CN107641255B - 玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，其原料按质量百分比包括聚丙烯，10％‑25％；硫酸钡母粒，50％‑80％；短玻璃纤维增强体，5％‑15％；界面相容剂，1％‑10％；偶联剂，0.1％‑3％；抗氧剂，0.1％‑1％。本发明的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，使用了母粒来取代粉料，避免了大量粉尘的污染，有利于环保，通过界面相容剂跟钛酸酯偶联剂的复配，矿物填充跟短切玻璃纤维的分散状况有了明显的改善，因此所制得的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有良好的冲击强度、抗冲击能力以及隔音量。
Description
技术领域
本发明涉及化学材料等领域，具体为一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯PP是一种广泛应用的通用塑料，具有优良的综合性能及成型加工型、相对低廉的价格，在塑料中占有主导的地位，广泛的应用于日常生活之中。但聚丙烯填充改性的材料之中，高密度填充的却很少。
因为这是由于聚丙烯PP材料自身缺陷所造成的，聚丙烯PP材料由于其密度较低，制成高密度的聚丙烯复合材料需要大量的矿物填充来完成，但是随着矿物填充的大量增加，所制成的复合材料的抗冲击性能会大量下降，不仅如此，随着矿物填充的增加，聚丙烯基料的填充就会随之减少，伴随着的是复合材料本身内部体系的崩坏，导致复合材料本身的脆化现象，无法作为改性材料使用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决现有聚丙烯复合材料随着矿物填充的增加、聚丙烯基料的填充随之减少导致的复合材料本身脆化的问题。
为解决现有的技术问题：本发明提供一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其原料按质量百分比包括聚丙烯，10％-25％；硫酸钡母粒，50％-80％；短玻璃纤维增强体，5％-15％；界面相容剂，1％-10％；偶联剂，0.1％-3％；抗氧剂，0.1％-1％。
在本发明一较佳的实施例中，所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为30g/10min-70g/10min。
在本发明一较佳的实施例中，所述硫酸钡母粒的组分按质量百分比包括硫酸钡，80％-98％，其目数为7000-9000目；高密度聚乙烯载体，余量，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为1g/10min-3g/10min。
在本发明一较佳的实施例中，所述短玻璃纤维增强体中的纤维直径为7um-13um，短切长度为3um-4.5um。
在本发明一较佳的实施例中，所述短玻璃纤维增强体包括截面呈圆形短切玻璃纤维、椭圆形短切玻璃纤维、三角形短切玻璃纤维中的至少一种。
在本发明一较佳的实施例中，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为0.3％-2％。
在本发明一较佳的实施例中，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种。
在本发明一较佳的实施例中，所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、硫代二丙酸双十八酯中的至少一种。
为解决现有的技术问题：本发明还提供一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤，获取所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的原料；将所述原料中的聚丙烯、硫酸钡母粒、界面相容剂、偶联剂和抗氧剂混合干燥后，得到第一混合物；将所述第一混合物置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，并经喂料螺杆输送至主机筒内；将所述原料中的短玻璃纤维增强体从侧喂料口加入到所述主机筒内与所述第一混合物混合，经熔融并通过挤料螺杆挤出，得到挤出物；对挤出物进行冷却、造粒、烘干处理，制得玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
在本发明一较佳的实施例中，所述挤料螺杆的直径为30mm-40mm，长径比L/D为35-40；所述主机筒从加料口到机头出口设有多个温度区段，所述温度区段依次设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，所述挤料螺杆的转速为150转/分钟。
本发明的优点是：本发明的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，使用了母粒来取代粉料，避免了大量粉尘的污染，有利于环保，通过界面相容剂跟钛酸酯偶联剂的复配，矿物填充跟短切玻璃纤维的分散状况有了明显的改善，因此所制得的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有良好的冲击强度、抗冲击能力以及隔音量，且由于加入了大量的矿物填充可能对复合材料的刚性指标的降低，选择加入一部分的短切玻纤来取代矿物填充，满足了在汽车设计中大尺寸零件对原材料性能指标的要求。在没有添加界面相容剂或钛酸酯偶联剂时，复合材料的抗冲击性能比常规材料低100％及以上，而随着界面相容剂或钛酸酯偶联剂含量的添加，复合材料的抗冲击性能大幅度上升，不仅如此，该复合材料的其余刚性性能并没有减少，并且在隔音性能上还有了小幅增加。研究表明所制成的高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料在汽车发动机周边及其他领域有很好的隔音效果。与传统的高矿物填充聚丙烯材料相比，因其冲击强度过低，采用了短切玻璃纤维与之搭配，并在界面相容剂和钛酸酯偶联剂的共同辅助下，制成体系分散较好的复合材料。所制成的复合材料的冲击性能比传统的冲击性能提高70％～80％，同时伴随着具有良好的隔音性，热变形温度更高，熔体流动速率更高，是一种有利于有高密度需求的大结构件专用改性材料。
