本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

長玻璃纖維增強(qiáng)粒料指的是纖維單向排布的粒料,其纖維長度與粒料長度相等,一般大于5mm。在國內(nèi)，長玻纖的研究仍處于起步階段，長玻纖一般用于改善高分子材料的力學(xué)性能。聚丙烯樹脂（PP）是一種用途廣泛的通用塑料，由丙烯單體聚合制得，聚丙烯樹脂的優(yōu)點(diǎn)在于密度低、價(jià)格便宜，并具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、較好的機(jī)械性能、突出的耐折疊性和良好的成型加工性能。作為典型的結(jié)晶型材料，其熔點(diǎn)在 165℃附近。

長玻纖增強(qiáng) PP 材料是具有高強(qiáng)度，高抗沖擊性能，尺寸穩(wěn)定好，是一種“強(qiáng)而韌”的材料，PP在添加玻璃纖維增強(qiáng)后，大大提高其機(jī)械性能、耐熱型和尺寸穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中可以以塑代鋼和取代增強(qiáng)工程塑料，滿足輕武器包裝箱、汽車領(lǐng)域、家電等領(lǐng)域使用要求。但現(xiàn)有的長玻纖材料用于增強(qiáng)PP時(shí)，容易出現(xiàn)容易產(chǎn)生浮纖，分散效果不佳，熱穩(wěn)定性差，加工范圍窄，混合體系的物質(zhì)不能均勻分散等缺陷。

已現(xiàn)有的長玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯材料及其制備方法，為直接在聚丙烯材料中加入玻璃纖維，中國專利 200710172918.4 公開了一種超長延伸率玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，包括聚丙烯PP、玻璃纖維、復(fù)合抗氧劑和其他助劑，其優(yōu)點(diǎn)在于，延長率高并提高了其物理性能。

中國專利 200710172953.6 公開了一種玻璃纖維增強(qiáng)尼龍 6- 聚丙烯合金材料，包括尼龍 6 樹脂、聚丙烯、玻璃纖維、增韌劑、抗氧劑，其優(yōu)點(diǎn)在于材料成本低廉并具有良好的沖擊性能。

以上現(xiàn)有技術(shù)的缺陷是玻纖處理過程很麻煩，處理液成分復(fù)雜。同時(shí)也無法有效的抑制浮纖現(xiàn)象，所制得的PP復(fù)合材料力學(xué)性能，尤其是缺口抗沖擊性能無法滿足使用要求。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)所制得的長玻纖增強(qiáng)PP材料在注塑時(shí)，長玻纖將聚集、浮于工件表面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明公開一種低浮纖、高抗沖、防靜電的長玻纖。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無堿長玻纖 10-30份；

PP 60-90份；

光穩(wěn)定劑 0.1-0.5份；

增韌劑 0.5-0.9份；

相容劑 2-6份；

抗氧劑 0.3-0.8份；

所述無堿連續(xù)玻纖長度為6-12mm，直徑為11-20μm；所述相容劑其原料按重量計(jì)包括羥乙基纖維素2-3份、丙二醇0.1-0.5份、聚乙烯吡咯烷酮 0.01-0.07份、硝酸鉀3-8份。

本發(fā)明中特別設(shè)置一種相容劑，可有效提高長玻纖與PP的相容性。聚乙烯吡咯烷酮極易溶于水及含鹵代烴類溶劑、醇類、胺類、硝基烷烴及低分子脂肪酸等,不溶于丙酮、乙醚、松節(jié)油、脂肪烴和脂環(huán)烴等少數(shù)溶劑。能與多數(shù)無機(jī)酸鹽、多種樹脂相容。所述相容劑能夠有效增強(qiáng)PP的表面吸附能力，使無堿長玻纖更加均勻的分散與PP中，使無堿長玻纖與PP的交聯(lián)復(fù)合作用顯著增強(qiáng)，有效提高復(fù)合材料的韌性。同時(shí)，聚乙烯吡咯烷酮能與液體聚硫橡膠協(xié)效，能夠在PP表面形成一層光滑的有機(jī)分子膜層，極大的增強(qiáng)了材料的抗靜電性能。

進(jìn)一步，所述光穩(wěn)定劑為527UV；所述增韌劑為液體聚硫橡膠；所述抗氧劑為抗氧劑168。

光穩(wěn)定劑和增韌劑、抗氧劑均可選用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步，所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2-0.3份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)1-3份的硫酸鈉、0.1-0.4份氯化鈣以及2-3份3wt%濃度的鹽酸。

