长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。该长玻纤增强聚丙烯复合材料包括的重量百分比组分有：聚丙烯40-65%、玻璃纤维30-50%、相容剂4-7%、抗氧剂0.5-1.5%、润滑剂0.5-1.5%。其制备方法包括将相应聚丙烯、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行混料处理，将长玻璃纤维分散于熔融混合物料中进行浸渍处理制备长玻纤增强聚丙烯复合材料的步骤。本发明长玻纤增强聚丙烯复合材料力学性能均衡，尤其是冲击强度比较高；低收缩，高尺寸稳定性；低翘曲，各向异性小；低蠕变，抗动态疲劳性好。其制备方法能有效分散长玻璃纤维，并保留长玻璃纤维的长度。
【专利说明】长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料【技术领域】，特别涉及一种长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(Polypropylene, PP)在常温下韧性好,刚性差,无法应用于对刚性要求较高的领域，应用受到限制。用玻璃纤维对PP增强后，材料的力学性能，尤其是拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均明显提高，很大程度上弥补了 PP刚性较差的缺点，广泛应用于电子电气、家电和汽车等领域。
[0003]众所周知，在玻纤增强PP复合材料中，玻纤的长度越长，即玻纤的长径比越大，其作为增强材料的增强效果越明显，研究表明，作为增强材料的玻璃纤维，其在制品中保留长度的临界值为3.1mm,玻纤长度只有在大于临界长度时，才能起到很好的增强效果，否则玻纤容易在制品受力后从树脂基体中拔离脱落，只能起到类似矿物一样的填充左右，而非增强作用。然而在传统玻纤增强PP的复合材料中，玻纤是通过双螺杆挤出机与PP树脂进行混合造粒而得到，连续玻璃纤维在螺杆的剪切作用下而变短，玻纤在复合材料粒子中的长度通常只有0.5_左右，此复合材料经注塑或其他成型方法制备成产品的过程中，玻纤会受到剪切等因素的破坏而进一步变短，通常情况下，制品中玻纤的最终长度只有0.3mm左右。因此，如何保留玻纤增强PP复合材料中的玻纤长度以实现其增强效果是本领域需要客服的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决现有玻纤增强PP的复合材料中的玻纤长径比短而导致其增强效果差的技术问题。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
[0006]一种长玻纤增强聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分:
[0007]
聚丙烯 40-65%;
玻璃纤维 30-50%;
相容剂 4-7%;
抗氧剂 0.5-1.5%;
润滑剂 0 5 1.5%。
[0008]其中，玻璃纤维是分散于长玻纤增强聚丙烯复合材料中，且其长度与所述长玻纤增强聚丙烯复合材料为粒子时的长度相等。[0009]以及，一种长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0010]按照上述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的组分含量分别称取聚丙烯、相容剂、润滑剂和抗氧剂组分；
[0011]将所述聚丙烯、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行混料处理，得到混合物料；
[0012]将所述混合物料采用挤出机熔融后置于浸溃系统中，再向浸溃系统中加入长玻璃纤维，并使得所述长玻璃纤维分散于所述熔融的混合物料中后经牵引、冷却、切粒处理，得到所述长玻纤增强聚丙烯复合材料；其中，长玻璃纤维加入量占所述长玻纤增强聚丙烯复合材料总重量百分比的30-50% ;且经所述切粒处理后所述长玻纤增强聚丙烯复合材料中玻璃纤维长度与所述长玻纤增强聚丙烯复合材料粒子的长度相等。
[0013]与现有技术相比，本发明长玻纤增强聚丙烯复合材料中，玻璃纤维是均匀分散与材料中，且其长度能够保留至与长玻纤增强聚丙烯复合材料粒子的长度相等。因此，将本发明长玻纤增强聚丙烯复合材料用于成型的制品后，玻璃纤维长度能够保留5mm以上，因此，本发明长玻纤增强聚丙烯复合材料力学性能均衡，尤其是冲击强度比较高；低收缩，高尺寸稳定性；低翘曲，各向异性小；低蠕变，抗动态疲劳性好。
