CN111393753A - 一种高强度耐热塑料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐热塑料，由如下重量份原料制成：聚丙烯100‑120份、改性短玻璃纤维20‑30份、滑石粉5‑8份、高岭土5‑8份、偶联剂1‑3份、交联剂1‑3份、硬脂酸钙5‑8份；并在制备过程中制备了一种改性短玻璃纤维，通过多巴胺在短玻璃纤维表面发生沉积，并在短玻璃纤维表面自发氧化聚合，生成聚多巴胺层，包覆在玻璃纤维表面，聚多巴胺中仍然含有苯酚和类吲噪官能团，具有很高的反应活性和亲水性，使得聚多巴胺对碳纤维粉末进行吸附，使得碳纤维粉末包覆在短玻璃纤维表面，与固化液进行浸渍，通过二乙烯三胺将环氧树脂粉末固化在短玻璃纤维表面，使得制备出的塑料具有很好的弯曲强度、拉伸强度、耐热性。

Description

一种高强度耐热塑料
技术领域
本发明属于塑料制备技术领域，具体涉及一种高强度耐热塑料。
背景技术
聚丙烯简称PP，是一种无色、无臭、无毒、半透明固体物质，聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，这使得聚丙烯自问世以来，便迅速在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用，近年来，随着我国包装、电子、汽车等工业的快速发展，极大地促进了我国工业的发展，而且因为其具有可塑性，聚丙烯材料正逐步替代木制产品，高强度韧性和高耐磨性能已逐步取代金属的机械功能，另外聚丙烯具有良好的接枝和复合功能，在混凝土、纺织、包装和农林渔业方面具有巨大的应用空间。
现有的聚丙烯塑料的强度较低，在使用过程中受到撞击，会导致材料发生破损，且聚丙烯塑料的耐热性较低，在温度较高的条件下使用，会使得聚丙烯塑料出现软化现象，进而使得材料无法正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度耐热塑料。
本发明要解决的技术问题：
现有的聚丙烯塑料的强度较低，在使用过程中受到撞击，会导致材料发生破损，且聚丙烯塑料的耐热性较低，在温度较高的条件下使用，会使得聚丙烯塑料出现软化现象，进而使得材料无法正常工作。
本发明要解决的技术问题：
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高强度耐热塑料，由如下重量份原料制成：聚丙烯100-120份、改性短玻璃纤维20-30份、滑石粉5-8份、高岭土5-8份、偶联剂1-3份、交联剂1-3份、硬脂酸钙5-8份；
该塑料具体由如下步骤制备：
步骤S1：将滑石粉和高岭土粉加入粉碎机中，进行粉碎并过1250-1500目筛网后，进行混合制得第一混合料；
步骤S2：将聚丙烯加入反应釜中，在转速为200-300r/min，温度为160-170℃的条件下，进行加热搅拌，至聚丙烯完全熔融后，加入偶联剂和交联剂，在转速为500-800r/min，温度为160-170℃的条件下，进行搅拌20-30min后，加入步骤S1制得的第一混合料、改性短玻璃纤维、硬脂酸钙，搅拌20-30min，制得第二混合料；
步骤S3:将步骤S2制得的第二混合料加入算螺杆挤出机中，在温度为180-200℃的条件下，进行挤出，制得高强度耐热塑料。
进一步，所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种任意比例混合。
进一步，所述的交联剂为双马来亚胺和过氧化二异丙苯中的一种或两种任意比例混合。
进一步，所述的改性短玻璃纤维由如下步骤制备：
步骤A1：将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为600-700℃的条件下，进行加热1-1.5h后，用去离子水进行清洗1-2次，再次将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为400-500℃的条件下，进行加热30-40min后，用去离子水进行清洗1-2次后，得到短玻璃纤维基体；
步骤A2：将碳纤维粉末和浓硝酸溶液加入搅拌釜中，在转速为500-800r/min，温度为80-100℃的条件下，进行搅拌8-10h后，进行过滤去除滤液，得到滤物，将滤物、去离子水、二乙烯三胺、聚乙烯吡咯烷酮加入搅拌釜中，在转速为1000-1500r/min，温度为80-100℃的条件下，进行搅拌6-8h，制得第一浸渍液；
步骤A3：将多巴胺和去离子水加入搅拌釜中，在转速为1000-1500r/min的条件下，进行搅拌至多巴胺完全溶解后，加入步骤A2制得的第一浸渍液，继续搅拌30-40min后，加入三羟甲基氨基甲烷，调节混合液的pH值为8-9，制得第二浸渍液；
