專利名稱：：長玻璃纖維增強聚丙烯材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及玻璃纖維增強塑料，尤其涉及一種長玻璃纖維增強聚丙烯材料及其制備方法，屬于高分子材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：玻璃纖維增強塑料是一種輕質(zhì)高強度工程結(jié)構(gòu)材料。其拉伸、彎曲彈性模量和抗蠕變、耐疲勞特性遠好于非增強塑料，主要原因是，當(dāng)有外力作用時，載荷通過纖維傳遞，而纖維又有很好的力學(xué)性能。在西歐，約有50%的纖維增強塑料應(yīng)用于汽車工業(yè)，在美國約30%。長玻纖增強熱塑性塑料(LFRT)具有優(yōu)異的剛性、韌性、防翹曲性及紫外線穩(wěn)定性，而且價格低于ABS和工程塑料。由于制品內(nèi)纖維平均長度較長，且長纖維在注塑制品內(nèi)可以形成一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故制品的力學(xué)性能和其他物理性能均優(yōu)于短切纖維增強塑料。LFRT廣泛應(yīng)用在汽車、家電領(lǐng)域，年增長率在2030%。其中產(chǎn)量最大的是長纖維增強聚丙烯(LGFPP)。長玻璃纖維增強塑料性能主要取決于以下因素①玻纖含量，一般來說，玻纖含量越高，玻纖增強塑料的力學(xué)性能也越高，但玻纖含量太高，對加工設(shè)備磨損嚴重，且易使材料脆性提高和密度增大；②玻纖在樹脂基體中的長度；③玻纖與樹脂基體良好的粘結(jié)力，分散均勻。目前LGFPP生產(chǎn)，多數(shù)產(chǎn)品其玻纖在聚丙烯基體中的浸漬效果不夠理想，玻纖在聚丙烯中的分散和取向也存在一定的缺陷，造成產(chǎn)品的性能不夠理想，力學(xué)性能尚需改進，而且還會存在玻纖外露現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種長玻璃纖維增強聚丙烯材料及其制備方法，運用科學(xué)的配方及玻璃纖維表面處理技術(shù)，旨在加強玻纖在熔體里的浸漬效果，消除玻纖的外露現(xiàn)象，提高材料的光潔度，有效改善材料的力學(xué)性能。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)長玻璃纖維增強聚丙烯材料，特點是組分的質(zhì)量百分含量為聚丙烯3555wt%，長玻璃纖維3550wtX，偶聯(lián)劑0.30.8wt%，相容劑510wt%，流動改性劑24wt。/。，抗氧劑0.30.6wt^，潤滑劑l2wt%。進一步地，上述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其組分理想的質(zhì)量百分比為聚丙烯38wt^，長玻璃纖維50wtX，偶聯(lián)劑0.5wt^，相容劑6wt%，流動改性劑4wtn/。，抗氧劑0.5wtX，潤滑劑lwt^。更進一步地，上述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的聚丙烯為中熔指聚丙烯，中熔指聚丙烯為中熔指的均聚丙烯、共聚丙烯的一種或它們的混合物；熔融指數(shù)在1025g/10min。所述的長玻璃纖維為LFRT連續(xù)無捻粗紗，纖維類型為E玻璃，纖維直徑為17um。所述的偶聯(lián)劑為偶聯(lián)劑KH-550、偶聯(lián)劑KH-560、復(fù)合酯類偶聯(lián)劑中的一種或幾種的混合物。所述的相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑。所述的流動改性劑為PP降溫母粒。所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1790、抗氧劑1098、抗氧劑168、抗氧劑DLTDP中的一種或幾種的混合物。所述的潤滑劑為乙撐雙硬脂酰胺、高分子量(分子量70009000)聚丙烯蠟中的一種或它們的混合物。