長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料在注塑時(shí)，由于模具的低溫、PP和長玻纖的流動性、密度差異，長玻纖容易與PP分離，導(dǎo)致成型的產(chǎn)品表面浮纖長玻纖，影響產(chǎn)品外觀的同時(shí)，由于產(chǎn)品表面的長玻纖聚集而硬脆、易碎，而產(chǎn)品內(nèi)部長玻纖濃度低而容易受力變形。因此本發(fā)明特別添加熱塑穩(wěn)定劑，在本發(fā)明長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料注塑時(shí)維持長玻纖、PP混合體系的穩(wěn)定性，防止熔融狀態(tài)下長玻纖與PP分層，確保注塑產(chǎn)品的外觀光滑和具備良好的力學(xué)性能。以上效果有硫酸鈉、氯化鈣和鹽酸協(xié)效產(chǎn)生。

本發(fā)明同時(shí)提供一種制備所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

a.制備相容劑：將羥乙基纖維素、硝酸鉀采用空氣浴加熱至100℃，滴入丙二醇，保溫30min后加入聚乙烯吡咯烷酮 ；

b. 熱塑穩(wěn)定劑的制備：將所述硫酸鈉、氯化鈣和鹽酸混合，加熱至50℃并保持20min；

c. 按設(shè)定重量份將PP、光穩(wěn)定劑、增韌劑、相容劑、抗氧劑、熱塑穩(wěn)定劑加入高速混合器混合均勻后加熱至 80 ～ 90℃后冷卻至 35 ～ 40℃，然后加入設(shè)定重量份的無堿長玻纖，經(jīng)混煉、成型處理制得長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料。

以上相容劑、熱塑穩(wěn)定劑的制備方法，有利于提高相容劑、熱塑穩(wěn)定劑效用的發(fā)揮。本發(fā)明未詳細(xì)說明的技術(shù)特征，均可選用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提供一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，特別設(shè)置一種相容劑，可有效提高長玻纖與PP的相容性。微量的聚乙烯吡咯烷酮 和硝酸鉀存在時(shí)，便可大幅提高長度為6-12mm，直徑為11-20μm的長玻纖與PP材料的相容性，使長玻纖均勻地混合在PP材料中，有效提高所制得的PP復(fù)合材料的力學(xué)性能。本發(fā)明同時(shí)提供一種制備所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料的方法，設(shè)計(jì)相容劑、熱塑穩(wěn)定劑的制備方法，有利于提高相容劑、熱塑穩(wěn)定劑效用的發(fā)揮。

液體聚硫橡膠可與PP反應(yīng)，引入一部分柔性鏈段，降低PP模量，提高了韌性，卻犧牲了耐熱性。液體丁腈橡膠作為PP的增韌劑，室溫固化時(shí)幾乎無增韌效果，粘接強(qiáng)度反而下降；只有中高溫固化體系，增韌與粘接效果較明顯。端羧基液體丁腈橡膠增韌PP，固化前相容，固化后分相，形成“海島結(jié)構(gòu)”，既能吸收沖擊能量，又基本不降低耐熱性。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無堿長玻纖 23份；

PP 88份；

光穩(wěn)定劑 0.3份；

增韌劑 0.7份；

相容劑 5份；

抗氧劑 0.6份；

所述無堿連續(xù)玻纖長度為10mm，直徑為14μm；所述相容劑其原料按重量計(jì)包括羥乙基纖維素2.5份、丙二醇0.2份、聚乙烯吡咯烷酮 0.04份、硝酸鉀5份。

進(jìn)一步的，所述光穩(wěn)定劑為527UV；所述增韌劑為液體聚硫橡膠；所述抗氧劑為抗氧劑168。

進(jìn)一步的，所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)2份的硫酸鈉、0.2份氯化鈣以及3份3wt%濃度的鹽酸。

本實(shí)施例還提供一種制備上述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

a.制備相容劑：將羥乙基纖維素、硝酸鉀采用空氣浴加熱至100℃，滴入丙二醇，保溫30min后加入聚乙烯吡咯烷酮 ；

b. 熱塑穩(wěn)定劑的制備：將所述硫酸鈉、氯化鈣和鹽酸混合，加熱至50℃并保持20min；

c. 按設(shè)定重量份將PP、光穩(wěn)定劑、增韌劑、相容劑、抗氧劑、熱塑穩(wěn)定劑加入高速混合器混合均勻后加熱至 80 ～ 90℃后冷卻至 35 ～ 40℃，然后加入設(shè)定重量份的無堿長玻纖，經(jīng)混煉、成型處理制得長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無堿長玻纖 30份；

PP 60份；

光穩(wěn)定劑 0.5份；

增韌劑 0.5份；

相容劑 6份；

抗氧劑 0.3份；

所述無堿連續(xù)玻纖長度為12mm，直徑為11μm；所述相容劑其原料按重量計(jì)包括羥乙基纖維素3份、丙二醇0.1份、聚乙烯吡咯烷酮 0.07份、硝酸鉀3份。

進(jìn)一步的，所述光穩(wěn)定劑為527UV；所述增韌劑為液體聚硫橡膠；所述抗氧劑為抗氧劑168。

進(jìn)一步的，所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.3份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)1份的硫酸鈉、0.4份氯化鈣以及2份3wt%濃度的鹽酸。