步骤A4：将环氧树脂粉末、苯甲醇、二乙烯三胺加入搅拌釜中，在转速为2000-3000r/min的条件下，搅拌20-30min，制得的固化液；
步骤A5：将步骤A1制得的短玻璃纤维基体和步骤A3制得的第二浸渍液加入反应釜中，在转速为300-500r/min的条件下，进行搅拌20-25h后，取出短玻璃纤维基体，将短玻璃纤维基体放入步骤A4制得的固化液中浸泡1-2h后，在温度为130-150℃的条件下，进行加热制得改性短玻璃纤维。
进一步，步骤A2所述的浓硝酸溶液质量分数为70-75％，滤物、去离子水、二乙烯三胺、聚乙烯吡咯烷酮的用量比为1g：100mL：5g：5g。
进一步，步骤A3所述的多巴胺和去离子水的用量比为5g：1L。
进一步，步骤A4所述的环氧树脂粉末、苯甲醇、二乙烯三胺的用量比为5g：3mL:1mL。
本发明的有益效果：本发明在制备过程中制备了一种改性短玻璃纤维，将短玻璃纤维浸渍在第二浸渍液中，第二浸渍液中含有多巴胺，在有氧碱性条件下，多巴胺会在短玻璃纤维表面发生沉积，在短玻璃纤维表面自发氧化聚合，生成聚多巴胺层包覆在玻璃纤维表面，聚多巴胺中仍然含有苯酚和类吲噪官能团，具有很高的反应活性和亲水性，进而使得短玻璃纤维表面具有很高的反应活性和亲水性，使得聚多巴胺对碳纤维粉末进行吸附，使得碳纤维粉末包覆在短玻璃纤维表面，将由第二浸渍液浸渍后的短玻璃纤维与固化液进行浸渍，通过二乙烯三胺将环氧树脂粉末固化在短玻璃纤维表面，进而提升了短玻璃纤维的弯曲强度和拉伸强度，且玻璃纤维和环氧树脂本身具有很好的耐热性，与聚丙烯共混后，使得制备出的塑料具有很好的弯曲强度、拉伸强度、耐热性。
具体实施方式
下面将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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度耐热塑料，由如下重量份原料制成：聚丙烯100份、改性短玻璃纤维20份、滑石粉5份、高岭土5份、氨丙基三乙氧基硅烷1份、双马来亚胺1份、硬脂酸钙5份；
该塑料具体由如下步骤制备：
步骤S1：将滑石粉和高岭土粉加入粉碎机中，进行粉碎并过1250目筛网后，进行混合制得第一混合料；
步骤S2：将聚丙烯加入反应釜中，在转速为200r/min，温度为160℃的条件下，进行加热搅拌，至聚丙烯完全熔融后，加入氨丙基三乙氧基硅烷和双马来亚胺，在转速为500r/min，温度为160℃的条件下，进行搅拌20min后，加入步骤S1制得的第一混合料、改性短玻璃纤维、硬脂酸钙，搅拌20min，制得第二混合料；
步骤S3:将步骤S2制得的第二混合料加入算螺杆挤出机中，在温度为180℃的条件下，进行挤出，制得高强度耐热塑料。
所述的改性短玻璃纤维由如下步骤制备：
步骤A1：将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为600℃的条件下，进行加热1h后，用去离子水进行清洗1次，再次将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为400℃的条件下，进行加热30min后，用去离子水进行清洗1-2次后，得到短玻璃纤维基体；
步骤A2：将碳纤维粉末和浓硝酸溶液加入搅拌釜中，在转速为500r/min，温度为80℃的条件下，进行搅拌8h后，进行过滤去除滤液，得到滤物，将滤物、去离子水、二乙烯三胺、聚乙烯吡咯烷酮加入搅拌釜中，在转速为1000r/min，温度为80℃的条件下，进行搅拌6h，制得第一浸渍液；
步骤A3：将多巴胺和去离子水加入搅拌釜中，在转速为1000r/min的条件下，进行搅拌至多巴胺完全溶解后，加入步骤A2制得的第一浸渍液，继续搅拌30min后，加入三羟甲基氨基甲烷，调节混合液的pH值为8，制得第二浸渍液；
步骤A4：将环氧树脂粉末、苯甲醇、二乙烯三胺加入搅拌釜中，在转速为2000r/min的条件下，搅拌20min，制得的固化液；
步骤A5：将步骤A1制得的短玻璃纤维基体和步骤A3制得的第二浸渍液加入反应釜中，在转速为300r/min的条件下，进行搅拌20h后，取出短玻璃纤维基体，将短玻璃纤维基体放入步骤A4制得的固化液中浸泡1h后，在温度为130℃的条件下，进行加热制得改性短玻璃纤维。
实施例2
一种高强度耐热塑料，由如下重量份原料制成：聚丙烯110份、改性短玻璃纤维25份、滑石粉6份、高岭土6份、氨丙基三乙氧基硅烷2份、双马来亚胺2份、硬脂酸钙6份；
该塑料具体由如下步骤制备：
步骤S1：将滑石粉和高岭土粉加入粉碎机中，进行粉碎并过1350目筛网后，进行混合制得第一混合料；
