，由过氧化物引发剂引发GM/苯乙烯St混合物 接枝熔融态聚丙烯而得。
[0022] 短玻纤短切毡：连续玻璃纤维合股纱短切毡，直径13um，短切长度4. 5mm，泰山玻 纤。
[0023] 弹性体增韧剂-1 :三元乙丙橡胶EPDM，美国杜邦公司，熔融指数1.7(190 °C、 2. 16Kg) 〇
[0024] 弹性体增韧剂-2 :聚烯烃弹性体POE，美国杜邦公司，熔融指数5. 0 (190 °C、 2. 16Kg)。产品性能测试：
[0025] 拉伸性能：按IS0527-2标准进行，测试速率为5mm/min。
[0026] 弯曲性能：按IS0178标准进行，跨距为64mm，测试速率为2mm/min。
[0027] 常温及低温冲击性能：按IS0179-1标准在简支梁冲击试验机上进行，样条为标准 V型缺口，测试环境温度分别为23°C、_30°C。
[0028] 发泡试验：以超临界氮气N2流体为发泡剂，在Trexel 350/550T0N在线注塑系统 中进行，发泡率控制为20 %，各注塑段温度分别为210 °C、220°C、230 °C、230°C，模具温度保 持在50°C，低压注塑成型工艺，注塑为标准力学性能测试样条，分别测试器密度、拉伸、弯 曲、冲击等性能指标。
[0029] 本发明的技术方案制备得到的高性能增强聚丙烯复合材料，通过针对性选择不同 特性的聚丙烯复配，为发泡以后复合材料性能保持、质量减重提供了良好的数值基体，使用 的多元嵌段共聚物弹性体，能加强基体尤其是高熔体强度聚丙烯HMSPP与玻纤增强体之间 的界面状况，这是复合材料具备优异的可发泡性能的关键因素。另外，玻纤短切毡及专用的 螺杆组合，提升了复合材料中玻纤残余长度的保持率，不仅有利于泡孔结构的支撑及分布， 对复合材料的整体性能尤其是刚性指标有积极的促进作用。力学性能测试数据表明，通过 本技术方案得到的增强聚丙烯复合材料，在发泡后复合材料的拉伸、弯曲强度均保持在较 高的水准，且冲击性能有明显的改善，其性质比远高于较常规的玻纤增强聚丙烯复合材料， 这对其在汽车功能性部件、填充装饰件的应用推广提供良好的材料基础。
[0030] 实施例1
[0031] 按表1中所示的实施例1数据称取各组分，将玻纤短切毡以外的各组分与高速混 合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，玻纤短切毡投入到侧喂料仓，挤出机 螺杆直径为35mm，长径比L/D为40,主机转速设定为250转/分钟，主机筒的各分区温度 (从加料口 到机头出口）设定为：60 °C、160 °C、190 °C、195 °C、200 °C、210 °C、210 °C，经熔融挤 出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品。
[0032] 表1高性能微发泡专用的玻纤增强聚丙烯复合材料的配方表（单位：克）
[0033]
[0034] 实施例2
[0035] 按表1中所示的实施例2数据称取各组分，将玻纤短切毡以外的各组分与高速混 合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，玻纤短切毡投入到侧喂料仓，挤出机 螺杆直径为35mm，长径比L/D为40,主机转速设定为250转/分钟，主机筒的各分区温度 (从加料口 到机头出口）设定为：60 °C、160 °C、190 °C、195 °C、200 °C、210 °C、210 °C，经熔融挤 出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品。
[0036] 实施例3
[0037] 按表3中所示的实施例3数据称取各组分，将玻纤短切毡以外的各组分与高速混 合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，玻纤短切毡投入到侧喂料仓，挤出机 螺杆直径为35mm，长径比L/D为40,主机转速设定为250转/分钟，主机筒的各分区温度 (从加料口 到机头出口）设定为：60 °C、160 °C、190 °C、195 °C、200 °C、210 °C、210 °C，经熔融挤 出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品。
[0038] 实施例4
[0039] 按表1中所示的实施例4数据称取各组分，将玻纤短切毡以外