一种纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及高分子材料技术领域，具体来说，涉及一种纳米复合长玻纤增强聚丙 烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 长玻纤增强聚丙烯是"以塑代钢"的典型应用之一，与金属材料相比，具有密度低、 重量轻、比强度高、耐腐蚀、易成型、尺寸稳定性优良等特点，同时可以实现零部件的集成 化，如以数十个金属零件组成的汽车前端模块，通过长玻纤增强聚丙烯注塑成型可以一次 完成，极大地降低了制造成本。采用长玻纤增强聚丙烯替代传统应用上的金属材料、增强尼 龙材料，已经成为汽车、家电、环保等行业的发展趋势。
[0003] 长玻纤增强聚丙烯相对于短玻纤增强聚丙烯，其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度 都有显著提升，在抗翘曲方面也有明显改善，但是在注塑生产面积较大的平面产品时，仍然 存在较大的翘曲，并且通过调整注塑工艺很难达到理想的效果。因此，为了降低增强聚丙烯 产品的翘曲度，科研人员开展的研究主要集中在为增强聚丙烯产品中添加其它类型的高分 子材料、抗翘曲成核剂、矿物填料等方面，如：
[0004] 中国专利CN102532682A公开了一种低翘曲高光泽填充增强聚丙烯材料及其制备 方法，在玻纤增强聚丙烯体系中加入了适量的硅灰石，获得具有良好的力学性能、抗翘曲性 能优、外表美观的材料。中国专利CN 1315465公开了一种低收缩率防翘曲玻璃纤维增强聚 丙烯及其制备方法，在玻纤增强聚丙烯体系中添加苯乙烯类树脂和无机填料，得到具有收 缩率低、横纵收缩率均匀、表面无翘曲等优点的产品。中国专利CN 102250420A公开了一种 抗翘曲增强聚丙烯复合材料及其制备方法，采用横截面为椭圆的低取向玻纤增强聚丙烯， 使材料具有抗翘曲特性。以上公开专利对于长玻纤增强聚丙烯虽然都有一定的抗翘曲效 果，但在体系中需要添加较多无机填料，导致长玻纤增强聚丙烯比重显著增加;添加其它树 脂材料，会影响聚丙烯熔体的流动特性，不利于长玻纤增强聚丙烯的加工，从而影响了材料 的综合性能。
[0005] 为解决上述技术问题，特提出本发明。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种纳米复合长玻纤增强聚丙烯复合 材料及其制备方法，该方法简单、操作安全，并且经该制备方法制得的纳米复合长玻纤增强 聚丙烯复合材料不仅具有优异的力学性能，还具有优异的抗翘曲性能。
[0007] 为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料，由按重量百分比计的下述原料组成： 聚丙烯40~85%，长玻璃纤维10~50%，相容剂1~5%，纳米材料母粒1~5%，抗氧化剂0.2 ~1%〇
[0009] 本发明所制得纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料之所以能够具有低的翘曲度， 并且在以之制成的注塑制品平整度上具有优势，主要得益于对原料配方进行优化改进，具 体为:本发明在原料配方中加入了纳米材料母粒，纳米材料在聚丙烯中的分散更加均匀，不 仅能够改善聚丙烯的结晶过程，降低翘曲度，还使聚丙烯的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度 都得到增强。因此本发明所制得的纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料不仅具有高的力学 性能，还具有轻量化、低成本的优点，能够替代现有的短玻纤增强聚丙烯材料、短玻纤增强 尼龙材料，具有良好的市场前景和经济效益。同时现有技术中使用的无机填料占总体加工 原料的比重较大，而本发明使用的无机纳米材料在整体材料加工原料中比重很小，不会因 显著增加的密度影响到材料的性能。
[0010] 根据本发明，所述聚丙烯在温度230°c、负荷2.16kg条件下，熔融指数为10~350g/ 10min〇
[0011] 根据本发明，所述长玻璃纤维为无碱连续长玻璃纤维，直径为10~20μπι。
[0012] 根据本发明，所述相容剂为SMA、MS-NB、AX8900中的一种，所述SMA中马来酸酐的含 量优选为5~20%，所述相容剂为分子中有极性官能团的聚合物型相容剂，是为了增强聚丙 烯树脂与玻璃纤维的界面结合，提高材料的力学性能，优选为AX8900。
[0013] 根据本发明，所述纳米材料母粒是由按重量份数计的下述原料制备而成:母粒载 体60~94.5份，纳米材料5~35份，分散剂0.5~5份。
