CN107200928A - 一种玻璃纤维增强聚丙烯‑尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯‑尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯40‑60份，尼龙20‑50份，玻璃纤维5‑40份，相容剂2‑10份，偶联剂1‑4份，抗氧剂0.5‑2份，助剂0.1‑1.2份。本发明还公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯‑尼龙复合材料制备方法。本发明的玻璃纤维能够均匀分散在熔融的混合料中，有效保证了玻璃纤维的长度不被破坏，制备方法简单，操作安全，制备出的复合材料力学性能好、抗冲击强度高，具有良好的耐热变形温度、耐蠕变性和尺寸稳定性。

Description

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

背景技术

聚丙烯(Polypropylene，简称PP)是由丙烯聚合而成的一种热塑性树脂。聚丙烯是结晶高聚物，具有质轻低廉、无毒、无味且机械强度高的优点，并且具有良好的注塑性能，可以与其他材料共混改性，耐环境性能高、使用寿命长，因此逐渐替代部分金属等其他材料并广泛应用于包装、运输、建材、家电等其他行业。但聚丙烯的耐光性较差，容易老化，低温下冲击强度较差，收缩率大，厚壁制品易凹陷。根据聚丙烯的特性，通过熔融共混制备聚丙烯复合材料，来使得复合材料中每种组分发挥各自优点，期望得到性能较好的聚丙烯复合材料。

尼龙的力学强度高、热性能稳定但吸水率高，聚丙烯具有良好的韧性、加工性能和防潮性能但收缩率大。玻璃纤维作为增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且能降低收缩率，提高热变形温度，并且在电、磁、化学性能等方面赋予复合材料新的性能。

通过在聚丙烯材料中添加一定比例的尼龙和玻璃纤维既可以实现聚丙烯材料的高性能化，又能降低了材料的成本。但由于聚丙烯与尼龙的流动性差异很大，在注塑时难以得到很好的混合，会影响复合材料的性能，大大限制了其在各个领域的应用。

因此，有必要设计一种力学性能好、具有良好的耐热变温度和耐蠕变性的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯40-60份，尼龙20-50，玻璃纤维5-40份，相容剂2-10份，偶联剂1-4份，抗氧剂0.5-2份，助剂0.1-1.2份。

优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.2-1.5:1。

优选地，所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为2-10g/10min和20-120g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为15-30g/10min。

优选地，所述尼龙的特性粘度为2.0-2.3dL/g。

优选地，所述玻璃纤维的直径为15-25μm。

优选地，所述相容剂为过氧化二异丙苯、二苯甲烷双马来酰亚胺、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种以上。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种。

优选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂。

优选地，所述助剂为阻燃剂、热稳定剂、抗紫外光剂、着色剂中的一种或两种以上。

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、相容剂、偶联剂、抗氧剂和助剂依次加入到高速搅拌机中预混，然后将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，高温熔体浸润槽的温度为280-340℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法为熔体浸渍法，玻璃纤维能够均匀分散在熔融的混合料中，有效保证了玻璃纤维的长度不被破坏，同时制备方法简单，操作安全。

(2)本发明的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料力学性能好、抗冲击强度高，具有良好的耐热变形温度、耐蠕变性和尺寸稳定性。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明测试了玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料综合力学性能(拉伸、弯曲、冲击、热变形温度和蠕变)，测试方法与条件如下：拉伸强度：按ISO 527测试，速度为3mm/min；弯曲强度：按ISO 178测试，速度为3mm/min；弯曲模量：按ISO 178测试，速度为3mm/min；悬臂梁缺口冲击强度：按ISO 180/1eA测试；热变形温度：按ISO 75测试，负载0.5MPa；蠕变：按GB/T 11546.1测试，测试条件为：60℃，40MPa，100小时。

实施例1

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯56.8份，尼龙20份，玻璃纤维15份，相容剂5份，偶联剂2份，抗氧剂1份，助剂0.2份。

所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.2:1，所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为3g/10min和30g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为15g/10min。

所述尼龙的特性粘度为2.0dL/g，所述玻璃纤维的直径为15μm，所述相容剂为过氧化二异丙苯和二苯甲烷双马来酰亚胺，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述抗氧剂为酚类抗氧剂，所述助剂为阻燃剂和热稳定剂。

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、过氧化二异丙苯、二苯甲烷双马来酰亚胺、硅烷偶联剂、酚类抗氧剂、阻燃剂和热稳定剂依次加入到高速搅拌机中进行预混，然后将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，所述高温熔体浸润槽的温度为280℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例2

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯52.2份，尼龙25份，玻璃纤维15份，相容剂3份，偶联剂4份，抗氧剂0.5份，助剂0.3份。

所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.3:1。所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为8g/10min和20g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为20g/10min，所述尼龙的特性粘度为2.1dL/g。

所述玻璃纤维的直径为18μm，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂中的一种或两种，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。所述助剂为阻燃剂、热稳定剂和抗紫外光剂。

