本發(fā)明涉及聚丙烯復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種低收縮、低翹曲的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法和在制造汽車尾門板中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，高性能、低成本熱塑性樹脂基復(fù)合材料得到了廣泛應(yīng)用。通過向熱塑性樹脂中添加增強纖維，同時對樹脂進行改性等技術(shù)來制備纖維增強熱塑性樹脂基復(fù)合材料(新型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料等)是新材料發(fā)展的一條行之有效的捷徑。這已成為科技界、產(chǎn)業(yè)界的共識，這也是實現(xiàn)通用塑料工程化、工程塑料功能化、特種工程塑料實用化的最佳技術(shù)路線。傳統(tǒng)的汽車尾門框架采用金屬、玻璃鋼等材料，使用長玻纖增加聚丙烯(lft)材料可減重20～30％以上，是輕量化發(fā)展的重要趨勢，而且lft尾門板與外板(通常是pp材料)更容易貼合。但是中間鏤空的尾門板框架結(jié)構(gòu)，由于聚丙烯本身存在的成型收縮率大、玻璃纖維在聚丙烯基體內(nèi)不規(guī)則取向等問題，使得lft材料注塑成型的尾門板非常容易發(fā)生變形、翹曲現(xiàn)象。公開號為cn103724816a的中國發(fā)明專利申請中公開了一種低收縮、抗菌改性聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，該低收縮、抗菌改性聚丙烯復(fù)合材料原料組成為：聚丙烯80～93.9％，氧化鋅晶須5～15％，相容劑1～3％，抗氧劑0.1～2％，其它助劑0～3％。該發(fā)明利用四針狀氧化鋅晶須的立體四針狀結(jié)構(gòu)，使其在組合物中起到具有完全的各向同性的增強、改性作用，制備得到的改性聚丙烯材料具有收縮率低、尺寸穩(wěn)定性好，可用于制造對產(chǎn)品尺寸要求高的汽車零部件。同時賦予了聚丙烯材料抗菌凈化性能。又如公開號為cn104558843a的中國發(fā)明專利申請中公開了一種低翹曲高模量改性聚丙烯材料及其制備方法，該低翹曲高模量材料的組份按照以下重量配比組成：聚丙烯80～96.8％、晶須3～15％、抗翹曲成核劑0.1～3％、抗氧劑0.1～2％、其他助劑0～2％，該技術(shù)方案通過利用抗翹曲成核劑和晶須使改性聚丙烯材料在保持高剛性的同時，改善了加入晶須帶來的翹曲問題。上述專利申請中均給出了改善聚丙烯材料加工過程中出現(xiàn)的收縮與翹曲問題的解決方案，但由于上述兩個專利申請的配方中均未加入玻璃纖維進行增強，但眾所周知，在聚丙烯體系中引入玻纖后，由于玻纖的取向作用，使得玻纖在沿流動方向和垂直流動方向上玻纖分布差異巨大，使得制件不可避免的出現(xiàn)翹曲。因此，目前對于玻纖增強的改性聚丙烯材料的收縮與翹曲問題，仍未有較好的解決方案。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料，具有低收縮、低翹曲的優(yōu)點，同時具有優(yōu)異的綜合性能，可用于制造汽車尾門板。具體技術(shù)方案如下：一種低收縮、低翹曲的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料，由以下重量百分比的原料組分制成：本發(fā)明中，通過氧化鋅晶須、成核劑和玻璃微珠的復(fù)配使用不僅能使復(fù)合材料達到理想的增強效果，且減小玻璃纖維在聚丙烯基體內(nèi)沿流動方向和垂直流動方向之間玻纖取向的差異程度，顯著降低復(fù)合材料的收縮率和翹曲度。所述聚丙烯可以選自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯，或者兩種聚丙烯的共混物，作為優(yōu)選，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為40～100g/10min，測試標(biāo)準(zhǔn)為：gb/t3682-2000。作為優(yōu)選，選擇的連續(xù)玻璃纖維的牌號為泰山t838t型、歐文斯科寧se4805型、四川威遠(yuǎn)玻纖ew758型中的一種。為有效改善聚丙烯和連續(xù)玻璃纖維的相容性，作為優(yōu)選，所述的相容劑選自聚丙烯-馬來酸酐接枝物(pp-g-mah)、聚丙烯-丙烯酸接枝物(pp-g-aa)、聚丙烯-甲基丙烯酸接枝物(pp-g-maa)中的至少一種；進一步優(yōu)選為聚丙烯-馬來酸酐接枝物。作為優(yōu)選，所述的抗氧劑選自抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑168、抗氧劑3114、抗氧劑412s、抗氧劑dstp、抗氧劑dltp、抗氧劑1330中的至少一種；進一步優(yōu)選1076、168和dstp，1010、168和3114，1076、168和dltp，1010、168和dstp四種復(fù)配抗氧劑。