更進一步地，長玻璃纖維增強聚丙烯材料的制備方法，包括以下步驟(a)將聚丙烯、流動改性劑、相容劑、抗氧劑及潤滑劑加入到混合機中使之充分混合均勻；(b)將上述得到的混合物通過加料口加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，加工溫度在18023(TC，雙螺桿擠出機共六段，第一段和第二段擠出溫度在180200°C，其它幾段擠出溫度在200230°C;物料在雙螺桿擠出機中的停留時間為38min，主機轉(zhuǎn)速控制在250350r.min";繼而，通過雙螺桿擠出機口模擠出熔體，并輸送到浸漬裝置中形成熔池；(c)將連續(xù)長玻璃纖維預(yù)熱干燥，使其表面溫度達到608(TC;接著通過長玻纖表面處理裝置使長玻璃纖維表面浸潤液態(tài)偶聯(lián)劑，并促使每一股長玻璃纖維有規(guī)律的分散和集束；隨后引入浸漬裝置，使數(shù)股長玻璃纖維被弓1入到浸漬裝置的熔池中，在熔體壓力和張力作用下通過壓輥使長玻璃纖維被熔體充分浸漬，再進入集束包覆裝置進行集束包覆，然后從喇叭口形的模頭出口處出料，最后冷卻、切粒，即得到長玻璃纖維增強聚丙烯粒料。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在本發(fā)明采用了偶聯(lián)劑、相容劑、流動改性劑和潤滑劑的優(yōu)化設(shè)計和綜合疊加效應(yīng)，以特定的組分、特定的接枝率和熔體指數(shù)的接枝改性聚丙烯為相容劑，大大提高聚丙烯和長玻纖的界面結(jié)合力；以可控流變聚丙烯降溫母粒為流動改性劑，降低熔體粘度；偶聯(lián)劑、潤滑劑的加入可改善玻纖在基體中的分散性。通過對玻璃纖維的表面處理和熔體浸漬技術(shù)，改善長玻纖增強聚丙烯的力學(xué)性能，有效解決了玻纖的外露問題，提高復(fù)合材料的光潔度。所生產(chǎn)的長玻璃纖維增強聚丙烯可滿足高強度汽車配件的使用要求，可替代增強工程塑料，用于生產(chǎn)汽車、家電部件等。且制備過程簡單，生產(chǎn)工藝容易控制，產(chǎn)率較高，降低了原料成本，經(jīng)濟效益非常顯著，值得推廣應(yīng)用。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明圖1:用于生產(chǎn)長玻璃纖維增強聚丙烯材料的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體實施例方式本發(fā)明開發(fā)一種長玻璃纖維增強聚丙烯材料，通過對長玻璃纖維、相容劑等相關(guān)助劑的選擇、配比、玻璃纖維的表面處理和熔體浸漬技術(shù)，改善長玻纖增強聚丙烯(LGFPP)的力學(xué)性能，同時有效解決玻纖的外露問題，提高復(fù)合材料的光潔度。長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其組分的質(zhì)量比為聚丙烯3555wt%，長玻璃纖維3550wt^，偶聯(lián)劑0.30.8wtX，相容劑510wto^，流動改性劑24wt。/。，抗氧劑0.30.6wt^，潤滑劑l2wt^。理想的配比是聚丙烯38wtX，長玻璃纖維50wtX，偶聯(lián)劑0.5wt^，相容劑6wt%，流動改性劑4wt。/。，抗氧劑0.5wtX，潤滑劑lwt^。其中，聚丙烯為中熔指聚丙烯，中熔指聚丙烯為中熔指的均聚丙烯、共聚丙烯的一種或它們的混合物；熔融指數(shù)在1025g/10min。長玻璃纖維為LFRT連續(xù)無捻粗紗，纖維類型為E玻璃，纖維直徑為17um。偶聯(lián)劑為偶聯(lián)劑KH-550、偶聯(lián)劑KH-560、復(fù)合酯類偶聯(lián)劑中的一種或幾種的混合物。相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑。所述的流動改性劑為PP降溫母粒；抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1790、抗氧劑1098、抗氧劑168、抗氧劑DLTDP中的一種或幾種的混合物。潤滑劑為乙撐雙硬脂酰胺、高分子量聚丙烯蠟(分子量70009000)中的一種或它們的混合物。采用如圖l所示的流水生產(chǎn)線制備長玻璃纖維增強聚丙烯材料，該成套設(shè)備主要包括長玻纖預(yù)熱裝置2、長玻纖表面處理裝置3、浸漬裝置、集束包覆裝置15和雙螺桿擠出機21以及冷卻裝置17、牽引裝置、切粒裝置20，長玻纖預(yù)熱裝置2與長玻纖表面處理裝置3過渡銜接，長玻纖表面處理裝置3與浸漬裝置過渡銜接，浸漬裝置與集束包覆裝置15過渡銜接。