一种有机纤维增强聚丙烯复合材料及其lft-d成型工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种有机纤维增强聚丙烯复合材料及其LFT-D成型工艺，该聚丙烯复合材料由聚丙烯组合物与有机纤维复合组成，所述聚丙烯组合物由以下组份按重量份制备而成：聚丙烯80-100份、相容剂0.1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、其他助剂0-20份；该有机纤维增强聚丙烯复合材料的LFT-D成型工艺为：将聚丙烯复合材料经一阶螺杆挤出机熔融塑化，然后与有机纤维一起经二阶螺杆挤出机再次熔融塑化后切块，最后将块状熔体放入模具中模压成制品；该有机纤维增强聚丙烯的LFT-D生产工艺成型周期短，成型制品的结构复杂，尺寸大，强度高，韧性好。
【专利说明】
一种有机纤维增强聚丙烯复合材料及其LFT-D成型工艺
技术领域
[0001] 本发明属于高分子复合材料和机械领域，具体涉及一种有机纤维增强聚丙烯复 合材料及其LFT-D成型工艺。
[0002] 技术背景
[0003] 长纤维增强热塑性塑料(简称LFT)属热塑性复合材料的一种，也是当前国外热塑 性复合材料的开发热点。该材料具有轻质高强、环保可回收等特点，在汽车、建筑、船舶、航 天等行业有着广泛应用。LFT-D生产线是长纤维增强热塑性塑料在线复合成型生产线，是将 纤维与热塑性树脂在线复合直接模塑成不同产品，该生产线主要由三部分组成，分别为挤 出、搬运（机器手）、成型（压机）。其中挤出部分主要是进行树脂的塑化、配混，树脂与纤 维复合，并输出复合材料块；压机本体则采用整体框架式结构，前后主框架各采用一整块钢 板通过线切割而成，结构刚性好、精度高，压机前后带有安全保护光栅及激光扫描器等安全 保护装置。
[0004] LFT-D成型技术是继GMT和LFT-G之后又一种新的长纤维增强热塑性复合材料工 艺技术，它区别于GMT和LFT-G的关键因素是半成品步骤被省去，在材料的选择上更加灵 活，是近年来汽车复合材料行业中最受关注和市场成长最快的一种崭新的成型工艺技术。 在LFT-D技术中，不仅纤维的含量和纤维的长度可以直接调节到最终部件的要求，其基体 聚合物也可以直接调节到最终部件的要求。通过使用不同的添加剂可以改变和影响制品的 机械和特殊应用特性，如热稳定性、着色性、紫外稳定性和纤维与基体的粘结特性等。
[0005] 由于聚丙烯（PP)材料的密度小、耐热优异、抗弯曲疲劳性好且价格低，因此，高流 动PP成为LFT-D首选的基料。有机纤维是采用高分子材料经过熔融纺丝工艺生产的具有 强度高、种类多的一类制品。利用这些性能优异的有机纤维与其他高分子材料进行有效复 合，制备综合性能优异复合材料一直是材料和机械领域研究的热点。本专利公开的利用有 机纤维，采用LFT-D成型工艺与聚丙烯有效复合，不仅提供新颖的复合材料，同时可以解决 当前LFT-D成型制品中的诸多缺陷，如浮纤、材料单一、玻纤分散不均等。
[0006] 中国发明专利CN101935420 A公布了一种LFT-D材料的汽车底部导流板及其制 造方法，其对于聚合物及其相关助剂材料，均是采用在线批混后与玻璃纤维进行模压成型， 这些助剂在基料中分散不均，模压出来的产品稳定性较差，产品尺寸不稳定，表面会有明显 浮纤。
[0007] 中国发明专利CN103554656 A公布了一种用于LFT-D技术制备汽车底护板的聚 丙烯复合材料。本专利公开了一种用于生产汽车底护板的聚丙烯材料，采用玻璃纤维增强 聚丙烯，但产品表面浮纤严重，且产品密度大，不利于汽车轻量化的推进。
[0008]
【发明内容】
[0009] 本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种有机纤维增强聚丙烯复合材料及 其LFT-D成型工艺。
[0010] 为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的： 一种有机纤维增强聚丙烯复合材料及其LFT-D成型工艺，该聚丙烯复合材料由 60wt%-90wt%的聚丙稀组合物与10wt%-40wt%的有机纤维复合组成，所述聚丙稀组合物由 以下组份按重量份制备而成：聚丙烯80-100份、相容剂0. 1-3份、抗氧剂0. 1-0. 5份、其他 助剂0-20份； 所述的聚丙烯为在230°C /2. 16Kg条件下的熔融指数30-100g/10min，在拉伸速度为 50mm/min情况下拉伸强度大于25MPa、弯曲模量大于lOOOMPa。