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、马来酸酐接枝聚丙烯、钛酸酯偶联剂、亚磷酸酯类抗氧剂阻燃剂、热稳定剂和抗紫外光剂依次加入到高速搅拌机中进行预混，然后将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，所述高温熔体浸润槽的温度为295℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例3

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯40份，尼龙35份，玻璃纤维17份，相容剂4份，偶联剂2份，抗氧剂1.5份，助剂0.5份。

所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.4:1，所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为10g/10min和100g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为20g/10min，

所述尼龙的特性粘度为2.2dL/g，所述玻璃纤维的直径为25μm，所述相容剂为二苯甲烷双马来酰亚胺和马来酸酐接枝聚丙烯，所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，所述抗氧剂为酚类抗氧剂，所述助剂为热稳定剂和着色剂。

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、二苯甲烷双马来酰亚胺、马来酸酐接枝聚丙烯、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、酚类抗氧剂、热稳定剂和着色剂依次加入到高速搅拌机中预混，将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，所述高温熔体浸润槽的温度为300℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例4

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯55份，尼龙25份，玻璃纤维10份，相容剂6份，偶联剂1.5份，抗氧剂1.6份，助剂0.9份。

所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.5:1，所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为8g/10min和80g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为26g/10min。

所述尼龙的特性粘度为2.3dL/g，所述玻璃纤维的直径为25μm，所述相容剂为二苯甲烷双马来酰亚胺，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂，所述助剂为热稳定剂、抗紫外光剂和着色剂。

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、二苯甲烷双马来酰亚胺、硅烷偶联剂、亚磷酸酯类抗氧剂热稳定剂、抗紫外光剂和着色剂依次加入到高速搅拌机中进行预混，然后将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，所述高温熔体浸润槽的温度为320℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例5

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯30份，尼龙36.8份，玻璃纤维25份，相容剂3份，偶联剂3.2份，抗氧剂0.9份，助剂1.1份。

所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.2:1，所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为6g/10min和60g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为18g/10min。

所述尼龙的特性粘度为2.2dL/g，所述玻璃纤维的直径为20μm，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，所述抗氧剂为酚类抗氧剂，所述助剂为阻燃剂、热稳定剂、抗紫外光剂和着色剂。

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、马来酸酐接枝聚丙烯、钛酸酯偶联剂、酚类抗氧剂、阻燃剂、热稳定剂、抗紫外光剂和着色剂依次加入到高速搅拌机中进行预混，然后将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，所述高温熔体浸润槽的温度为340℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

实施例6

本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，包含以下按重量份数计的组分：聚丙烯54份，尼龙22份，玻璃纤维13.6份，相容剂7份，偶联剂1.3份，抗氧剂1.4份，助剂0.7份。

所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.3:1，所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为9g/10min和80g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为28g/10min。

所述尼龙的特性粘度为2.3dL/g，所述玻璃纤维的直径为18μm，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述抗氧剂为酚类抗氧剂，所述助剂为热稳定剂。

一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、马来酸酐接枝聚丙烯、硅烷酯偶联剂、酚类抗氧剂和热稳定剂依次加入到高速搅拌机中进行预混，然后将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，所述高温熔体浸润槽的温度为330℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。

经测试，本发明的实施例1-6中玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的性能测试结果如下表所示：

本发明的有益效果是：

(1)本发明的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法为熔体浸渍法，玻璃纤维能够均匀分散在熔融的混合料中，有效保证了玻璃纤维的长度不被破坏，同时制备方法简单，操作安全。

(2)本发明的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料力学性能好、抗冲击强度高，具有良好的耐热变形温度、耐蠕变性和尺寸稳定性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，包含以下按重量份数计的组分：

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯，所述均聚聚丙烯与所述共聚聚丙烯的质量比为1.2-1.5:1。

3.根据权利要求2所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述均聚聚丙烯、所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下分别为2-10g/10min和20-120g/10min，所述尼龙的熔融指数在230℃、2.16Kg的测试条件下为15-30g/10min。

4.根据权利要求3所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙的特性粘度为2.0-2.3dL/g。

5.根据权利要求4所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为15-25μm。

6.根据权利要求5所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述相容剂为过氧化二异丙苯、二苯甲烷双马来酰亚胺、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种以上。

7.根据权利要求6所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种。

8.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂。

9.根据权利要求8所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料，其特征在于，所述助剂为阻燃剂、热稳定剂、抗紫外光剂、着色剂中的一种或两种以上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、原料称取与混合：

按照各组分的重量份数依次称取组分，将聚丙烯、尼龙、相容剂、偶联剂、抗氧剂和助剂依次加入到高速搅拌机中进行预混，然后将混合均匀的物料干燥备用；

S2、熔融挤出：

将混合均匀的物料加入到双螺杆挤出机中加热熔融，然后通过双螺杆挤出机通过口模输送至高温熔体浸润槽中，所述高温熔体浸润槽的温度为280-340℃；

S3、造粒及后处理：

在高温熔体浸润槽中将玻璃纤维分散、浸润到S2中制备的熔融物料中，然后从口模牵出，最后冷却、切粒，即得玻璃纤维增强聚丙烯-尼龙复合材料。