[0014]上述长玻纤增强聚丙烯复合材料采用浸溃法使得长玻璃纤维均匀分散至熔融的混合料中，有效保证了长玻璃纤维的长度不被破坏，使得制备获得的长玻纤增强聚丙烯复合材料力学性能优异 ，同时其制备方法条件易控，制备出的复合材料性能稳定。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]本发明实施例提供一种能有效保留玻璃纤维的长度，力学性能优异的长玻纤增强聚丙烯复合材料。该长玻纤增强聚丙烯复合材料包括如下重量百分比的组分:
[0017]
聚丙烯 40-65%;
玻璃纤唯 30-50%;
相容剂 4-7%;
抗氧剂 0.5-1.5%;
润滑剂 0.5-丨.5%。
[0018]具体地，上述聚丙烯作为基体组分，为了利于玻璃纤维分散，使得上述实施例中长玻纤增强聚丙烯复合材料力学等性能更佳，作为优选实施例，该聚丙烯选用熔融指数于2300C>2.16公斤下大于80g/10min的聚丙烯，具体熔融指数可以按照ASTM D1238标准，230°C，2.16公斤测试条件下进行测试。因此，在具体实施例中，该聚丙烯选自韩国SK的PP树脂、韩国三星第一毛织的PP树脂中的至少一种。其中，韩国SK的PP树脂可以是牌号为BX3920的PP树脂，韩国三星第一毛织的PP树脂可以是牌号为BI995的PP树脂。当然，该聚丙烯还可以选用本领域常规的聚丙烯。在具体实施例中，该聚丙烯在长玻纤增强聚丙烯复合材料中的重量百分比含量可以是40%、43%、45%、48%、50%、52%、55%、58%、60%、63%、65%等。
[0019]上述玻璃纤维是分散在上述长玻纤增强聚丙烯复合材料中的，且其在该长玻纤增强聚丙烯复合材料中的长度与所述长玻纤增强聚丙烯复合材料粒子的长度相等。在优选实施例中，当长玻纤增强聚丙烯复合材料粒子控制在10~25mm时，该分散在所述长玻纤增强聚丙烯复合材料中的玻璃纤维长度为10~25mm。该玻璃纤维存在的状态和长度，有效的赋予了上述长玻纤增强聚丙烯复合材料的优异的力学性能。在一实施例中，该玻璃纤维可以是通过下述长玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法中的长玻璃纤维提供，其长度可以通过切粒处理工序进行控制。在具体实施例中，该玻璃纤维在长玻纤增强聚丙烯复合材料中的重量百分比含量可以是 30%、33%、35%、38%、40%、42%、45%、48%、50% 等。
[0020]上述相容剂优选PP接枝马来酸酐，如可以是产品型号为200A、SWJ-1B.8010-MAH中至少一种。其中型号为200A可以是宁波能之光生产，SWJ-1B可以是沈阳四维生产，8010-MAH可以是深圳市科聚新材料有限公司生产。当然，其他能实现上述相容剂作用的相容剂也可适用于本发明。在具体实施例中，该相容剂在长玻纤增强聚丙烯复合材料中的重量百分比含量可以是4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%等。
[0021]上述抗氧剂在上述实施例长玻纤增强聚丙烯复合材料中的作用起到抗氧老化作用，因此，抗氧剂可选用主抗氧剂1076、1010和辅助抗氧剂168复配，。在具体实施例中，该抗氧剂在长玻纤增强聚丙烯复合材料中的重量百分比含量可以是0.5%、0.7%、0.9%、1.0%、
1.2%、1.3%、1.4%、1.5% 等。
[0022]上述润滑剂可选用内润滑剂PE蜡和外润滑剂硬脂酸钙、硬脂酸锌等复配。在具体实施例中，该润滑剂在长玻纤增强聚丙烯复合材料中的重量百分比含量可以是0.5%、0.7%、
0.9%、1.0%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5% 等。
[0023]由上述可知，`上述长玻纤增强聚丙烯复合材料中的玻璃纤维通过分散的方式均匀分散在，且有效保留长度至IOmm以上，从而使得该长玻纤增强聚丙烯复合材料的力学性能，且力学性能均衡。
[0024]相应地，本发明实施例还提供了上述长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0025]S01.称取相应组分:按照上述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的组分含量分别称取聚丙烯、相容剂润滑剂和抗氧剂组分；
[0026]S02.将相应组分进行混料处理:将所述聚丙烯、相容剂润滑剂和抗氧剂进行混料处理，得到混合物料；
[0027]S03.将长玻璃纤维分散于熔融混合物料中进行浸溃处理制备长玻纤增强聚丙烯复合材料:熔融将所述混合物料采用挤出机熔融后置于浸溃系统中，再向浸溃系统中加入长玻璃纤维，并使得所述长玻璃纤维分散于所述熔融的混合物料中后经牵引、冷却、切粒处理，得到所述长玻纤增强聚丙烯复合材料。
[0028]具体地，上述步骤SOl中的聚丙烯、相容剂润滑剂和抗氧剂各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。