[0011] 所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH)或聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水 甘油酯（PP-g-GMA)。
[0012] 所述抗氧剂为四（β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇酯(抗氧 剂1010)、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯(抗氧剂168)、硫代二丙酸双十八醇酯(抗氧剂 DSTDP)中的至少一种。
[0013] 所述其他助剂包括润滑剂、阻燃剂、光稳剂、增韧剂、色母粒中的至少一种。
[0014] 所述有机纤维为尼龙纤维（ΡΑ6和ΡΑ66 )、聚酯纤维（PET)、聚丙纤维（ΡΡ)中的至少 一种。
[0015] 所述的有机纤维增强聚丙烯复合材料的LFT-D成型工艺，其是先将聚丙烯组合物 经一阶螺杆挤出机熔融塑化，然后与有机纤维一起经二阶螺杆挤出机再次熔融塑化后切 块，最后将块状熔体放入模具中模压成制品； 所述一阶螺杆挤出机和二阶螺杆挤出机为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出 机中的一种。
[0016] 所述一阶螺杆挤出和二阶螺杆挤出的挤出温度范围为180-220°C。
[0017] 本发明与现有技术相比，具有以下优点： 1、本发明采用聚丙烯组合物和有机纤维利用LFT-D成型工艺，可以制备各种大幅面， 结构复杂的制品；不仅解决了现行LFT-D制品表面浮纤问题，而且大幅提高制品的冲击强 度，实现了制品的刚韧平衡。
[0018] 2、本发明公开的有机纤维和聚丙烯在LFT-D成型工艺中的应用，提供了一种新的 制备复合材料制件的方法；这解决了有机纤维增强聚丙烯在传统的挤出和注塑工艺难以实 现和性能不稳定的难题。
[0019]
【具体实施方式】： 下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于 对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员 根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。
[0020] 一种有机纤维增强聚丙烯复合材料及其LFT-D成型工艺，包括按照重量比制备聚 丙烯复合组合物，然后将该组合物和有机纤维在LFT-D设备上成型；具体成型步骤为：将聚 丙烯组合物经一阶螺杆挤出机熔融塑化，然后与有机纤维一起经二阶螺杆挤出机再次熔融 塑化后切块，最后将块状熔体放入模具中模压成制品。
[0021] 本发明选用聚丙烯为在230°C/2. 16Kg条件下的熔融指数30-100g/10min，在拉伸 速度为50mm/min情况下拉伸强度大于25MPa、弯曲模量大于lOOOMPa。
[0022] 本发明LFT-D-阶熔融塑化采用双螺杆挤出机，挤出温度从下料口到模口的 温度为180_230°C，主机转速为40-120rpm ;二阶熔融塑化采用双螺杆挤出机，塑化的聚 丙烯复合材料和有机纤维质量比为60/40到90/10,挤出温度从下料口到模口的温度为 180-230 °C，主机转速 30-90rpm。
[0023] 实施例1 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯BX3900 (韩国SK) 80份、相容剂PP-g-MAH 3份、抗 氧剂1010为〇. 05份、抗氧剂168为0. 05份、黑母粒PE2772为5份、阻燃剂十溴二苯乙烷 为10份，阻燃剂三氧化二锑为5份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均 匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒，制备成聚丙烯组合物。将该组合物经过一阶双螺杆 挤出机熔融塑化，然后塑化块和切段有机碳纤维以60/40的质量比由下料口进入二阶螺杆 熔融塑化，最后将塑化块切块由机械手放入模具中模压成建筑模板。