步骤S2：将聚丙烯加入反应釜中，在转速为250r/min，温度为165℃的条件下，进行加热搅拌，至聚丙烯完全熔融后，加入氨丙基三乙氧基硅烷和双马来亚胺，在转速为600r/min，温度为165℃的条件下，进行搅拌25min后，加入步骤S1制得的第一混合料、改性短玻璃纤维、硬脂酸钙，搅拌25min，制得第二混合料；
步骤S3:将步骤S2制得的第二混合料加入算螺杆挤出机中，在温度为190℃的条件下，进行挤出，制得高强度耐热塑料。
所述的改性短玻璃纤维由如下步骤制备：
步骤A1：将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为650℃的条件下，进行加热1.3h后，用去离子水进行清洗1次，再次将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为450℃的条件下，进行加热35min后，用去离子水进行清洗1次后，得到短玻璃纤维基体；
步骤A2：将碳纤维粉末和浓硝酸溶液加入搅拌釜中，在转速为600r/min，温度为90℃的条件下，进行搅拌9h后，进行过滤去除滤液，得到滤物，将滤物、去离子水、二乙烯三胺、聚乙烯吡咯烷酮加入搅拌釜中，在转速为1300r/min，温度为90℃的条件下，进行搅拌7h，制得第一浸渍液；
步骤A3：将多巴胺和去离子水加入搅拌釜中，在转速为1300r/min的条件下，进行搅拌至多巴胺完全溶解后，加入步骤A2制得的第一浸渍液，继续搅拌35min后，加入三羟甲基氨基甲烷，调节混合液的pH值为8，制得第二浸渍液；
步骤A4：将环氧树脂粉末、苯甲醇、二乙烯三胺加入搅拌釜中，在转速为2500r/min的条件下，搅拌25min，制得的固化液；
步骤A5：将步骤A1制得的短玻璃纤维基体和步骤A3制得的第二浸渍液加入反应釜中，在转速为400r/min的条件下，进行搅拌23h后，取出短玻璃纤维基体，将短玻璃纤维基体放入步骤A4制得的固化液中浸泡1.5h后，在温度为140℃的条件下，进行加热制得改性短玻璃纤维。
实施例3
一种高强度耐热塑料，由如下重量份原料制成：聚丙烯120份、改性短玻璃纤维30份、滑石粉8份、高岭土8份、氨丙基三乙氧基硅烷3份、双马来亚胺3份、硬脂酸钙8份；
该塑料具体由如下步骤制备：
步骤S1：将滑石粉和高岭土粉加入粉碎机中，进行粉碎并过1500目筛网后，进行混合制得第一混合料；
步骤S2：将聚丙烯加入反应釜中，在转速为300r/min，温度为170℃的条件下，进行加热搅拌，至聚丙烯完全熔融后，加入氨丙基三乙氧基硅烷和双马来亚胺，在转速为800r/min，温度为170℃的条件下，进行搅拌30min后，加入步骤S1制得的第一混合料、改性短玻璃纤维、硬脂酸钙，搅拌30min，制得第二混合料；
步骤S3:将步骤S2制得的第二混合料加入算螺杆挤出机中，在温度为200℃的条件下，进行挤出，制得高强度耐热塑料。
所述的改性短玻璃纤维由如下步骤制备：
步骤A1：将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为700℃的条件下，进行加热1.5h后，用去离子水进行清洗2次，再次将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为500℃的条件下，进行加热40min后，用去离子水进行清洗2次后，得到短玻璃纤维基体；
步骤A2：将碳纤维粉末和浓硝酸溶液加入搅拌釜中，在转速为800r/min，温度为100℃的条件下，进行搅拌10h后，进行过滤去除滤液，得到滤物，将滤物、去离子水、二乙烯三胺、聚乙烯吡咯烷酮加入搅拌釜中，在转速为1500r/min，温度为100℃的条件下，进行搅拌8h，制得第一浸渍液；
步骤A3：将多巴胺和去离子水加入搅拌釜中，在转速为1500r/min的条件下，进行搅拌至多巴胺完全溶解后，加入步骤A2制得的第一浸渍液，继续搅拌40min后，加入三羟甲基氨基甲烷，调节混合液的pH值为9，制得第二浸渍液；
步骤A4：将环氧树脂粉末、苯甲醇、二乙烯三胺加入搅拌釜中，在转速为3000r/min的条件下，搅拌30min，制得的固化液；
步骤A5：将步骤A1制得的短玻璃纤维基体和步骤A3制得的第二浸渍液加入反应釜中，在转速为500r/min的条件下，进行搅拌25h后，取出短玻璃纤维基体，将短玻璃纤维基体放入步骤A4制得的固化液中浸泡2h后，在温度为150℃的条件下，进行加热制得改性短玻璃纤维。
对比例1
本对比例为市场上常见的聚丙烯塑料。
对上述实施例1-3和对比例1制得的塑料进行性能测试，测试结果如下表1所示；
表1
弯曲强度/Mpa 拉伸强度/Mpa 热变形温度/℃
实施例1 135 115 152
实施例2 130 110 148
