CN105131423B - 一种用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料及其制备方法，属于材料技术领域。一种用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，所述复合材料包括如下组分及重量百分比：聚丙烯树脂40‑60wt％；乙烯‑丙烯共聚物10‑20wt％；无碱玻璃纤维10‑30wt％；矿物纤维3‑10wt％；滑石粉0.5‑3wt％；相容剂3‑5wt％；耐热改性剂1‑5wt％；抗氧剂0.5‑1wt％。本发明聚丙烯复合材料通过复配聚丙烯树脂和乙烯‑丙烯共聚物、无碱玻璃纤维和矿物纤维、滑石粉和耐热改性剂，各物料之间的相容性好，制成筒子纱染色管不仅成本低，且具有优良的物理机械性能，尤其具有较好的耐高温、耐高压、耐腐蚀性能。

Description

一种用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料及其制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

印染行业所使用的筒子纱染色筒管可分为不锈钢与工程塑料两大类，由于染色时需要在高温、高压等环境中进行，所用的染液也可能是酸性或碱性等腐蚀性极强的液体，因此要求筒管具有的优异的耐高温、高压及耐腐蚀性。现在所用的不锈钢筒管虽然基本可满足使用要求，但价格昂贵。而现有普遍采用单一塑料制造的筒管，但是这种筒管耐高温、高压、抗冲击性、强度及耐腐蚀性较差，在135℃高温、高压下使用数次便会产生变形、破裂，从而影响了筒管的使用寿命，增加了印染成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有较好的耐高温、耐高压、耐腐蚀、抗氧化性能的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，所述复合材料包括如下组分及重量百分比：

聚丙烯树脂40-60wt％；

乙烯-丙烯共聚物10-20wt％；

无碱玻璃纤维10-30wt％；

矿物纤维3-10wt％；

滑石粉0.5-3wt％；

相容剂3-5wt％；

耐热改性剂1-5wt％；

抗氧剂0.5-1wt％。

本发明聚丙烯复合材料在以聚丙烯树脂为主体，添加了乙烯-丙烯共聚物，不仅同时添加了适量的无碱玻璃纤维和矿物纤维，还同时添加了适量的滑石粉及耐热改性剂。聚丙烯的机械性能、耐热性能良好，其熔点为160℃左右，在无外力作用下，150℃不变形，化学稳定性好，耐酸、碱和有机溶剂，但是聚丙烯易老化，低温时脆性大，低温冲击强度差。加入适量的乙烯-丙烯共聚物可以大幅度改善聚丙烯的冲击性能、低温脆性,应对之进行增韧处理。本发明复配添加无碱玻璃纤维和矿物纤维，通过两种纤维的协同作用，共同强化树脂，提高复合材料的强度、耐高温、耐高压性能。本发明的复合材料中还加入了滑石粉和耐热改性剂，滑石粉一方面可以起到填充和润滑作用，更主要的是可以和耐热改性剂一起对复合材料起改性作用，提高复合材料的刚性、耐热性和尺寸稳定性。本发明聚丙烯复合材料之间的相容性好，制成筒子纱染色管具有优良的物理机械性能，具有较好的耐高温、耐高压、耐腐蚀性能，能在135-145℃下长时间使用，不变形、破裂，不粘色，在强酸、碱、盐等染液中使用，满足纱线前处理、染色、后处理各种条件，适用于纯棉纱、毛、丝、麻、粘胶、腈纶、锦纶、涤纶等纤维的长丝、短纤纱线松式筒染色。

作为优选，在上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料中，所述的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种，熔指为1-12g/10min，测试条件为2.16kg，230℃。

进一步优选，当所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯复配使用时，两者的质量比为1:1.2-2。

进一步优选，当所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯时，所述的共聚聚丙烯的粒度直径为260-280μm，氯含量≤90mg/kg，灰份≤330mg/kg，挥发份≤0.2％。

作为优选，在上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料中，所述的无碱玻纤为短切玻璃纤维，短切玻璃纤维的长度为1.5-4.5mm，直径为9-14μm。