其中，長玻纖預(yù)熱裝置2呈封閉式箱體結(jié)構(gòu)，箱內(nèi)安裝有發(fā)熱元件，箱體的內(nèi)壁設(shè)有保溫層，箱內(nèi)溫度均勻可控。長玻纖表面處理裝置3包括一組形似紡錘的變徑壓輥5、液態(tài)偶聯(lián)劑霧化裝置6、液態(tài)偶聯(lián)劑輸送泵4及液體回收管7，變徑壓輥5通過合理的組合使沿變徑壓輥表面輸送的長玻纖分散和集束，液態(tài)偶聯(lián)劑霧化裝置6位于變徑壓輥5的下方并正對于變徑壓輥5，液態(tài)偶聯(lián)劑輸送泵4向液態(tài)偶聯(lián)劑霧化裝置6供料，液體回收管7對霧化后的料進行回收。浸漬裝置呈箱式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有擠出機連接器9、熔料分配器10、前導(dǎo)向輥8、中導(dǎo)向輥11、后導(dǎo)向輥14以及一對壓輥(12、13)，擠出機連接器9與雙螺桿擠出機21相連接，雙螺桿擠出機21通過擠出機連接器9與熔料分配器10構(gòu)成熔料輸送通道，變徑壓輥5與前導(dǎo)向輥8相過渡，前導(dǎo)向輥8、中導(dǎo)向輥ll、壓輥12、壓輥13、后導(dǎo)向輥14依次過渡銜接，壓輥12與壓輥13呈上下錯列排布，集束包覆裝置15有喇叭形出口16，集束包覆裝置15的出口端依次分布有冷卻裝置17、牽引裝置(牽引輥18、19)以及切粒裝置20，構(gòu)成流水作業(yè)線。多個裝置按前后程序、水平布置形成連續(xù)作業(yè)線，長玻纖預(yù)熱裝置2、長玻纖表面處理裝置3、浸漬裝置和集束包覆裝置15均為結(jié)構(gòu)相對封閉、外形呈長方體的箱體。長玻璃纖維1首先通過由一組發(fā)熱元件組成的長玻纖預(yù)熱裝置2，長玻纖預(yù)熱裝置2使長玻璃纖維1預(yù)熱達到一定的溫度，以使成股的長玻璃纖維干燥、松散。預(yù)熱后的長玻璃纖維1隨后進入長玻纖表面處理裝置3，長玻纖表面處理裝置3由液態(tài)偶聯(lián)劑霧化裝置6和一組形似紡錘的變徑壓輥5構(gòu)成，配制的液態(tài)偶聯(lián)劑通過霧化裝置6使長玻璃纖維表面充分浸潤，液態(tài)偶聯(lián)劑和長玻纖表面充分接觸從而獲得良好的處理效果；變徑壓輥5的作用是，促使被牽引的每一股長玻纖在貼向截面呈紡錘形的一組變徑壓輥表面正向輸送時有規(guī)律的分散和集束，加強長玻纖表面處理的效果。處理的長玻纖被牽引進入熔體浸漬裝置，熔體浸漬裝置通過擠出機連接器9與雙螺桿擠出機21連接，雙螺桿擠出機21內(nèi)已塑化的聚合物熔體經(jīng)由擠出機連接器9和熔料分配器10進入浸漬裝置形成一定高度的熔池，供長玻纖浸漬；被牽引的長玻纖經(jīng)由前導(dǎo)向輥8和中導(dǎo)向輥11引導(dǎo)進入熔池，并沿壓輥12、壓輥13表面向前方輸送；壓輥12與壓輥13的間距以及壓輥12與壓輥13的上下位置可依具體情況而調(diào)節(jié)；纖維浸漬效果與壓輥和纖維間接觸壓力有關(guān)，浸漬的長玻纖經(jīng)由集束包覆裝置15和喇叭形出口16完成集束和包覆，控制集束包覆裝置15和喇叭形出口16的流道方向尺寸可控制產(chǎn)品所要求的質(zhì)量，使長玻璃纖維達到良好的熔體浸漬和熔體包覆的效果。具體制備時，如下所述。實施例l:將54.4份中熔指均聚丙烯，5份馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑，4份PP降溫母粒，0.1份抗氧劑17卯及0.2份抗氧劑DLTDP，1份乙撐雙硬脂酰胺加入到混合機中使之充分混合均勻。將混合物通過加料口加入雙螺桿擠出機內(nèi)，加工溫度在185230°C，雙螺桿擠出機溫度控制設(shè)有六段，第一段和第二段擠出溫度在185200°C，其它幾段擠出溫度在21023(TC;物料在雙螺桿擠出機中的停留時間為8min，主機轉(zhuǎn)速為300~350r.min-1;繼而通過雙螺桿擠出機口模擠出熔體形成熔池。