实施例3 135 110 153
对比例1 50 30 110
由上表1可知实施例1-3制得的塑料的弯曲强度为130-135Mpa，拉伸强度为110-115Mpa，而对比例1制得的聚丙烯的弯曲强度为为50Mpa，拉伸强度为110Mpa，对比例1-3制得塑料的强度远远高于对比例1，实施例1-3制得的塑料的热变形温度为148-153℃，液高于对比例1，表明本发明制备的塑料具有很好的强度和耐热性。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员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，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强度耐热塑料，其特征在于：由如下重量份原料制成：聚丙烯100-120份、改性短玻璃纤维20-30份、滑石粉5-8份、高岭土5-8份、偶联剂1-3份、交联剂1-3份、硬脂酸钙5-8份；
该塑料具体由如下步骤制备：
步骤S1：将滑石粉和高岭土粉加入粉碎机中，进行粉碎并过1250-1500目筛网后，进行混合制得第一混合料；
步骤S2：将聚丙烯加入反应釜中，在转速为200-300r/min，温度为160-170℃的条件下，进行加热搅拌，至聚丙烯完全熔融后，加入偶联剂和交联剂，在转速为500-800r/min，温度为160-170℃的条件下，进行搅拌20-30min后，加入步骤S1制得的第一混合料、改性短玻璃纤维、硬脂酸钙，搅拌20-30min，制得第二混合料；
步骤S3:将步骤S2制得的第二混合料加入算螺杆挤出机中，在温度为180-200℃的条件下，进行挤出，制得高强度耐热塑料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐热塑料，其特征在于：所述的偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种任意比例混合。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐热塑料，其特征在于：所述的交联剂为双马来亚胺和过氧化二异丙苯中的一种或两种任意比例混合。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐热塑料，其特征在于：所述的改性短玻璃纤维由如下步骤制备：
步骤A1：将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为600-700℃的条件下，进行加热1-1.5h后，用去离子水进行清洗1-2次，再次将短玻璃纤维放入马弗炉中，在温度为400-500℃的条件下，进行加热30-40min后，用去离子水进行清洗1-2次后，得到短玻璃纤维基体；
步骤A2：将碳纤维粉末和浓硝酸溶液加入搅拌釜中，在转速为500-800r/min，温度为80-100℃的条件下，进行搅拌8-10h后，进行过滤去除滤液，得到滤物，将滤物、去离子水、二乙烯三胺、聚乙烯吡咯烷酮加入搅拌釜中，在转速为1000-1500r/min，温度为80-100℃的条件下，进行搅拌6-8h，制得第一浸渍液；
步骤A3：将多巴胺和去离子水加入搅拌釜中，在转速为1000-1500r/min的条件下，进行搅拌至多巴胺完全溶解后，加入步骤A2制得的第一浸渍液，继续搅拌30-40min后，加入三羟甲基氨基甲烷，调节混合液的pH值为8-9，制得第二浸渍液；
步骤A4：将环氧树脂粉末、苯甲醇、二乙烯三胺加入搅拌釜中，在转速为2000-3000r/min的条件下，搅拌20-30min，制得的固化液；
步骤A5：将步骤A1制得的短玻璃纤维基体和步骤A3制得的第二浸渍液加入反应釜中，在转速为300-500r/min的条件下，进行搅拌20-25h后，取出短玻璃纤维基体，将短玻璃纤维基体放入步骤A4制得的固化液中浸泡1-2h后，在温度为130-150℃的条件下，进行加热制得改性短玻璃纤维。
5.根据权利要求4所述的一种高强度耐热塑料，其特征在于：步骤A2所述的浓硝酸溶液质量分数为70-75％，滤物、去离子水、二乙烯三胺、聚乙烯吡咯烷酮的用量比为1g：100mL：5g：5g。
6.根据权利要求4所述的一种高强度耐热塑料，其特征在于：步骤A3所述的多巴胺和去离子水的用量比为5g：1L。
7.根据权利要求4所述的一种高强度耐热塑料，其特征在于：步骤A4所述的环氧树脂粉末、苯甲醇、二乙烯三胺的用量比为5g：3mL:1mL。
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