作為優(yōu)選，所述的潤滑劑選自乙撐雙硬脂酰胺、芥酸酰胺、聚乙烯蠟粉、馬來酸接枝聚乙烯蠟中的至少一種。作為優(yōu)選，所述的偶聯(lián)劑選自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh570)中的至少一種；進一步優(yōu)選為kh550。作為優(yōu)選，所述的成核劑選自取代芳基磷酸酯鹽類成核劑，優(yōu)選牌號為tmp-6、tmp-1；β晶型成核劑，優(yōu)選牌號為tmb-5；α晶型成核劑，優(yōu)選牌號為tmb-3中的至少一種；進一步優(yōu)選的成核劑選自β晶型成核劑，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，β晶型成核劑在與氧化鋅晶須和玻璃微珠復(fù)配使用后，制備得到復(fù)合材料在流動方向、垂直方向的收縮率和翹曲度均達到最低。作為優(yōu)選，所述的氧化鋅晶須為四針狀氧化鋅晶須；進一步優(yōu)選，其針狀體長度為10～50μm，針狀體根部長度為0.5～5μm，長徑比為20～50，表觀密度為0.2±0.1g/cm3，真實密度為5.4±0.2g/cm3，耐熱范圍為800～1800℃。作為優(yōu)選，所述的玻璃微珠為空心玻璃微珠；進一步優(yōu)選，所述的空心玻璃微珠，密度為0.2～0.7g/cm3，粒徑分布范圍為5～35μm?；谏鲜鰞?yōu)選的原料品種，進一步優(yōu)選，所述的低收縮、低翹曲的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料，由以下重量百分比的原料組分制成：再優(yōu)選，由以下重量百分比的原料組分制成：上述原料配方制備得到的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料具有低收縮、低翹曲的優(yōu)點，同時具有優(yōu)異的綜合性能。再進一步優(yōu)選，在上述配方基礎(chǔ)上，選擇β晶型成核劑，制備得到的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料在流動方向、垂直方向的收縮率和翹曲度均達到最低。上述的低收縮、低翹曲的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料采用如下的方法制備得到，包括以下步驟：(1)氧化鋅晶須經(jīng)干燥后，與除連續(xù)玻璃纖維外的其它原料混合均勻后得到混合物料；(2)步驟(1)得到的混合物料經(jīng)進料口進入雙螺桿擠出機，加熱熔融后，與經(jīng)浸漬模頭進入的連續(xù)玻璃纖維充分浸漬，再經(jīng)擠出造粒得到所述的低收縮、低翹曲的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料。作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述氧化鋅晶須的干燥條件為：70～90℃干燥3h～5h；所述的混合均勻在高速混合機中進行，轉(zhuǎn)速為500～3000r/min，時間為5～30分鐘。作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述雙螺桿擠出機從第一區(qū)到第八區(qū)的溫度依次設(shè)定為：100～120℃、120～140℃、160～180℃、180～200℃、200～220℃、220～240℃、240～260℃、260～280℃，浸漬模頭的溫度設(shè)定為260～360℃；雙螺桿擠出機的主機轉(zhuǎn)速為300～450轉(zhuǎn)/min。所述連續(xù)玻璃纖維的含量和粒料尺寸通過浸漬模頭的出料孔直徑和單束纖維根數(shù)進行控制，制備得到的低收縮、低翹曲的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料的長度為8～14mm。經(jīng)上述方法制備得到的低收縮、低翹曲的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料特別適合用于制造汽車后尾門框架。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明經(jīng)大量試驗的篩選優(yōu)化后，選用成核劑、玻璃微珠和氧化鋅晶須的復(fù)配，利用成核劑使聚丙烯基體結(jié)晶速度加快，降低基體收縮率，玻璃微珠和氧化鋅晶須引入玻纖增強聚丙烯體系中，改變了玻璃纖維的取向，降低了玻璃纖維在流動方向和垂直流動方向上取向的差異，使得制件收縮率和翹曲度明顯降低。2、本發(fā)明制備的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料不僅具備較好的力學(xué)性能，低翹曲、低收縮的優(yōu)點，同時制件表面外觀良好，具有廣泛的應(yīng)用前景。