CN105017647A - 一种碳纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。该包装材料由包含以下重量份的组分制成：聚丙烯60-75份、聚对苯二甲酰对苯二胺15-20份、聚乙烯醇15-20份、碳纤维2-10份、叔十六碳硫醇4-6份、三聚异氰酸三烯丙酯3-6份、硬脂酸锌2-5份、羟乙基二亚乙基三胺1-3份、木质素磺酸1-2份、乙烯基双硬脂酰胺1-2份和癸二酸二酰肼0.5-1份。本发明还公开了一种碳纤维增强聚丙烯材料的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及一种碳纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP），是一种常用的工程塑料，聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶聚合物，其结构规整，因而具有优良的力学性能，易加工，性优价廉。但聚丙烯在加工过程中受到集中应力作用，当在使用过程中受到拉伸、弯曲、冲击等外力作用时，制品会出现局部发白现象。
聚丙烯力学性能高于聚乙烯，但在塑料材料中仍属于偏低的品种，其拉伸强度仅可达到30 MPa或稍高的水平。通常增强聚丙烯是通过将聚丙烯与玻璃纤维或有机纤维、石棉、或无机填料(滑石粉、碳酸钙)进行混合制备得到。增强聚丙烯主要用于制造各种机械零件，主要包括汽车风扇、空调风扇、***滤瓶，在电器行业可用于各类家电外观件替代ABS、HIPS,广泛用于冰箱顶盖、空调底座、足浴器等。
发明内容
针对上述的需求，本发明提供了一种碳纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种碳纤维增强聚丙烯材料，由包含以下重量份的组分制成：
聚丙烯 60-75份，
聚对苯二甲酰对苯二胺 15-20份，
聚乙烯醇 15-20份，
碳纤维 2-10份，
叔十六碳硫醇 4-6份，
三聚异氰酸三烯丙酯 3-6份，
硬脂酸锌 2-5份，
羟乙基二亚乙基三胺 1-3份，
木质素磺酸 1-2份，
乙烯基双硬脂酰胺 1-2份，
癸二酸二酰肼 0.5-1份。
所述组分还包括双酚A双缩水甘油醚0-4重量份。
所述聚乙烯醇的平均分子量为2000-4000。
所述碳纤维的直径为25-32微米。
一种碳纤维增强聚丙烯材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯60-75重量份、聚对苯二甲酰对苯二胺15-20重量份、聚乙烯醇15-20重量份、碳纤维2-10重量份、三聚异氰酸三烯丙酯3-6重量份、硬脂酸锌2-5重量份、羟乙基二亚乙基三胺1-3重量份、木质素磺酸1-2重量份、乙烯基双硬脂酰胺1-2重量份、癸二酸二酰肼0.5-1重量份和双酚A双缩水甘油醚0-4重量份倒入反应釜中搅拌10-20分钟，加热至120-150℃，加压5-8MPa，反应 2-3小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇4-6重量份,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
所述步骤（2）中搅拌速率为800-1200转/分钟。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的碳纤维增强聚丙烯材料以聚丙烯为主要原料，通过加入聚对苯二甲酰对苯二胺、聚乙烯醇、碳纤维、叔十六碳硫醇、三聚异氰酸三烯丙酯、硬脂酸锌、羟乙基二亚乙基三胺、木质素磺酸、乙烯基双硬脂酰胺和癸二酸二酰肼，使制得的碳纤维增强聚丙烯材料具有良好的力学强度，且耐刮擦性能好，具有较好的质感，具有良好的除味性能。
（2）本发明的制备方法简单，制作方便，具有一定的抗冲击作用。
（3）本发明的碳纤维增强聚丙烯材料由于生产原料环保，长期使用对人体健康无害，为环保型材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯60kg、聚对苯二甲酰对苯二胺15kg、平均分子量为2000的聚乙烯醇15kg、直径为25微米的碳纤维2kg、三聚异氰酸三烯丙酯3kg、硬脂酸锌2kg、羟乙基二亚乙基三胺1kg、木质素磺酸1kg、乙烯基双硬脂酰胺1kg、癸二酸二酰肼0.5kg和双酚A双缩水甘油醚4kg倒入反应釜中以800转/分钟搅拌10分钟，加热至120℃，加压5MPa，反应 2小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇4kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯60kg、聚对苯二甲酰对苯二胺15kg、平均分子量为2000的聚乙烯醇15kg、直径为25微米的碳纤维2kg、三聚异氰酸三烯丙酯3kg、硬脂酸锌2kg、羟乙基二亚乙基三胺1kg、木质素磺酸1kg、乙烯基双硬脂酰胺1kg和癸二酸二酰肼0.5kg倒入反应釜中以800转/分钟搅拌10分钟，加热至120℃，加压5MPa，反应 2小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇4kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯75kg、聚对苯二甲酰对苯二胺20kg、平均分子量为4000的聚乙烯醇20kg、直径为32微米的碳纤维10kg、三聚异氰酸三烯丙酯6kg、硬脂酸锌5kg、羟乙基二亚乙基三胺3kg、木质素磺酸2kg、乙烯基双硬脂酰胺2kg、癸二酸二酰肼1kg和双酚A双缩水甘油醚4kg倒入反应釜中以1200转/分钟搅拌20分钟，加热至150℃，加压8MPa，反应 3小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇5kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯75kg、聚对苯二甲酰对苯二胺20kg、平均分子量为4000的聚乙烯醇20kg、直径为32微米的碳纤维10kg、三聚异氰酸三烯丙酯3kg、硬脂酸锌5kg、羟乙基二亚乙基三胺3kg、木质素磺酸2kg、乙烯基双硬脂酰胺2kg、癸二酸二酰肼1kg和双酚A双缩水甘油醚4kg倒入反应釜中以1200转/分钟搅拌20分钟，加热至150℃，加压8MPa，反应 3小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇5kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
