CN115627033B - 一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用，组分包括：共聚PP、玻璃纤维相容剂、碳纤维、改性TPAE、增韧剂、助剂。本发明聚丙烯组合物具有较好的抗静电性、力学性能和耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于塑料加工领域，特别涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
长玻纤增强热塑性塑料(long glass fiber reinforced thermoplastics，LFRT)是一类高性能复合材料。长玻纤增强材料在制件中的玻纤残留长度更长，具有强度高、模量高、抗冲击性强、尺寸稳定和翘曲度低等显著特点，长玻纤增强技术是实现塑料达到高性能化目标的重要技术之一，得到国内外科研单位与工业界的广泛关注。长玻纤聚丙烯(PP-LGF)由于密度低，力学性能优良，低温冲击好等优点，在汽车，家电，军工领域中得到越来越多的应用。
然而，在一些极端应用中，比如军用炮弹包装箱，其要求材料力学强度性能好，低温跌落冲击优良，耐磨性能好，以及抗静电等。现有单纯的长玻纤增强聚丙烯材料难以满足性能要求，需要对体系进行进一步的改性，使其满足上述的一系列要求。碳纤维具有很好的抗静电效果，但是碳纤维价格昂贵，而且比较高比例的碳纤维会影响长玻纤材料的缺口冲击的缺陷。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度高冲击抗静电耐磨的聚丙烯组合物及其制备方法和应用，本发明用碳纤维和改性TPAE复配，用较少含量的碳纤维达到抗静电效果，而且材料具有比较好的低温跌落冲击性能以及耐磨性能。
本发明的一种聚丙烯组合物，按重量份数，组分包括：
其中，改性TPAE组分为LiCl和TPAE，其中LiCl质量百分含量为2-8％，LiCl在TAPE中均匀分布，配位络合起到永久抗静电的作用。
共聚PP为共聚聚丙烯；改性TPAE为改性聚酰胺热塑性弹性体。
优选地，所述共聚PP在230℃、2.16kg负荷下的熔融指数为50-100g/10min，测试标准ISO1133-2011。
优选地，所述改性TPAE中LiCl质量百分含量为4-7％，含量较低时抗静电效果较差，含量较高，效果提高不明显。
所述改性TPAE制备：将LiCl溶于水形成LiCl溶液，将TPAE经过双螺杆挤出机时加入LiCl溶液，制备得到改性TPAE；双螺杆挤出温度为210-230℃，螺杆转速为550r/min；喂料速度为75KG/h。
优选地，所述碳纤维和改性TPAE按质量比为(4-8)：(3-7)复配，这个搭配比例下，材料力学性能和抗静电耐磨性能相对比较优良。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的一种或几种。
优选地，所述碳纤维为回收碳纤维。
优选地，所述增韧剂为POE、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝POE中的一种或几种。
优选地，所述助剂为抗氧剂、润滑剂、耐候剂、色粉中的一种或几种。
进一步所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂Y-001、亚磷酸酯类抗氧剂Y-002；所述润滑剂为硬脂酸类润滑剂(硬脂酸锌、硬脂酸镁)；所述耐候剂为受阻胺类耐候剂(如T-81、LA-402AF)；色粉为碳黑，硫化锌、有机颜料(如偶氮黄RC、钒酸铋等)中的一种或几种。
优选地，按重量份数，组分包括：
本发明的一种所述聚丙烯组合物的制备方法，包括：
部分配方量的共聚PP、配方量的相容剂、部分配方量助剂混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽，配方量玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到母粒A；其中挤出温度为150-290℃；
将剩余配方量的共聚PP、配方量改性TPAE、配方量增韧剂、剩余配方量助剂投入到高速混合器中混合均匀，然后通过主喂料加入双螺杆挤出机，配方量碳纤维通过侧喂料加入双螺杆挤出机，挤出后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到母粒B；其中挤出温度为150-220℃。
将母粒A和母粒B混匀，得到聚丙烯组合物。
进一步地，母粒A组分中所述部分配方量的共聚PP为共聚PP总量的40-60％。
母粒A和母粒B中助剂用量可按任意比例分配。
本发明的一种所述聚丙烯组合物在包装箱中的应用，如炮弹箱。
TPAE材料是聚醚和尼龙的共聚物，其本身是不能抗静电的，但是本发明中经过LiCl改性的TPAE，TPAE的软硬段和碳纤维相互交叉能提高材料的抗静电效果和耐磨性。另外TPAE属于尼龙基材，尼龙基材在空气中吸湿后，材料冲击和抗静电效果都能得到提升。炮弹箱材料吸湿后，表面浸润润滑性好，进一步提高材料的耐磨性能。
有益效果
本发明聚丙烯组合物在高的低温缺口冲击强度条件下，达到抗静电效果和耐磨性能的平衡，从而满足如炮弹箱的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一、原料组分：
共聚PP-1：EP640V型号产品，中海壳牌，在230℃、2.16kg负荷下的熔融指数为100g/10min，测试标准为ISO 1133-2011；
共聚PP-2：PP K7760H,在230℃、2.16kg负荷下的熔融指数为50g/10min，测试标准为ISO 1133-2011；
共聚PP-3：PP EP548R，在230℃、2.16kg负荷下的熔融指数为28g/10min，测试标准为ISO 1133-2011；
长玻璃纤维：SE4805-2400型号产品，其平均直径为17μm，OC公司；
相容剂：马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝率为0.8％，CA100型号产品，阿科玛公司；
增韧剂：POE 8137，陶氏化学；
碳纤维：回收碳纤维，东丽TORAY GROUP,RSMCA250-45；
抗氧剂：抗氧剂Y-001和抗氧剂Y-002，质量比为(1：1)；
