高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙 烯材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 长玻璃纤维增强热塑性塑料是一种区别于短玻璃纤维增强热塑性塑料的复合材 料，在相同纤维含量的情况下，长玻璃纤维增强热塑性塑料与短玻璃纤维增强热塑性塑料 相比，长玻璃纤维增强热塑性塑料具有更高的纤维长度、强度、模量、韧性及更好的尺寸稳 定性。
[0003] 影响长玻璃纤维增强聚丙烯材料物理性能的主要因素有两种：1，聚丙烯与玻璃纤 维的界面结合状态对其性能有很大影响；2，聚合物熔体的流动性影响聚丙烯树脂与玻璃纤 维的浸渍状态，从而影响最终长玻璃纤维增强聚丙烯材料的物理性能。
[0004] 在长玻璃纤维增强聚丙烯材料制备过程中，聚丙烯的熔融指数越高，其流动性越 好，树脂对玻璃纤维的浸渍就越充分。因此长玻璃纤维增强聚丙烯的制备一般采用高熔指 聚丙烯作为原料树脂，或者通过添加聚丙烯蜡、白油等作为润滑剂提高聚丙烯流动性，还可 以添加分子链降解剂使聚丙烯树脂降解，达到提高流动性的效果。然而在材料的生产过程 中高熔指聚丙烯价格昂贵，添加聚丙烯蜡或白油对最终材料的力学性能，尤其是冲击性能 产生很大损害。再如专利名称为"长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法"，公开号为CN 101338051A的专利中，为提高聚丙烯树脂的流动性，加入一种PP降温母粒的流动改性剂。流 动改性剂的主要成分为过氧化物，通过过氧化物的热分解使聚丙烯链断裂达到提高聚丙烯 流动性的效果，然而过氧化物会与抗氧剂发生自由基终止反应，不仅额外消耗掉一部分抗 氧剂，导致材料热稳定性和使用寿命下降，而且在生产过程中产生大量有毒有害的气味，使 得产品品质下降。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服长玻璃纤维增强聚丙烯生产过程中聚丙烯流动性低，熔体粘 度大导致聚丙烯树脂难以充分浸渍玻璃纤维的问题，提供一种提高聚丙烯流动性和冲击强 度的改性方法，本发明能制备出流动性、相容性、刚性和韧性都优异的改性聚丙烯材料。
[0006] 本发明所要解决的技术问题是:针对上述技术缺点，提出一种长玻璃纤维增强聚 丙烯复合材料及其制备方法，可以加强聚丙烯流动性及其与玻纤的浸渍效果，增加材料的 冲击强度，消除或减小对人体有害的物质，降低气味。
[0007] 本发明的目的是通过如下技术方案实现：
[0008] 高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括以下按重量份数计的原料： 聚丙烯 40~80份， 长玻璃纤维 20~60份，
[0009] 相容剂 2~10份， 润滑剂 0.5~10份， 抗氧剂 0.1~1.5份。
[0010] 其中，所述的聚丙烯可以是均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，也可以是均聚聚丙烯和共 聚聚丙烯的一种以上的混合物;所述聚丙烯的熔融指数在5~100g/10min(2.16Kg，230°C)。
[0011] 所述长玻璃纤维为聚丙烯专用无碱玻璃纤维，其表面经硅烷偶联剂处理。
[0012] 所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
[0013] 所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯或硫醚类抗氧剂中的一种或几种， 包括抗氧剂1010,抗氧剂168,抗氧剂3114,抗氧剂619或抗氧剂DSTP中的一种或几种。
[0014]所述的润滑剂为超高熔指聚丙烯聚乙烯共聚物，其熔融指数为5000~20000g/ 10min(2.16Kg，230°C)，其中聚丙烯含量为80%~95%，聚乙烯含量20%~5%。
[0015]本发明中，润滑剂为超高熔指聚丙烯聚乙烯的共聚物，熔融指数为5000~20000g/ lOmin，无需再使用聚丙烯蜡、白油以及过氧化物等流动改性剂，而以往聚丙烯蜡或白油会 损害材料的冲击性能，过氧化物在使用中还会产生刺激性气味，而超高熔指聚丙烯聚乙烯 的共聚物恰好解决了以上问题。
[0016]由此可见，本发明巧妙地使用超高熔指聚丙烯聚乙烯的共聚物，从而在不降解聚 丙烯树脂分子链的情况下达到提高混合体系的流动性的目的，并且聚丙烯原料的熔指可以 低至5~100g/10min(2.16Kg，230°C)。需要重点指出的是，在现有技术中，本领域技术人员 一般采用高熔指聚丙烯，或添加流动改性剂、润滑剂来提高流动性，最终难以同时达到加工 条件的改善和力学性能的提高。而本发明可以说克服了本领域的技术偏见，突破性的解决 了以上技术问题。
[0017]上述高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018] (1)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂加入到高速混合机中充分混匀；
[0019] ⑵将步骤⑴得到的混合物加入到双螺杆挤出机内；
[0020] (3)将混合熔体挤出到特殊的浸渍模腔中，继而将长玻纤通过浸渍模头，冷却、切 粒，得到长玻璃纤维增强聚丙烯材料。挤出温度分别是：l〇〇°C，200°C，210°C，230°C，250°C， 270°C，280°C，280°C。主机转速为400rpm。
[0021] 本发明的优点是：
[0022] 1，聚丙烯原材料的熔指可以在很宽的范围内选择，无需限制选用高熔指聚丙烯；
[0023] 2,不需要加入过氧化物类流动改性剂，有效防止在加工过程中改性剂与抗氧剂间 的反应。
[0024] 3，不需要加入白油，聚丙烯蜡类润滑剂，有效防止白油，聚丙烯蜡类润滑剂对材料 冲击强度的损伤，且有效避免润滑剂的析出风险。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但是不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这都属于本发明 的保护范围。
[0026] 实施例1~5
[0027] 本实施例涉及一种高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，该方 法如下：
[0028] 步骤一，按重量配比称取原料，各组分及其数据见表1所示；
[0029] 步骤二，按重量配比称取的原料放入高混机中混合1~5分钟，放料，然后用挤出机 挤出造粒，具体步骤如下：