本實(shí)施例采用實(shí)施例1的方法制得。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無堿長玻纖 10份；

PP 90份；

光穩(wěn)定劑 0.1份；

增韌劑 0.9份；

相容劑 2份；

抗氧劑 0.8份；

所述無堿連續(xù)玻纖長度為6mm，直徑為20μm；所述相容劑其原料按重量計(jì)包括羥乙基纖維素2份、丙二醇0.5份、聚乙烯吡咯烷酮 0.01份、硝酸鉀8份。

進(jìn)一步的，所述光穩(wěn)定劑為527UV；所述增韌劑為液體聚硫橡膠；所述抗氧劑為抗氧劑168。

進(jìn)一步的，所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)3份的硫酸鈉、0.1份氯化鈣以及3份3wt%濃度的鹽酸。

本實(shí)施例采用現(xiàn)有技術(shù)的共混法，將各種原料混合后混煉制得。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無堿長玻纖 14份；

PP 80份；

光穩(wěn)定劑 0.4份；

增韌劑 0.6份；

相容劑 5份；

抗氧劑 0.7份；

所述無堿連續(xù)玻纖長度為8mm，直徑為18μm；所述相容劑其原料按重量計(jì)包括羥乙基纖維素3份、丙二醇0.1份、聚乙烯吡咯烷酮 0.07份、硝酸鉀3份。

進(jìn)一步的，所述光穩(wěn)定劑為527UV；所述增韌劑為液體聚硫橡膠；所述抗氧劑為抗氧劑168。

本實(shí)施例采用現(xiàn)有技術(shù)的共混法，將各種原料混合后混煉制得。

對比例1

本對比例提供一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無堿長玻纖 23份；

PP 88份；

光穩(wěn)定劑 0.3份；

增韌劑 0.7份；

相容劑 5份；

抗氧劑 0.6份；

所述無堿連續(xù)玻纖長度為10mm，直徑為14μm；所述相容劑其原料按重量計(jì)包括羥乙基纖維素2.5份、丙二醇0.2份、硝酸鉀5份。

進(jìn)一步的，所述光穩(wěn)定劑為527UV；所述增韌劑為液體聚硫橡膠；所述抗氧劑為抗氧劑168。

進(jìn)一步的，所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)2份的硫酸鈉以及3份3wt%濃度的鹽酸。

對比例2

本實(shí)施例提供一種長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料，其原料按重量計(jì)包括：

無堿長玻纖 23份；

PP 88份；

光穩(wěn)定劑 0.3份；

增韌劑 0.7份；

相容劑 5份；

抗氧劑 0.6份；

所述無堿連續(xù)玻纖長度為10mm，直徑為14μm；所述相容劑其原料按重量計(jì)包括羥乙基纖維素2.5份、丙二醇0.2份、聚乙烯吡咯烷酮 0.04份。

進(jìn)一步的，所述光穩(wěn)定劑為527UV；所述增韌劑為液體聚硫橡膠；所述抗氧劑為抗氧劑168。

進(jìn)一步的，所述長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料還包括按重量計(jì)0.2份的熱塑穩(wěn)定劑；所述熱塑穩(wěn)定劑包括按重量計(jì)0.2份氯化鈣以及3份3wt%濃度的鹽酸。

復(fù)合材料的力學(xué)性能通過測試所得的拉伸強(qiáng)度判斷，材料的抗沖擊性通過兩種方法表征，一種是通過測試材料的缺口沖擊強(qiáng)度和無缺口沖擊強(qiáng)度表征，另一種是通過把材料制成150mm*150mm*3mm的方板，把方板通過支撐物架住，用0.5KG的圓球從不同的高度自由落體撞擊到方板上，觀察方板在多少高度出現(xiàn)裂紋。復(fù)合材料的浮纖情況是通過在表面進(jìn)行拋光處理的模具上把材料制成方板，通過二次原相儀對表面進(jìn)行觀察。

對實(shí)施例1-4和對比例1-2進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、沖擊性能和表面浮纖情況進(jìn)行測定，并參照GB 50611-2010 《電子工程防靜電設(shè)計(jì)規(guī)范》，進(jìn)行防靜電測試，其測試結(jié)果見表1。

表1.

注塑測試。

將長玻纖增強(qiáng)PP復(fù)合材料采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行注塑，成型為30cm×30cm×30cm的方塊，觀察其表面浮纖情況。在方塊的6個(gè)表面切割出30cm×30cm×2cm的表皮，并獲得一切去表皮的小方塊；測試表皮和小方塊的密度差率。密度差率ρ=（ρ表皮-ρ小方塊）×100%。其結(jié)果如表2所示。

表2.

以上為本發(fā)明的其中具體實(shí)現(xiàn)方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些顯而易見的替換形式均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。