具體實施方式下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1～4以及對比例1～4低收縮、低翹曲長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料，實施例1～4以及對比例1～4的原料配比分別列于下表1和表2中，除另有說明外，百分比是指重量百分比，氧化鋅晶須采用四針狀氧化鋅晶須，針狀體長度為10～50μm，針狀體根部為0.5～5μm，長徑比為20～50，表觀密度為0.2±0.1g/cm3，真實密度5.4±0.2g/cm3，耐熱800～1800℃；玻璃微珠為空心玻璃微珠，密度為0.2g/cm3～0.7g/cm3，粒徑分布在5～35微米之間。低收縮、低翹曲長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將氧化鋅晶須80℃干燥4h，得到干燥后的氧化鋅晶須；(2)將聚丙烯、相容劑、抗氧劑、潤滑劑、偶聯(lián)劑、玻璃微珠、干燥后的氧化鋅晶須和成核劑混合均勻，混合均勻在高速混合機中進行，轉(zhuǎn)速為2500r/min，時間為15分鐘，得到混合物料；(3)將步驟(2)中的混合物料置入長纖設(shè)備的雙螺桿擠出機進料口進行熔融擠出，將連續(xù)玻璃纖維通過長纖設(shè)備的玻纖架引入浸漬模頭中，進行浸漬包覆，長玻璃纖維經(jīng)浸漬模頭與混合物料融合、充分浸漬，再經(jīng)水冷牽引、切粒，得到粒料長度為8～14mm的低收縮、低翹曲長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料。雙螺桿擠出機加工溫度第一區(qū)到第八區(qū)溫度設(shè)定分別為105～115℃、125～135℃、165～175℃、185～195℃、205～215℃、225～235℃、245～255℃、265～275℃，浸漬模頭溫度為290～330℃。雙螺桿擠出機的主機轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/min。性能評價與實行標(biāo)準(zhǔn)：拉伸性能按照iso527進行，試樣尺寸為170×10×4mm，拉伸速度為5mm/min；彎曲性能按照iso178進行，試樣尺寸為80×10×4mm，彎曲速度為2mm/min，跨距為64mm；簡支梁沖擊沖擊按照iso179進行，試樣尺寸為80×10×4mm；材料的收縮率按照iso294-4進行，試樣尺寸為60×60×2mm；材料的翹曲度按照自定義方法測試，試樣尺寸為210×140×2mm，翹曲度為試樣發(fā)生翹曲變形后，變形弧度曲線最高點與最低點之間的垂直距離，距離越小則材料越平整。表1表2實施例1～4和對比例1～4制備的低收縮、低翹曲長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料注塑成型，測量力學(xué)性能、收縮率和翹曲度，其結(jié)果分別列于下表3和表4中。表3測試項目實施例1實施例2實施例3實施例4拉伸強度mpa131128131130彎曲強度mpa190191195193彎曲模量mpa9056924094589384簡支梁缺口沖擊強度kj/m237373635簡支梁非缺口沖擊強度kj/m265626361流動方向收縮率％0.110.110.100.13垂直流動方向收縮率％0.360.370.320.37翹曲度mm1.51.30.50.9表4測試項目對比例1對比例2對比例3對比例4拉伸強度mpa130126120122彎曲強度mpa191189168167彎曲模量mpa9120899583508635簡支梁缺口沖擊強度kj/m234332928簡支梁非缺口沖擊強度kj/m266615957流動方向收縮率％0.130.150.230.24垂直流動方向收縮率％0.390.400.640.61翹曲度mm2.35.111.613.2從以上實施例和對比例可以看出，與傳統(tǒng)長玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料相比(對比例3～4)，本發(fā)明通過將氧化鋅晶須、成核劑、玻璃微珠復(fù)配使用，制備得到的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料(實施例1～4)具有更高的機械性能，同時具備低收縮、低翹曲等優(yōu)異性能。與未加入氧化鋅晶須的對比例2相比，本發(fā)明通過將氧化鋅晶須與成核劑、玻璃微珠復(fù)配使用后，制備得到的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料(實施例1～4)的機械性能更加優(yōu)異，同時收縮率與翹曲度得到了顯著降低。與未加入玻璃微珠的對比例1相比，本發(fā)明通過將玻璃微珠與氧化鋅晶須和成核劑復(fù)配使用，制備得到的長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料(實施例1～4)的收縮率與翹曲度得以進一步降低。上述的對實施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12