[0030] 第一步:将聚丙烯、相容剂、抗氧化剂、润滑剂按比例加入到挤出机中，通过挤出机 塑化后，输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为250~300°C，螺杆挤出机的 温度为240~290°C。其中聚丙烯由埃克森美孚公司提供，牌号为PP7555;相容剂由普利朗公 司提供，牌号为1001;抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1〇1〇,618;润滑剂由埃克森美孚公司 提供，牌号为SP8999SS。
[0031]第二步，将长玻璃纤维以5~80m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体 浸渍模腔的长度为2~5m，充分浸渍后，冷却，切粒，得到高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙 稀材料。
[0032] 对比例1~2
[0033] 本实施例涉及一种高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，该方 法如下：
[0034] 步骤一，按重量配比称取原料，各组分及其数据见表1所示；
[0035] 步骤二，按重量配比称取原料放入高混机中混合1~5分钟，放料，然后用挤出机挤 出造粒，具体步骤如下：
[0036] 第一步:将聚丙烯、相容剂、抗氧化剂按比例加入到挤出机中，通过挤出机塑化后， 输送到高温熔体浸渍模腔中，高温浸渍模腔内部温度为250~300°C，螺杆挤出机的温度为 240~290°C。其中聚丙烯由埃克森美孚公司提供，牌号为PP7555;相容剂由普利朗公司提 供，牌号为1001;抗氧化剂采用巴斯夫公司提供的1〇1〇,618。
[0037]第二步，将长玻璃纤维以5~80m/min的速度牵引进入高温熔体浸渍模腔中，熔体 浸渍模腔的长度为2~5m，充分浸渍后，冷却，切粒，得到高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙 稀材料。
[0038] 表1
[0039]
[0040] 将实施例1~5制得的样品，进行性能测试，采用ISO标准，具体结果见表2所示：
[0041] 表 2
[0042]
[0043]由上表2可以看出本发明样品具有较高的机械性能和抗冲击强度。
[0044]本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案均在 本发明要求保护的范围之内。
【主权项】
1. 高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于:包括以下按重量份计 的原料： 聚丙烯 40~80份， 长玻璃纤维 20~60份， 相容剂 2~10份， 润滑剂 0.5~10份， 抗氧剂 份。.2. 根据权利要求1所述的高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于： 所述的聚丙烯是均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的一种或均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的混合物。3. 根据权利要求1所述的高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯材料，其特征在于：在 2.16Kg，230°C的测试条件下，所述聚丙烯的熔融指数在5~100g/10min。4. 根据权利要求1所述的高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于： 所述长玻璃纤维为聚丙烯专用无碱玻璃纤维，其表面经硅烷偶联剂处理。5. 根据权利要求1所述的高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于： 所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。6. 根据权利要求1所述的高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于： 所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯和硫醚类抗氧剂中的一种或几种。7. 根据权利要求1所述的高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于： 所述的润滑剂为超高熔指聚丙烯聚乙烯共聚物，其熔融指数为5000~20000g/10min，测试 条件为2.16Kg，230°C，其中聚丙烯含量为80%~95%，聚乙烯含量20%~5%。8. 权利要求1-7任意之一所述的高强度高韧性长玻璃纤维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) 将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂加入到高速混合机中充分混匀； (2) 将步骤(1)得到的混合物加入到双螺杆挤出机内； (3) 将混合熔体挤出到特殊的浸渍模腔中，继而将长玻纤通过浸渍模头，冷却、切粒，得 到长玻璃纤维增强聚丙烯材料;挤出温度分别是：100°C，200°C，210°C，230°C，250°C，270 °C，280°C，280°C。主机转速为400rpm。
【专利摘要】本发明公开了高强度高韧性长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，其中所述的聚丙烯复合材料包括以下按重量份计的原料：聚丙烯40～80份，长玻璃纤维20～60份，相容剂2～10份，润滑剂0.5～10份，抗氧剂0.1～1.5份。本发明的优点是：1，聚丙烯原材料的熔指可以在很宽的范围内选择，无需限制选用高熔指聚丙烯；2，不需要加入过氧化物类流动改性剂，有效防止在加工过程中改性剂与抗氧剂间的反应。3，不需要加入白油，聚丙烯蜡类润滑剂，有效防止白油，聚丙烯蜡类润滑剂对材料冲击强度的损伤，且有效避免润滑剂的析出风险。
【IPC分类】C08K7/14, C08J5/08, C08L51/06, C08L23/10, C08L23/14, C08K9/06, B29C47/92
【公开号】CN105482242
【申请号】CN201511021109
【发明人】张杨, 王溢, 李宏, 张祥福, 周文
【申请人】上海普利特复合材料股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日