进一步优选，所述的无碱玻璃纤维表面涂覆有厚度为0.3-0.8μm的氧化石墨烯涂层。本发明在无碱玻璃纤维的表面涂覆的氧化石墨烯涂层增加了无碱玻璃纤维的力学性能，显著提高了无碱玻璃纤维的强度和弯曲模量，从而提高了最终复合材料的力学性能。氧化石墨烯是在石墨烯的表面通过化学方法引入大量的活性基团，可增加氧化石墨烯与基体树脂的相容性，本发明中采用十六烷基三甲基溴化铵通过Hummers法改性制得。经过氧化处理后的氧化石墨烯仍保持石墨烯的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团，这些功能团可以增加与聚丙烯树脂的接触，从而使氧化石墨烯和聚丙烯树脂的连接更紧密。当材料受到外力拉伸时，无碱玻璃纤维增强高聚丙烯树脂的分子链沿着拉伸方向取向，同时分子链之间产生滑移，使得材料的断裂伸长率提高。氧化石墨烯与聚丙烯树脂高分子链之间形成强的相互作用，起到了交联点的作用，当工程塑料受到外力拉伸时，更多的聚丙烯树脂高分子链产生滑移，从而提高了断裂伸长率。

作为优选，在上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料中，所述的滑石粉为塑料级滑石粉，粒度直径为3-8μm，白度≥90，二氧化硅≥60％，氧化镁≥30％。

作为优选，在上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料中，所述的矿物纤维为硅酸钙晶须和硫酸钙晶须按1:2-5复配而成的混合物。

作为优选，在上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料中，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸接枝聚丙烯、甲基丙烯酸环氧丙酯接枝聚丙烯中的一种或多种。

进一步优选，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述的马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数≤50g/10min，接枝率为0.5-1.5％。

作为优选，在上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料中，所述的耐热改性剂为N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、马来酸酐接枝聚苯乙烯中的一种或两种。

作为优选，在上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。

进一步优选，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076；所述的亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。

本发明的另一个目的在于公开一种上述用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

将聚丙烯树脂、乙烯-丙烯共聚物、滑石粉、相容剂、耐热改性剂、抗氧剂按重量百分比在高速混合器高速混合；

将混合好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在双螺杆挤出机侧喂料斗加入无碱玻璃纤维和矿物纤维，挤出造粒得用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机中，进料段的温度为215-220℃，压缩段为220-225℃，塑化段为215-220℃，均化段为225-235℃，模口温度为220-230℃，转速为180-500转/分。

与现有技术相比，本发明聚丙烯复合材料通过复配聚丙烯树脂和乙烯-丙烯共聚物、无碱玻璃纤维和矿物纤维、滑石粉和耐热改性剂，各物料之间的相容性好，制成筒子纱染色管不仅成本低，且具有优良的物理机械性能，尤其具有较好的耐高温、耐高压、耐腐蚀性能，能在135-145℃下长时间使用，不变形、破裂，不粘色，在强酸、碱、盐等染液中使用，满足纱线前处理、染色、后处理各种条件，适用于纯棉纱、毛、丝、麻、粘胶、腈纶、锦纶、涤纶等纤维的长丝、短纤纱线松式筒染色。另外，本发明用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料的制备方法简单，成本较低，适合于工业化生产。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

将均聚聚丙烯树脂、乙烯-丙烯共聚物、滑石粉、相容剂、耐热改性剂、抗氧剂按如下重量百分比在高速混合器高速混合：均聚聚丙烯树脂50wt％；乙烯-丙烯共聚物15wt％；短切玻璃纤维20wt％；矿物纤维5wt％；滑石粉2wt％；相容剂马来酸酐接枝聚丙烯4wt％；耐热改性剂N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺3.2wt％；抗氧剂10760.8wt％。其中，聚丙烯树脂的熔指为8g/10min，测试条件为2.16kg，230℃；短切玻璃纤维的长度为3.0mm，直径为12μm，且玻璃纤维表面涂覆有厚度为0.4μm的氧化石墨烯涂层；滑石粉为塑料级滑石粉，粒度直径为5μm，白度≥90，二氧化硅≥60％，氧化镁≥30％；矿物纤维为硅酸钙晶须和硫酸钙晶须按1:3复配而成的混合物；马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数≤50g/10min，接枝率为1.0％。

将混合好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在双螺杆挤出机侧喂料斗加入无碱玻璃纤维和矿物纤维，挤出造粒得用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机中，进料段的温度为218℃，压缩段为223℃，塑化段为216℃，均化段为230℃，模口温度为225℃，转速为300转/分。