[0024] 实施例2 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯S2040(上海赛科）85份、相容剂PP-g-MAH 0. 1 份、抗氧剂1010为〇. 1份、抗氧剂168为0. 1份、抗氧剂DSTDP为0. 3,润滑剂EBS(乙撑双 硬脂酰胺）〇. 2份、光稳定剂V703 (美国氰特)为0. 2份、增韧剂Ρ0Ε为10份、红色母粒为3 份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷 后切粒，制备成聚丙烯组合物。将该组合物经过一阶双螺杆挤出机熔融塑化，然后塑化块和 切段PA6纤维以70/30的质量比由下料口进入二阶螺杆熔融塑化，最后将塑化块切块由机 械手放入模具中模压成建筑模板。
[0025] 实施例3 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯HI828 (韩国三星）90份、相容剂PP-g-GMA 1份、 抗氧剂1010为〇. 1份、抗氧剂168为0. 1份、抗氧剂DSTDP为0. 2份，白油36#为0. 2份、 光稳定剂V680 (美国氰特）为0. 2份、阻燃剂P602为10份、红色母粒为3份，将上述材料 加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒，制备成 聚丙烯组合物。将该组合物经过一阶双螺杆挤出机熔融塑化，然后塑化块和切段PA66纤维 以70/30的质量比由下料口进入二阶螺杆熔融塑化，最后将塑化块切块由机械手放入模具 中模压成电池底座。
[0026] 实施例4 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯BX3920 (SK) 90份、相容剂PP-g-GMA 2份、抗氧剂 1010为0. 1份、抗氧剂168为0. 1份、抗氧剂DSTDP为0. 2,白油36#为0. 3份、光稳定剂 V680 (美国氰特）为0. 2份、增韧剂EPDM为8份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀， 然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒，制备成聚丙烯组合物。将该组合物经 过一阶双螺杆挤出机熔融塑化，然后塑化块和切段PET纤维以80/20的质量比由下料口进 入二阶螺杆熔融塑化，最后将塑化块切块由机械手放入模具中模压成摩托艇底板。
[0027] 实施例5 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯EA5075 (巴塞尔）95份、相容剂PP-g-MAH 2份、抗 氧剂1010为〇. 1份、抗氧剂DSTDP为0. 2份，白油36#为0. 3份、光稳定剂V680 (美国氰 特）为0. 2份、增韧剂EPDM为3份，将上述材料加入高速混合机中混合均勾，然后将混合均 匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒，制备成聚丙烯组合物。将该组合物经过一阶双螺杆 挤出机熔融塑化，然后塑化块和切段PP纤维以80/20的质量比由下料口进入二阶螺杆熔融 塑化，最后将塑化块切块由机械手放入模具中模压成汽车底护板。
[0028] 实施例6 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯K1860(燕山石化）100份、相容剂PP-g-MAH 2份、 抗氧剂1010为〇. 1份、抗氧剂DSTDP为0. 2份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然 后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒，制备成聚丙烯组合物。将该组合物经过 一阶双螺杆挤出机熔融塑化，然后塑化块和切段碳纤维以75/25的质量比由下料口进入二 阶螺杆熔融塑化，最后将塑化块切块由机械手放入模具中模压成汽车底护板。
[0029] 实施例7 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯EA5076 (巴塞尔）90份、相容剂PP-g-MAH 3份、 抗氧剂1010为〇. 1份、抗氧剂DSTDP为0. 2份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然 后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒，制备成聚丙烯组合物。将该组合物经过 一阶双螺杆挤出机熔融塑化，然后塑化块和切段碳纤维以75/25的质量比由下料口进入二 阶螺杆熔融塑化，最后将塑化块切块由机械手放入模具中模压成汽车底护板。