將35份連續(xù)長玻璃纖維預(yù)熱干燥，使其表面溫度達到658(TC，接著通過玻纖表面處理裝置對長玻璃纖維表面進行處理，使長玻璃纖維表面浸潤0.3份偶聯(lián)劑KH-550;繼而引入浸漬機頭，使數(shù)股長玻璃纖維被引入到熔池中，在熔體壓力和張力作用下通過壓輥使長玻璃纖維充分浸漬，再進入集束裝置進行包覆，然后從喇叭口形的機頭出口處出料，最后冷卻、切粒，即得到長玻璃纖維增強聚丙烯粒料。實施例2:將43.6份中熔指共聚丙烯，10份馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑，3份PP降溫母粒，0.2份抗氧劑1098及0.4份抗氧劑168，2份高分子量聚丙烯蠟加入到混合機中使之充分混合均勻。將混合物通過加料口加入雙螺桿擠出機內(nèi)，加工溫度在18023(TC，雙螺桿擠出機溫度控制共設(shè)六段，第一段和第二段擠出溫度在180200°C，其它幾段擠出溫度在200230°C;物料在雙螺桿擠出機中的停留時間為3min，主機轉(zhuǎn)速為250350r.min";繼而通過雙螺桿擠出機口模擠出熔體形成熔池。將40份連續(xù)長玻璃纖維預(yù)熱干燥，使其表面溫度達到6075"C;接著通過玻纖表面處理裝置對長玻璃纖維表面進行處理，使長玻璃纖維表面浸潤0.8份偶聯(lián)劑KH-560;隨后引入浸漬機頭，使數(shù)股長玻璃纖維被引入到熔池中，在熔體壓力和張力作用下通過壓輥使長玻璃纖維充分浸漬，再進入集束裝置進行包覆，然后從喇叭口形的機頭出口處出料，最后冷卻、切粒，即得到長玻璃纖維增強聚丙烯粒料。實施例3:將15份中熔指共聚丙烯、23份中熔指均聚丙烯，6份馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑，4份PP降溫母粒，0.2份抗氧劑1010及0.3份抗氧劑168，0.5份高分子量聚丙烯蠟、0.5份乙撐雙硬脂酰胺加入到混合機中使之充分混合均勻。將混合物通過加料口加入雙螺桿擠出機內(nèi)，加工溫度在190230°C，雙螺桿擠出機溫度控制設(shè)有六段，第一段和第二段擠出溫度在190200°C，其它幾段擠出溫度在200230°C;物料在雙螺桿擠出機中的停留時間為5min，主機轉(zhuǎn)速為250300r.min";繼而通過雙螺桿擠出機口模擠出熔體形成熔池。將50份連續(xù)長玻璃纖維預(yù)熱干燥，使其表面溫度達到6080°C，接著通過玻纖表面處理裝置對長玻璃纖維表面進行處理，使長玻璃纖維表面浸潤0.5份偶聯(lián)劑(偶聯(lián)劑KH550與復(fù)合酯類偶聯(lián)劑混合)；隨后引入浸漬機頭，使數(shù)股長玻璃纖維被引入到熔池中，在熔體壓力和張力作用下通過壓輥使長玻璃纖維充分浸漬，再進入集束裝置進行包覆，然后從喇叭口形的機頭出口處出料，最后冷卻、切粒，即得到長玻璃纖維增強聚丙烯粒料。經(jīng)檢測，采用本發(fā)明技術(shù)方案制備的長玻纖增強聚丙烯材料與韓國進口同類材料相比，其主要物理性能指標(biāo)見表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>本發(fā)明以特定的組分、特定的接枝率和熔體指數(shù)的接枝改性聚丙烯為相容劑，大大提高聚丙烯和長玻纖的界面結(jié)合力；以可控流變聚丙烯降溫母粒為流動改性劑，降低熔體粘度；以潤滑劑為分散劑，改善玻纖在基體中的分散性。通過對玻璃纖維的表面處理和熔體浸漬技術(shù)，改善長玻纖增強聚丙烯的力學(xué)性能，有效解決了玻纖的外露問題，提高復(fù)合材料的光潔度。所生產(chǎn)的長玻璃纖維增強聚丙烯具有良好的技術(shù)性能，可滿足高強度汽車配件的使用要求，可替代增強工程塑料，用于生產(chǎn)汽車、家電部件等。且制備過程簡單，生產(chǎn)工藝容易控制，產(chǎn)率較高，大大降低了原料成本，帶來了極為明顯的經(jīng)濟效益，應(yīng)用前景極為看好。以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于其組分的質(zhì)量百分含量為聚丙烯35～55wt％，長玻璃纖維35～50wt％，偶聯(lián)劑0.3～0.8wt％，相容劑5～10wt％，流動改性劑2～4wt％，抗氧劑0.3～0.6wt％，潤滑劑1～2wt％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于其組分具有如下的質(zhì)量百分比聚丙烯38wt^，長玻璃纖維50wt。