[0014] 根据本发明所述纳米材料母粒，其中，所述纳米材料是纳米二氧化娃、纳米氧化 错、纳米二氧化钛、碳纳米管、纳米蒙脱土、纳米凹凸棒土中的一种，所述纳米材料可以和聚 丙烯有效结合，提高聚丙烯的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，并改变聚丙烯的结晶性能， 从而抑制长玻纤导致聚丙烯的翘曲变形。
[00?5]根据本发明所述纳米材料母粒，其中，所述母粒载体是聚乙稀錯、N，N'_乙撑双硬 脂酰胺、改性乙撑双脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种，所述母粒载体在一定温度下 可以熔化为液体，从而有助于纳米材料粒子的分散，同时载体在长玻纤增强聚丙烯中有润 滑作用，有助于加强玻璃纤维与聚丙烯之间的界面作用，优选的载体是改性乙撑双脂肪酸 酰胺。
[0016] 根据本发明所述纳米材料母粒，其中，所述分散剂是山梨醇酐单油酸酯、山梨糖醇 酐单棕榈酸酯、山梨糖醇酐三油酸酯中的一种，有利于纳米材料粒子在熔化为液体的载体 中分散。
[0017] 根据本发明，所述的抗氧化剂是受阻酚类抗氧化剂、亚磷酸酯类抗氧化剂中的至 少一种，所述抗氧化剂用于中止聚丙烯挤出加工过程及使用过程中产生的自由基，目的是 防止产品降解;其中受阻酚类抗氧化剂可优选为：四[β-(3,5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸] 季戊四醇酯、β-(3,5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯中的至少一种;亚磷酸酯类抗 氧化剂可优选为亚磷酸三(2,4_二叔丁基苯)酯、β，β'_硫代二丙酸二硬脂酸酯中的至少一 种。
[0018] 本发明提供了一种纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，其中，包括 纳米母粒的制备步骤和长玻纤增强聚丙烯材料的制备步骤：
[0019] Α.纳米母粒的制备步骤：
[0020] (a)将配方比的母粒载体、分散剂加入反应爸中，加热到母粒载体恪点以上恪化， 加热温度为50~200 °C，优选120~170 °C ;
[0021 ] (b)将配方比的纳米材料加入到反应釜中，混合搅拌0.5~3小时，优选1小时；
[0022] (c)将含有纳米材料与母粒载体的高温混合物取出并冷却凝固，粉碎后得到纳米 材料母粒颗粒，平均粒径为2~5mm。
[0023] B.长玻纤增强聚丙烯材料的制备步骤：
[0024] (d)将配方比的聚丙烯、纳米材料母粒、抗氧化剂混合均匀后加入到双螺杆挤出机 中进行高温熔融，熔融温度范围为230~280°C，挤出机将混合物的高温熔体输送到浸渍模 具中，其中浸渍模具的模头温度控制在230~280°C ;
[0025] (e)将配方比的长玻璃纤维输送入浸渍模具，浸入所述聚丙烯混合物高温熔体后， 再将表面包覆聚丙烯熔体的长玻璃纤维牵引出浸渍模具；
[0026] (f)对表面包覆聚丙烯熔体的长玻璃纤维进行冷却、造粒，得到所述的纳米材料复 合长玻纤增强聚丙烯材料颗粒，长度为10~30mm。
[0027] 本发明的有益效果是:相较于现有技术，本发明通过对原料配方及制备方法进行 优化创新：（1)本发明原料配方中添加入纳米材料母粒，可以起到聚丙烯成核剂的作用，提 高聚丙烯的结晶度，从而提高材料的力学强度；（2)对于纳米材料在聚丙烯熔体中不易分 散、添加量低的问题，本发明制备纳米材料母粒，使其能够将纳米材料均匀分散在长玻纤增 强聚丙烯中，避免了常规工艺中将纳米材料直接与聚丙烯进行共混，大大提高了聚丙烯复 合材料的性能。本发明所制得的纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料不仅具有高的机械性 能，而且抗翘曲性能更好，使用该产品注塑制得的制品表面更平整。产品具有低成本、外观 良好的特点，能够代替短玻纤增强聚丙烯、短玻纤增强尼龙6/尼龙66材料，具有良好的市场 前景。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施 例。
[0029] 实施例1~6均根据本发明所述的配方比例及制备方法来制备所述的纳米材料复 合长玻纤增强聚丙烯材料颗粒。
[0030] 说明：实施例1~6中所述聚丙烯的熔融指数（即熔体流动速率)皆在以下测试条件 下所得:温度为230°(：，负载质量为2.161^。
[0031] 实施例1:
[0032]本实施例中，所述的纳米材料母粒按如下方法制备：
[0033] 首先，将6.9kg霍尼韦尔聚乙烯蜡AC-629A、山梨醇酐单油酸酯0.1kg加入20L反应 釜中，设定加热温度为150°C，待聚乙烯蜡熔化后，开启搅拌器，搅拌速度500rpm，将3kg Wacker N20气相二氧化硅（12nm)缓慢加入到反应釜中，添加完毕后，搅拌混合1小时后，将 熔融混合物取出后冷却凝固，粉碎后得到纳米材料母粒颗粒，平均粒径3mm。
[0034] 实施例2:
[0035