[0029]上述步骤S02中，聚丙烯、相容剂润滑剂和抗氧剂混料处理没有特别的要求，只要使得各组分混合均匀即可，如可以将各组分加入混合器中进行混料3~5min。
[0030]上述步骤S03中，由步骤S02制备的混合物料挤出机熔融的工艺条件优选为一区温度175-200°C，二区温度180-210°C，三区温度180_210°C，四区温度185_220°C，五区温度185-220°C，六区温度 200-220°C，七区温度 200_220°C，机头 220_230°C，压力为 12_18MPa。
[0031]该步骤S03中，向浸溃系统中加入长玻璃纤维的量应该保证其在最终的长玻纤增强聚丙烯复合材料中总重量百分含为30-50%。在优选实施例中，该长玻璃纤维优选为长玻璃纤维选自 EDR17-2400-362K、SE4805、988A、T635B 中的至少一种。
[0032]在优选实施例中，长玻璃纤维分散于所述熔融的混合物料中是采用设置在浸溃系统中碾辊实现的。在进一步优选实施例中该碾辊为“品”字形的碾辊。该“品”字形的碾辊为两个碾辊平行排列，在其上面设置第三个碾辊，整体呈“品“字型。其中，该单个碾辊可以是现有常用的碾辊。采用“品”字形的碾辊能使长玻璃纤维在“品”字型碾辊的间隙中进行碾压分散，玻纤是松散而不是像拧成一股绳子一样的方式，这样，方便聚丙烯粘稠的熔体浸润到玻璃纤维束中。为了提高分散效果，在该碾辊的外表面还增设倒角的凸起棱角。
[0033]在步骤S03中，经长玻璃纤维分散于所述熔融的混合物料中后牵引、冷却、切粒处理均可以按照现有的方法进行处理即可。作为优选实施例，该牵引的速度为15~20m/min。切粒处理控制长玻纤增强聚丙烯复合材料的粒子长度为10~25mm，那么玻璃纤维长度为10~25mm。因此，经切粒处理后的长玻纤增强聚丙烯复合材料粒子的长度与玻璃纤维长度相等。
[0034]上述长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法采用浸溃法使得长玻璃纤维均匀分散至熔融的混合料中，有效保证了长玻璃纤维的长度不被破坏，使得制备获得的长玻纤增强聚丙烯复合材料力学 性能优异，同时其制备方法条件易控，制备出的复合材料性能稳定。
[0035]现以长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。
[0036]实施例1
[0037]一种长玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法:
[0038]将PP重量比为65% (以下均为重量比)、长玻璃纤维EDR17-2400_362K30%、相容剂8010-MAH4%、抗氧剂0.5%、润滑剂0.5%进行混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，熔融后的聚丙烯及其他原料被螺杆输送到机头的浸溃系统，长玻璃纤维从模头进入浸溃系统，通过设置在浸溃系统中的表面设置有倒角凸起棱角的“品”字形碾辊对长玻璃纤维充分分散在PP混合熔体后经牵引、冷却、造粒。其中双螺杆挤出机一区温度175-200°C，二区温度180-210°C，三区温度180-210°C，四区温度185_220°C，五区温度185-220 °C，六区温度200-220 °C，七区温度200-220 °C，机头温度220-230 °C，压力为12_18MPa,牵引线速度为15~20m/min,造粒的长度为12mm。
[0039]因此，本实施例制备的长玻纤增强聚丙烯复合材料包括PP重量比为65% (以下均为重量比)、玻璃纤维EDR17-2400-362K30%、相容剂8010_MAH4%、抗氧剂0.5%、润滑剂0.5%。其中，玻璃纤维的成长度为12mm。
[0040]实施例2
[0041]一种长玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法:
[0042]将PP重量比为60% (以下均为重量比)、长玻璃纤维EDR17-2400_362K30%、相容剂8010-MAH4%、抗氧剂0.5%、润滑剂0.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，熔融后的聚丙烯及其他原料被螺杆输送到机头的浸溃系统，长玻纤从模头进入浸溃系统，长玻璃纤维从模头进入浸溃系统，通过设置在浸溃系统中的表面设置有倒角凸起棱角的“品”字形碾辊对长玻璃纤维充分分散在PP混合熔体后经牵引、冷却、造粒。其中双螺杆挤出机一区温度175-200°c，二区温度180-210°c，三区温度180_210°C，四区温度185_220°C，五区温度185-220°C，六区温度200-220°C，七区温度200-220°C，机头温度220_230°C，压力为12_18MPa,牵引线速度为15~20m/min,造粒的长度为12mm。