具体实施方式
以下实施例1-5是对本发明的进一步解释，其中，以下实施例所用原料：
聚丙烯:共聚丙烯，熔融指数MFR为60g/10min，(230℃、2.16Kg)。
硫酸钡母粒：A1985，固体含量比80％，目数8000目。
短切玻璃纤维：ECS-305H，直径为13um，短切长度4.5mm。
界面相容剂：马来酸酐接枝聚丙烯CMG-5001，化学测试接枝率为0.8％。
钛酸酯偶联剂：FD-201。
抗氧剂1010，化学名称为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
抗氧剂168，化学名称三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
其中下表1为实施例1-5中各实施例所选取的原料中各组分的质量。
表1：实施例1-5中的原料的各组分的质量。(单位：克)
实施例1：即按表1中所示的各实施例所对应的组分称取原料：聚丙烯10g、硫酸钡母粒80g、短切玻璃纤维增强体5g、界面相容剂2g、钛酸酯偶联剂3g、抗氧剂0.6g。将短切玻璃纤维增强体以外的各组分于高速混合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，短切玻璃纤维增强体投入到侧喂料仓，挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为35，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为150转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例2：即按表1中所示的各实施例所对应的组分称取原料：聚丙烯10g、硫酸钡母粒68g、短切玻璃纤维增强体10g、界面相容剂2g、钛酸酯偶联剂1g、抗氧剂1g。将短切玻璃纤维增强体以外的各组分于高速混合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，短切玻璃纤维增强体投入到侧喂料仓，挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为35，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为150转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例3：即按表1中所示的各实施例所对应的组分称取原料：聚丙烯15g、硫酸钡母粒70g、短切玻璃纤维增强体8g、界面相容剂3g、钛酸酯偶联剂3g、抗氧剂1g。将短切玻璃纤维增强体以外的各组分于高速混合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，短切玻璃纤维增强体投入到侧喂料仓，挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为35，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为150转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例4：即按表1中所示的各实施例所对应的组分称取原料：聚丙烯22g、硫酸钡母粒58g、短切玻璃纤维增强体12g、界面相容剂6g、钛酸酯偶联剂1.4g、抗氧剂0.6g。将短切玻璃纤维增强体以外的各组分于高速混合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，短切玻璃纤维增强体投入到侧喂料仓，挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为35，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为150转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例5：即按表1中所示的各实施例所对应的组分称取原料：聚丙烯25g、硫酸钡母粒50g、短切玻璃纤维增强体15g、界面相容剂10g、钛酸酯偶联剂0.1g、抗氧剂0.1g。将短切玻璃纤维增强体以外的各组分于高速混合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，短切玻璃纤维增强体投入到侧喂料仓，挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为35，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为150转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例1：称取19克聚丙烯、60克硫酸钡母粒、20克短切玻璃纤维增强体，将短切玻璃纤维增强体以外的各组分在高速混合机中混合均匀，投入到双螺杆挤出机的主喂料仓中，短切玻纤投入到侧向喂料仓中，挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为35，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为150转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