实施例5
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯65kg、聚对苯二甲酰对苯二胺18kg、平均分子量为3000的聚乙烯醇18kg、直径为28微米的碳纤维6kg、三聚异氰酸三烯丙酯5kg、硬脂酸锌4kg、羟乙基二亚乙基三胺2kg、木质素磺酸1kg、乙烯基双硬脂酰胺1kg、癸二酸二酰肼0.8kg和双酚A双缩水甘油醚2kg倒入反应釜中以1000转/分钟搅拌15分钟，加热至130℃，加压6MPa，反应 2小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇6kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯75kg、聚对苯二甲酰对苯二胺20kg、平均分子量为4000的聚乙烯醇20kg、直径为32微米的碳纤维10kg、硬脂酸锌5kg、羟乙基二亚乙基三胺3kg、木质素磺酸2kg、乙烯基双硬脂酰胺2kg、癸二酸二酰肼1kg和双酚A双缩水甘油醚4kg倒入反应釜中以1200转/分钟搅拌20分钟，加热至150℃，加压8MPa，反应 3小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇5kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
对比例2
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯75kg、聚对苯二甲酰对苯二胺20kg、平均分子量为4000的聚乙烯醇20kg、直径为80微米的碳纤维10kg、三聚异氰酸三烯丙酯6kg、硬脂酸锌5kg、羟乙基二亚乙基三胺3kg、木质素磺酸2kg、乙烯基双硬脂酰胺2kg、癸二酸二酰肼1kg和双酚A双缩水甘油醚4kg倒入反应釜中以1200转/分钟搅拌20分钟，加热至150℃，加压8MPa，反应 3小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇5kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
对比例3
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯75kg、聚对苯二甲酰对苯二胺20kg、平均分子量为4000的聚乙烯醇20kg、直径为32微米的碳纤维10kg、三聚异氰酸三烯丙酯6kg、硬脂酸锌5kg、羟乙基二亚乙基三胺3kg、木质素磺酸2kg、乙烯基双硬脂酰胺2kg和双酚A双缩水甘油醚4kg倒入反应釜中以1200转/分钟搅拌20分钟，加热至150℃，加压8MPa，反应 3小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇5kg,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
制得碳纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果如表1所示。
表1
| 测试项目 | 弯曲强度（MPa） | 悬臂梁缺口冲击强度（KJ/m2） | 拉伸强度（MPa） |
| 实施例1 | 275 | 119 | 89 |
| 实施例2 | 270 | 131 | 90 |
| 实施例3 | 284 | 138 | 93 |
| 实施例4 | 279 | 139 | 96 |
| 实施例5 | 283 | 129 | 93 |
| 对比例1 | 217 | 91 | 56 |
| 对比例2 | 233 | 93 | 57 |
| 对比例3 | 234 | 95 | 55 |
本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种碳纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成：
聚丙烯 60-75份，
聚对苯二甲酰对苯二胺 15-20份，
聚乙烯醇 15-20份，
碳纤维 2-10份，
叔十六碳硫醇 4-6份，
三聚异氰酸三烯丙酯 3-6份，
硬脂酸锌 2-5份，
羟乙基二亚乙基三胺 1-3份，
木质素磺酸 1-2份，
乙烯基双硬脂酰胺 1-2份，
癸二酸二酰肼 0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述组分还包括双酚A双缩水甘油醚0-4重量份。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述聚乙烯醇的平均分子量为2000-4000。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，所述碳纤维的直径为25-32微米。
5.一种碳纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将碳纤维、叔十六碳硫醇和木质素磺酸分别进行干燥处理，备用；
（2）称取聚丙烯60-75重量份、聚对苯二甲酰对苯二胺15-20重量份、聚乙烯醇15-20重量份、碳纤维2-10重量份、三聚异氰酸三烯丙酯3-6重量份、硬脂酸锌2-5重量份、羟乙基二亚乙基三胺1-3重量份、木质素磺酸1-2重量份、乙烯基双硬脂酰胺1-2重量份、癸二酸二酰肼0.5-1重量份和双酚A双缩水甘油醚0-4重量份倒入反应釜中搅拌10-20分钟，加热至120-150℃，加压5-8MPa，反应 2-3小时得到聚合熔体；
（3）在步骤2的产物中加入叔十六碳硫醇4-6重量份,然后熔融、挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片；
（4）将步骤3的聚酯切片熔融挤出、铸片缠卷、双向拉伸、冷却定型，得到碳纤维增强聚丙烯材料。
6.根据权利要求5所述的碳纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中搅拌速率为800-1200转/分钟。
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