实施例2

将共聚聚丙烯树脂、乙烯-丙烯共聚物、滑石粉、相容剂、耐热改性剂、抗氧剂按如下重量百分比在高速混合器高速混合：共聚聚丙烯树脂55wt％；乙烯-丙烯共聚物15wt％；短切玻璃纤维14wt％；矿物纤维5wt％；滑石粉2.3wt％；甲基丙烯酸接枝聚丙烯4wt％；耐热改性剂马来酸酐接枝聚苯乙烯4wt％；抗氧剂10100.3wt％、抗氧剂1680.4wt％。其中，共聚聚丙烯树脂的熔指为8g/10min，测试条件为2.16kg，230℃；共聚聚丙烯的粒度直径为270μm，氯含量≤90mg/kg，灰份≤330mg/kg，挥发份≤0.2％；短切玻璃纤维的长度为2.5mm，直径为10μm，且玻璃纤维表面涂覆有厚度为0.6μm的氧化石墨烯涂层；所滑石粉为塑料级滑石粉，粒度直径为6μm，白度≥90，二氧化硅≥60％，氧化镁≥30％；矿物纤维为硅酸钙晶须和硫酸钙晶须按1:4复配而成的混合物。

将混合好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在双螺杆挤出机侧喂料斗加入无碱玻璃纤维和矿物纤维，挤出造粒得用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机中，进料段的温度为216℃，压缩段为224℃，塑化段为218℃，均化段为232℃，模口温度为228℃，转速为400转/分。

实施例3

将均聚聚丙烯树脂、乙烯-丙烯共聚物、滑石粉、相容剂、耐热改性剂、抗氧剂按如下重量百分比在高速混合器高速混合：均聚聚丙烯树脂45wt％；乙烯-丙烯共聚物13wt％；短切玻璃纤维25wt％；矿物纤维6wt％；滑石粉2.4wt％；甲基丙烯酸接枝聚丙烯4wt％；耐热改性剂N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺3wt％；抗氧剂10760.6wt％。其中，均聚聚丙烯树脂的熔指为8g/10min，测试条件为2.16kg，230℃；短切玻璃纤维的长度为3.0mm，直径为13μm，且玻璃纤维表面涂覆有厚度为0.5μm的氧化石墨烯涂层；滑石粉为塑料级滑石粉，粒度直径为3-8μm，白度≥90，二氧化硅≥60％，氧化镁≥30％；矿物纤维为硅酸钙晶须和硫酸钙晶须按1:3复配而成的混合物。

将混合好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在双螺杆挤出机侧喂料斗加入无碱玻璃纤维和矿物纤维，挤出造粒得用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机中，进料段的温度为219℃，压缩段为222℃，塑化段为217℃，均化段为228℃，模口温度为222℃，转速为250转/分。

实施例4

将聚丙烯树脂、乙烯-丙烯共聚物、滑石粉、相容剂、耐热改性剂、抗氧剂按如下重量百分比在高速混合器高速混合：均聚聚丙烯树脂20wt％，共聚聚丙烯树脂30wt％；乙烯-丙烯共聚物10wt％；短切玻璃纤维30wt％；矿物纤维3wt％；滑石粉0.5wt％；马来酸酐接枝聚丙烯3wt％；耐热改性剂N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺3wt％；抗氧剂10760.2wt％，抗氧剂1680.3wt％。其中，聚丙烯树脂的熔指为5g/10min，测试条件为2.16kg，230℃；共聚聚丙烯的粒度直径为260μm，氯含量≤90mg/kg，灰份≤330mg/kg，挥发份≤0.2％；短切玻璃纤维的长度为4.5mm，直径为9μm，且玻璃纤维表面涂覆有厚度为0.3μm的氧化石墨烯涂层；滑石粉为塑料级滑石粉，粒度直径为8μm，白度≥90，二氧化硅≥60％，氧化镁≥30％；所述的矿物纤维为硅酸钙晶须和硫酸钙晶须按1:2复配而成的混合物；马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数≤50g/10min，接枝率为0.5％。

将混合好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在双螺杆挤出机侧喂料斗加入无碱玻璃纤维和矿物纤维，挤出造粒得用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机中，进料段的温度为220℃，压缩段为225℃，塑化段为220℃，均化段为235℃，模口温度为230℃，转速为500转/分。

实施例5

将聚丙烯树脂、乙烯-丙烯共聚物、滑石粉、相容剂、耐热改性剂、抗氧剂按如下重量百分比在高速混合器高速混合：均聚聚丙烯树脂25wt％，共聚聚丙烯树脂35wt％；乙烯-丙烯共聚物12wt％；短切玻璃纤维10wt％；矿物纤维10wt％；滑石粉3wt％；甲基丙烯酸环氧丙酯接枝聚丙烯3wt％；耐热改性剂N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺1wt％；抗氧剂10761wt％。其中，聚丙烯树脂的熔指为12g/10min，测试条件为2.16kg，230℃；共聚聚丙烯的粒度直径为280μm，氯含量≤90mg/kg，灰份≤330mg/kg，挥发份≤0.2％；短切玻璃纤维的长度为1.5-4.5mm，直径为14μm，且玻璃纤维表面涂覆有厚度为0.8μm的氧化石墨烯涂层；滑石粉为塑料级滑石粉，粒度直径为3μm，白度≥90，二氧化硅≥60％，氧化镁≥30％；矿物纤维为硅酸钙晶须和硫酸钙晶须按1:5复配而成的混合物。