润滑剂：硬脂酸锌；
耐候剂：受阻胺类T-81；
色粉：硫化锌HD-S，碳黑；有机燃料(偶氮黄RC：钒酸铋＝2:8)；
平行实施例中抗氧剂、润滑剂、耐候剂、色粉均为同一市售产品。
TPAE：Risun RIPolym-E 4510SN01,沧州旭阳化工有限公司
改性TPAE-1：LiCl量百分含量5％；
改性TPAE-2：LiCl质量百分含量2％；
改性TPAE-3：LiCl质量百分含量8％；
改性TPAE-4：LiCl质量百分含量1％。
改性TPAE制备：将LiCl溶于水形成LiCl溶液，将TPAE经过双螺杆挤出机时加入LiCl溶液，制备得到改性TPAE；螺杆转速为550r/min；喂料速度为75KG/h；所述双螺杆的第一段至第十段温度分别为150℃，150℃，220℃，220℃，220℃，220℃，220℃，220℃，220℃，230℃。
二、实施例和对比例的制备方法：
实施例1-13及对比例1-6的制备方法如下：
部分配方量的共聚PP、配方量的相容剂、部分配方量助剂(抗氧剂和润滑剂)混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽，配方量玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到母粒A；其中挤出温度第一段至第十段温度分别为150℃，150℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，290℃；
将剩余配方量的共聚PP、配方量改性TPAE、配方量增韧剂、剩余配方量助剂(抗氧剂、润滑剂、耐候剂和色粉)投入到高速混合器中混合均匀，然后通过主喂料加入双螺杆挤出机，配方量碳纤维通过侧喂料加入双螺杆挤出机，挤出后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到母粒B；其中挤出温度第一段至第十段温度分别为150℃，150℃，200℃，210℃，210℃，210℃，210℃，210℃，210℃，220℃。
将母粒A和母粒B混匀，得到聚丙烯组合物。
仅对比例7的制备方法：按实施例1的组分配比直接将各组分混合均匀，然后通过主喂料加入双螺杆挤出机，配方量碳纤维通过侧喂料加入双螺杆挤出机，挤出后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理；其中挤出温度第一段至第十段温度分别为150℃，150℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，290℃。
三、测试标准和方法
拉伸强度：样品注塑成150mm*10mm*4mm哑铃状样条，按照ISO 527(2012)方法测试，拉伸速率为5mm/min；
低温简支梁缺口冲击强度：样品注塑成80mm*10mm*4mm样条，缺口处8mm厚，按照ISO 179/1eA(2000)方法测试，摆锤能量4J，样条在-40℃环境中存放24h，在拿出环境箱30s内完成缺口冲击实验；
表面电阻：样品注塑成100mm*100mm*3mm的方板，按照ASTM D257(2014)方法测试。
耐磨测试：样品注塑成100*100*3mm的方板，按照ISO 9352(2012)方法测试，条件：载荷500g，3600圈。样板磨损最小，说明耐磨性能越好。
表1实施例的配比(重量份)及性能效果
表2为对比例2配比(重量份)和性能效果
实施例1和对比例1和2可知，改性的TPAE和碳纤维协同作用提高了材料的抗静电性能和耐磨性能。从实施例可知，本发明聚丙烯组合物在高的低温缺口冲击强度条件下，达到了抗静电效果和耐磨性能的平衡。
Claims (10)
1.一种聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份数，组分包括：
其中改性TPAE组分为LiCl和TPAE，其中LiCl质量百分含量为2-8％；所述助剂为抗氧剂、润滑剂、耐候剂、色粉中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述共聚PP在230℃、2.16kg负荷下的熔融指数为50-100g/10min。
3.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述改性TPAE中LiCl质量百分含量为4-7％。
4.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述碳纤维和改性TPAE按质量比为(4-8)：(3-7)复配。
5.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述碳纤维为回收碳纤维。
7.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述增韧剂为POE、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝POE中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份数，组分包括：
9.一种权利要求1所述聚丙烯组合物的制备方法，包括：
部分配方量的共聚PP、配方量的相容剂、部分配方量助剂混合均匀，然后经过双螺杆挤出机进入浸渍槽，配方量长玻璃纤维经过浸渍槽后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到母粒A；
将剩余配方量的共聚PP、配方量改性TPAE、配方量增韧剂、剩余配方量助剂投入到高速混合器中混合均匀，然后通过主喂料加入双螺杆挤出机，配方量碳纤维通过侧喂料加入双螺杆挤出机，挤出后进行拉条、冷却、切粒、干燥处理，得到母粒B；
将母粒A和母粒B混匀，得到聚丙烯组合物。
10.一种权利要求1所述聚丙烯组合物在包装箱中的应用。
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- 2022-10-14 CN CN202211259718.3A patent/CN115627033B/zh active Active
Patent Citations (3)
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