[0030] 实施例8 按重量配比分别称取干燥的聚丙烯K7760H(燕山石化）80份、相容剂PP-g-MAH 3份、 抗氧剂1010为〇. 1份、抗氧剂DSTDP为0. 2份，阻燃剂十溴二苯乙烷12份、三氧化二锑为5 份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷 后切粒，制备成聚丙烯组合物。将该组合物经过一阶双螺杆挤出机熔融塑化，然后塑化块和 切段PET纤维以75/25的质量比由下料口进入二阶螺杆熔融塑化，最后将塑化块切块由机 械手放入模具中模压成汽车底护板。
[0031] 将上述实施例1-8中的样品，截取制件无加强筋平整的部位，按照统一工艺加工 成国标样条，按照表1中所列的测试标准和条件对其分别进行机械性能测试，测试数据如 下表2所示。
[0032] 表1 :复合材料的性能测试标准和条件
表2 :实施例1~8中各复合材料的性能测试结果
本发明公开采用LFT-D成型工艺制备的有机纤维和聚丙烯复合材料不仅制件表面光 滑平整，无浮纤和冷料斑等外观不良，从表2中的数据可以看出，机械性能优异，具有很高 的机械强度，成为替代结构件材料的方向；同时制件的冲击强度很高，这有效解决了现在 LFT-D产品中采用连续玻纤增强材料的冲击低，韧性不足的问题。
[0033] 对于实施例公开的不同体系，可以选择多种有机纤维，不仅解决了有机纤维增强 聚丙烯成型工艺困难，性能不稳定的难题，同时大大扩展了选材方案，可以根据不同制件对 材料强度和韧性的要求，选择不同的有机纤维进行增强，从而满足不同制品的要求，有效扩 展了 LFT-D成型工艺的应用范围。
【主权项】
1. 一种有机纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：该聚丙烯复合材料由 60wt%-90wt%的聚丙稀组合物与10wt%-40wt%的有机纤维复合组成，所述聚丙稀组合物由 以下组份按重量份制备而成：聚丙烯80-100份、相容剂0. 1-3份、抗氧剂0. 1-0. 5份、其他 助剂0-20份。2. 根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯在 230°C /2. 16Kg 条件下的熔融指数 30-100g/10min。3. 根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为聚丙烯接枝 马来酸酐或聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯。4. 根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四（β _(3， 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、硫代 二丙酸双十八醇酯中的至少一种。5. 根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述其他助剂包括润滑剂、阻 燃剂、光稳剂、增韧剂、色母粒中的至少一种。6. 根据权利要求1所述的有机纤维增强聚丙烯复合材料的LFT-D成型工艺，其特征在 于：所述有机纤维为尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙纤维、碳纤维中的至少一种。7. 根据权利要求1-6任一项所述的有机纤维增强聚丙烯复合材料的LFT-D成型工艺， 其特征在于：先将聚丙烯组合物经一阶螺杆挤出机熔融塑化，然后与有机纤维一起经二阶 螺杆挤出机再次熔融塑化后切块，最后将块状熔体放入模具中模压成制品；所述一阶螺杆 挤出机和二阶螺杆挤出机为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机中的一种。8. 根据权利要求1所述的有机纤维增强聚丙烯复合材料的LFT-D成型工艺，其特征在 于：所述一阶螺杆挤出和二阶螺杆挤出的挤出温度范围为180-230°C。
【文档编号】C08L77/06GK106009246SQ201510152189
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年4月1日
【发明人】杨桂生, 徐芹, 汪海
【申请人】合肥杰事杰新材料股份有限公司