将混合好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在双螺杆挤出机侧喂料斗加入无碱玻璃纤维和矿物纤维，挤出造粒得用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机中，进料段的温度为215℃，压缩段为220℃，塑化段为215℃，均化段为225℃，模口温度为220℃，转速为180转/分。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，该对比例中仅含有聚丙烯树脂65wt％，不含有乙烯-丙烯共聚物，其他与实施例1中相同，此处不再累述。

对比例2

与实施例1的区别仅在于，该对比例中仅含有玻璃纤维25wt％，不含有矿物纤维，其他与实施例1中相同，此处不再累述。

对比例3

与实施例1的区别仅在于，该对比例中仅含有矿物纤维25wt％，不含有玻璃纤维，其他与实施例1中相同，此处不再累述。

对比例4

与实施例1的区别仅在于，该对比例中仅含有滑石粉5wt％，不含有耐热改性剂，其他与实施例1中相同，此处不再累述。

对比例5

与实施例1的区别仅在于，该对比例中仅含有耐热改性剂5wt％，不含有滑石粉，其他与实施例1中相同，此处不再累述。

对比例6

现有技术中普通市售的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料。

将实施例1-5及对比例1-6中的复合材料进行性能测试及对比，测试的结果如表1所示。

表1：实施例1-5及对比例1-6中复合材料的性能测试结果

综上所述，本发明聚丙烯复合材料不仅成本低，且具有优良的物理机械性能，尤其具有较好的耐高温、耐高压、耐腐蚀性能，用于筒子纱染色管能在135-145℃下长时间使用，不变形、破裂，不粘色，在强酸、碱、盐等染液中使用，满足纱线前处理、染色、后处理各种条件，适用于纯棉纱、毛、丝、麻、粘胶、腈纶、锦纶、涤纶等纤维的长丝、短纤纱线松式筒染色。另外，本发明用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料的制备方法简单，成本较低，适合于工业化生产。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下组分及重量百分比：

聚丙烯树脂 40-60wt％；

乙烯-丙烯共聚物 10-20wt％；

无碱玻璃纤维 10-30wt％；

滑石粉 0.5-3wt％；

矿物纤维 3-10wt％；

相容剂 3-5wt％；

耐热改性剂 1-5wt％；

抗氧剂 0.5-1wt％；

所述的矿物纤维为硅酸钙晶须和硫酸钙晶须按1:2-5复配而成的混合物。

2.根据权利要求1所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种或两种，聚丙烯树脂的熔指为1-12g/10min，测试条件为2.16kg，230℃。

3.根据权利要求1所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的共聚聚丙烯的粒度直径为260-280μm，氯含量≤90mg/kg，灰份≤330mg/kg，挥发份≤0.2％。

4.根据权利要求1所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的无碱玻璃纤维为短切玻璃纤维，短切玻璃纤维的长度为1.5-4.5mm，直径为9-14μm。

5.根据权利要求1或4所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的无碱玻璃纤维表面涂覆有厚度为0.3-0.8μm的氧化石墨烯涂层。

6.根据权利要求1所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的滑石粉为塑料级滑石粉，粒度直径为3-8μm，白度≥90，二氧化硅≥60％，氧化镁≥30％。

7.根据权利要求1所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸接枝聚丙烯、甲基丙烯酸环氧丙酯接枝聚丙烯中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的耐热改性剂为N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、马来酸酐接枝聚苯乙烯中的一种或两种。

9.如权利要求1-8任一权利要求所述的用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

将聚丙烯树脂、乙烯-丙烯共聚物、滑石粉、相容剂、耐热改性剂、抗氧剂按重量百分比在高速混合器高速混合；

将混合好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在双螺杆挤出机侧喂料斗加入无碱玻璃纤维和矿物纤维，挤出造粒得用于筒子纱染色管的耐高温聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机中，进料段的温度为215-220℃，压缩段为220-225℃，塑化段为215-220℃，均化段为225-235℃，模口温度为220-230℃，转速为180-500转/分。