下面对实施例1-5所制得的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料以及对比例1所制得的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料进行性能测试和对比。
产品性能测试：
密度：按ISO1183标准进行；
熔体流动速率：按ISO1133标准进行，测试条件为230℃，2.16kg；
拉伸性能：按ISO527-2标准进行，测试速率为5mm/min；
弯曲性能：按IS178标准进行，跨距为64mm，测试速率为2mm/min；
冲击性能：按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行，样条缺口为A型；
热变形温度：按ISO075-2标准进行，测试压力为0.45Mpa；
隔音量测试：按GB/T18696-2002标准进行。
测试结果如表2所示。
表2：实施例1-5以及对比例1所制得的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料测试结果。
从表2所示的实施例1-5及对比例1的性能测试来看，采用所述界面相容剂和钛酸酯偶联剂的复合体系，可明显改善复合材料的冲击强度，而不会明显降低复合材料的其他力学性能指标。
对比实施例4、5及对比例1的各项数据可知，在高硫酸钡母粒和短切玻璃纤维增强体的填充没有比对比例1高的情况下，实施例4、5的主要刚性指标如拉伸数据，弯曲数据有较大提升，表明界面相容剂和钛酸酯偶联剂的使用对复合材料的力学性能有明显的增强作用。
从实施例1-3来看，随着界面相容剂和钛酸酯偶联剂之间比例的变化，复合材料的主要刚性指标没有多少差距，部分产品的性能指标如冲击强度，熔体流动速率，以及隔音量有了明显的增强，表明复合材料中矿物增强体系跟玻纤增强体系具备了非常理想的分布状况。在复合体系中加入钛酸酯偶联剂和界面相容剂能明显改善材料的冲击性能，同时也具有良好的隔音效果，随着比例的调整，当界面相容剂跟钛酸酯偶联剂的比例达到2:1时，复合材料的各项性能指标达到最佳。
综合来看，本产品所记述的高密度，玻璃纤维增强聚丙烯复合材料是在传统矿物填充的基础上，通过添加短切玻纤，界面相容剂以及偶联剂，来赋予复合材料在高填充的同时，保证材料的刚性指标，也同时增大了材料的热变形温度，同时赋予了较好的隔音性，使之可以应用于需求高密度聚丙烯材料领域。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，其原料按质量百分比包括：
聚丙烯， 15%-22%；
硫酸钡母粒， 58%-70%；
短玻璃纤维增强体， 8%-12%；
界面相容剂， 2%-6%；
偶联剂， 1%-3%；
抗氧剂， 0.6%-1%；
所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为0.3%-2%；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂；所述界面相容剂与所述偶联剂的添加量比为2：1；
所述硫酸钡母粒的组分按质量百分比包括：硫酸钡80%-98%，其目数为7000-9000目；高密度聚乙烯载体，余量，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为1g/10min-3g/10min。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为30g/10min-70g/10min。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述短玻璃纤维增强体中的纤维直径为7um-13um，短切长度为3um-4.5um。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述短玻璃纤维增强体包括截面呈圆形短切玻璃纤维、椭圆形短切玻璃纤维、三角形短切玻璃纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基 )亚磷酸苯酯、硫代二丙酸双十八酯中的至少一种。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
获取玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的原料；
将所述原料中的聚丙烯、硫酸钡母粒、界面相容剂、偶联剂和抗氧剂混合干燥后，得到第一混合物；
将所述第一混合物置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，并经喂料螺杆输送至主机筒内；
将所述原料中的短玻璃纤维增强体从侧喂料口加入到所述主机筒内与所述第一混合物混合，经熔融并通过挤料螺杆挤出，得到挤出物；
对挤出物进行冷却、造粒、烘干处理，制得玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
7.根据权利要求6所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述挤料螺杆的直径为30mm-40mm，长径比L/D为35-40；所述主机筒从加料口到机头出口设有多个温度区段，所述温度区段依次设定为：70℃、190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，所述挤料螺杆的转速为150转/分钟。
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