[0043]因此，本实施例制备的长玻纤增强聚丙烯复合材料包括PP重量比为60% (以下均为重量比)、玻璃纤维EDR17-2400-362K30%、相容剂8010_MAH4%、抗氧剂0.5%、润滑剂0.5%。其中，玻璃纤维的成长度为12mm。
[0044]实施例3
[0045]一种长玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法:
[0046]将PP重量比为53% (以下均为重量比)、长玻璃纤维SE480540%、相容剂8010-MAH5%、抗氧剂1%、润滑剂1%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，熔融后的聚丙烯及其他原料被螺杆输送到机头的浸溃系统，长玻纤从模头进入浸溃系统，长玻纤从模头进入浸溃系统，长玻璃纤维从模头进入浸溃系统，通过设置在浸溃系统中的表面设置有倒角凸起棱角的“品”字形碾辊对长玻璃纤维充分分散在PP混合熔体后经牵引、冷却、造粒。其中双螺杆挤出机一区温度175-200°C，二区温度180-21 (TC，三区温度180_210°C，四区温度185-220°C，五区温度185-220°C，六区温度200_220°C，七区温度200_220°C，机头温度220-230°C，压力为12-18MPa，牵引线速度为15~20m/min，造粒的长度为12mm。
[0047]因此，本实施例制备的长玻纤增强聚丙烯复合材料包括PP重量比为53% (以下均为重量比)，玻璃纤维SE480540%，相容剂8010-MAH5%，抗氧剂1%，润滑剂1%。其中，玻璃纤维的成长度为12mm。
[0048]实施例4
[0049]一种长玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法:
[0050]将PP重量比为47% (以下均为重量比)、长玻璃纤维SE480545%、相容剂8010-MAH6%、抗氧剂1%、润滑剂1%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，熔融后的聚丙烯及其他原料被螺杆输送到机头的浸溃系统，长玻纤从模头进入浸溃系统，长玻纤从模头进入浸溃系统，长玻璃纤维从模头进入浸溃系统，通过设置在浸溃系统中的表面设置有倒角凸起棱角的“品”字形碾辊对长玻璃纤维充分分散在PP混合熔体后经牵引、冷却、造粒。其中双螺杆挤出机一区温度175-200°C，二区温度180-21 (TC，三区温度180_210°C，四区温度185-220°C，五区温度185-220°C，六区温度200_220°C，七区温度200_220°C，机头温度220-230°C，压力为12-18MPa，牵引线速度为15~20m/min，造粒的长度为12mm。
[0051]因此，本实施例制备的长玻纤增强聚丙烯复合材料包括PP重量比为47% (以下均为重量比)、长玻璃纤维SE480545%、相容剂8010-MAH6%、抗氧剂1%、润滑剂1%。其中，玻璃纤维的成长度为12mm。
[0052]实施例5
[0053]一种长玻纤增强聚丙烯复合材料制备方法:
[0054]将PP重量比`为40% (以下均为重量比)、玻璃纤维50%、相容剂8010_MAH7%、抗氧剂1.5%、润滑剂1.5%。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，熔融后的聚丙烯及其他原料被螺杆输送到机头的浸溃系统，长玻纤从模头进入浸溃系统，充分分散在PP熔体后经牵引、冷却、造粒。其中双螺杆挤出机一区温度175-200°C，二区温度180-210°C，三区温度180-210°C，四区温度185-220°C，五区温度185_220°C，六区温度200_220°C，七区温度200-220°C，机头温度220-230°C，压力为12_18MPa，牵引线速度为15~20m/min，造粒的长度为12_。
[0055]因此，本实施例制备的长玻纤增强聚丙烯复合材料包括将PP重量比为40% (以下均为重量比)、玻璃纤维50%、相容剂8010-MAH7%、抗氧剂1.5%、润滑剂1.5%，抗氧剂1%，润滑剂1%。其中，玻璃纤维的成长度为12mm。
[0056]对比例I
[0057]将实施例1中的长玻璃纤维换成短玻璃纤维，并将短玻璃纤维与PP、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合后直接采用双螺杆挤出机熔融挤出，得到复合材料。其各组分含量如下文表I所述。
[0058]性能测试:
[0059]拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm):(176±2)(长)X (12.6±0.2)(端部宽度)X (3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为 50mm/min ;
[0060]弯曲强度和弯曲模量按ASTM D-790标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm):(128±2) X (12.67±0.2) X (3.11±0.2)，弯曲速度为 20mm/min ；
[0061]悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm):(63±2) X (12.45±0.2) X (3.1 + 0.2);缺口类型为 A 类，缺口剩余厚度为 1.9mm;
[0062]实施例1~5提供的长玻纤增强聚丙烯复合材料和对比例I提供的复合材料进行相关性能测试，其结果见表1:
[0063]表1
[0064]
【权利要求】
1.一种长玻纤增强聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的组分:聚丙烯 40-65%;玻璃纤维 30-50%;相容剂 4-7%;抗氧剂 0.5-1.5%;润滑剂 0.5-1.5%; 其中，玻璃纤维是分散于长玻纤增强聚丙烯复合材料中，且其长度与所述长玻纤增强聚丙烯复合材料为粒子时的长度相等。
2.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述聚丙烯熔融指数于230°C、2.16公斤下大于80g/10min ;和/或所述相容剂为PP接枝马来酸酐。
3.根据权利要求1或2所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述聚丙烯选自韩国SK的PP树脂、韩国三星第一毛织的PP树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述PP接枝马来酸酐为 200A、SWJ-1B、8010-MAH。
5.根据权利要求1或2所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述玻璃纤维长度为10~25mm。
6.一种长玻纤增强聚 丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤: 按照权利要求1~5任一项所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的组分含量分别称取聚丙烯、相容剂、润滑剂和抗氧剂组分； 将所述聚丙烯、相容剂、润滑剂和抗氧剂进行混料处理，得到混合物料； 将所述混合物料采用挤出机熔融后置于浸溃系统中，再向浸溃系统中加入长玻璃纤维，并使得所述长玻璃纤维分散于所述熔融的混合物料中后经牵引、冷却、切粒处理，得到所述长玻纤增强聚丙烯复合材料；其中，长玻璃纤维加入量占所述长玻纤增强聚丙烯复合材料总重量百分比的30-50% ;且经所述切粒处理后所述长玻纤增强聚丙烯复合材料中玻璃纤维长度与所述长玻纤增强聚丙烯复合材料粒子的长度相等。
7.根据权利要求6所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于:所述长玻璃纤维分散于所述熔融的混合物料是采用“品”字形的碾辊对所述长玻纤进行分散处理。
8.根据权利要求7所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于:所述碾辊外表面增设倒角的凸起棱角。
9.根据权利要求6-8任一所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于:所述长玻璃纤维选自EDR17-2400-362K、SE4805、988A、T635B、中的至少一种。
10.根据权利要求6-8任一所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于:所述混合物料采用挤出机熔融的工艺条件为一区温度175-200°C，二区温度180-210 °C，三区温度180-210°C，四区温度185-220 °C，五区温度185-220 °C，六区温度200-220°C，七区温度200-220°C，机头220_230°C，压力为12_18MPa ;和/或所述牵引速度为15~20m/min。
【文档编号】B29C47/92GK103772825SQ201410033762
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】马旭辉 申请人:深圳市科聚新材料有限公司