/^，偶聯(lián)劑0.5wt^，相容劑6wt^，流動改性劑4wt。/。，抗氧劑0.5wt^，潤滑劑1wt%。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的聚丙烯為中熔指聚丙烯，中熔指聚丙烯為中熔指的均聚丙烯、共聚丙烯的一種或它們的混合物；熔融指數(shù)在1025g/10min。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的長玻璃纖維為LFRT連續(xù)無捻粗紗，纖維類型為E玻璃，纖維直徑為17um。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的偶聯(lián)劑為偶聯(lián)劑KH-550、偶聯(lián)劑KH-560、復(fù)合酯類偶聯(lián)劑中的一種或幾種的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的流動改性劑為PP降溫母粒。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1790、抗氧劑1098、抗氧劑168、抗氧劑DLTDP中的一種或幾種的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料，其特征在于所述的潤滑劑為乙撐雙硬脂酰胺、高分子量聚丙烯蠟中的一種或它們的混合物，其中，高分子量聚丙烯蠟的分子量為70009000。10.權(quán)利要求1所述的長玻璃纖維增強聚丙烯材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟——(a)將聚丙烯、流動改性劑、相容劑、抗氧劑及潤滑劑加入到混合機中使之充分混合均勻；(b)將上述得到的混合物通過加料口加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，雙螺桿擠出機溫度控制共設(shè)六段，第一段和第二段擠出溫度在18020(TC，其它幾段擠出溫度在200230°C;物料在雙螺桿擠出機中的停留時間為38min，主機轉(zhuǎn)速控制在250~350r.mil!-1;繼而，通過雙螺桿擠出機口模擠出熔體，并輸送到浸漬裝置中形成熔池；(c)將連續(xù)長玻璃纖維預(yù)熱干燥，使其表面溫度達到608(TC;接著通過長玻纖表面處理裝置使長玻璃纖維表面浸潤液態(tài)偶聯(lián)劑，并促使每一股長玻璃纖維有規(guī)律的分散和集束；隨后引入浸漬裝置，使數(shù)股長玻璃纖維被引入到浸漬裝置的熔池中，在熔體壓力和張力作用下通過壓輥使長玻璃纖維被熔體充分浸漬，再進入集束包覆裝置進行集束包覆，然后從喇叭口形的模頭出口處出料，最后冷卻、切粒，即得到長玻璃纖維增強聚丙烯粒料。全文摘要本發(fā)明提供一種長玻璃纖維增強聚丙烯材料及其制備方法，材料組分的質(zhì)量比聚丙烯35～55wt％，長玻璃纖維35～50wt％，偶聯(lián)劑0.3～0.8wt％，相容劑5～10wt％，流動改性劑2～4wt％，抗氧劑0.3～0.6wt％，潤滑劑1～2wt％。其工藝先將聚丙烯、流動改性劑、相容劑、抗氧劑及潤滑劑進行混合；再將混合物加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，加工溫度在180～230℃；繼而通過擠出機口模擠出熔體形成熔池；將連續(xù)長玻璃纖維預(yù)熱干燥，并對長玻纖表面進行處理；隨后引入浸漬裝置，使數(shù)股長玻璃纖維被引入到熔池中，使長玻璃纖維被熔體充分浸漬，再集束包覆，從喇叭口形的模頭出口處出料，最后冷卻、切粒，即得到長玻璃纖維增強聚丙烯粒料。工藝簡便易行，產(chǎn)品性能較好。文檔編號B29B7/34GK101338051SQ20081002093公開日2009年1月7日申請日期2008年8月8日優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日發(fā)明者汪倩文,趙東明,郁文娟申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)和昌電器有限公司