一種耐寒玻纖增強聚丙烯及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚丙烯及其制備方法，特別是一種耐寒玻纖增強聚丙烯及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯PP是五大通用塑料之一，具有密度小、易加工、耐化學腐蝕、電絕緣性好等 優(yōu)良特性，適于制作一般機械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件，常見的酸、堿等有機溶劑對它 幾乎不起作用，可用于食具。然而PP也有成型收縮率大、對缺葉分敏感、低溫易開裂抗沖 擊性能差等缺點，限制了其使用范圍。
[0003] 聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。按甲基排列位置分為等規(guī)聚丙 烯、無規(guī)聚丙烯和間規(guī)聚丙烯三種。甲基排列在分子主鏈的同一側(cè)稱等規(guī)聚丙烯，若甲基無 秩序的排列在分子主鏈的兩側(cè)稱無規(guī)聚丙烯，當甲基交替排列在分子主鏈的兩側(cè)稱間規(guī)聚 丙烯。一般工業(yè)生產(chǎn)的聚丙烯樹脂中，等規(guī)結(jié)構(gòu)含量約為95 %，其余為無規(guī)或間規(guī)聚丙烯。 工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)物為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內(nèi)。通常為半透 明無色固體，無臭無毒。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化，故熔點可高達167°C。耐熱、耐腐蝕， 制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點。密度小，是最輕的通用塑料。缺點是耐低溫沖擊性差，較 易老化，但可分別通過改性予以克服。
[0004] 共聚物型的PP材料有較低的熱變形溫度（l〇〇°C)、低透明度、低光澤度、低剛性， 但是有更強的抗沖擊強度，PP的沖擊強度隨著乙烯含量的增加而增大。由于結(jié)晶度較高， 這種材料的表面剛度和抗劃痕特性比較好。
[0005]PP的熔體質(zhì)量流動速率（MFR)通常在1~100。低MFR的PP材料抗沖擊特性較 好但延展強度較低。對于相同MFR的材料，共聚型的抗沖強度比均聚型的要高。
[0006] 聚丙烯的結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學性能。聚丙烯力學性能的絕對 值高于聚乙烯，但在塑料材料中仍屬于偏低的品種，其拉伸強度僅可達到30MPa或稍高的 水平。等規(guī)指數(shù)較大的聚丙烯具有較高的拉伸強度，但隨等規(guī)指數(shù)的提高，材料的沖擊強度 有所下降，但下降至某一數(shù)值后不再變化。
[0007] 溫度和加載速率對聚丙烯的韌性影響很大。當溫度高于玻璃化溫度時，沖擊破壞 呈韌性斷裂，低于玻璃化溫度呈脆性斷裂，且沖擊強度值大幅度下降。提高加載速率，可使 韌性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的溫度上升。
[0008] 但在室溫和低溫下，由于本身的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整度高，所以抗沖擊強度較差。盡管它 具有良好的介電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響，但低溫時變脆，不耐磨、易老化。
[0009] 為了擴大材料的應(yīng)用范圍，尤其是獲得更高拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能等機械 性能的聚丙烯材料，通常會對材料作出一些改性措施，其中共混改性是一種簡單而有效的 改性方法，可以改進聚合物的耐低溫沖擊性、透明度、著色性、抗靜電性等，具有操作簡單、 生產(chǎn)周期短、適合批量生產(chǎn)等優(yōu)點。一般會在聚丙烯材料中添加玻璃纖維等增強材料，玻 璃纖維增強聚丙烯作為一種通用熱塑性增強復合材料，因具有彈性模量高、強度高、尺寸穩(wěn) 定、熱變形溫度高、電性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)勢而備受人們關(guān)注，但是玻璃纖維與PP由于 自身極性的差異，導致二者界面結(jié)合力較差，性能達不到使用要求。一般的玻纖增強聚丙烯 材料在沖擊強度上表現(xiàn)出很大缺陷，尤其是低溫條件下的沖擊強度等力學性能還有待進一 步提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出了一種重量輕，韌性好，抗壓 強，易于成型，便于安裝的耐寒玻纖增強聚丙烯及其制備方法。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種耐寒玻纖增強聚丙烯，包括以下質(zhì)量百分比的成分： 59~73. 1 %的共聚PP，6~12 %的馬來酸酐接枝P0E，2~5 %的相容劑，18~22 %的玻纖， 0. 4~1. 0%的抗氧劑，0. 5~1. 0%的耐寒劑。
[0012] 本發(fā)明耐寒玻纖增強聚丙烯是以共聚PP為基體，加入馬來酸酐接枝P0E，相容劑， 玻纖，使材料的各項力學性能都得到明顯的提高，另外添加了抗氧劑1010,抗氧劑1076以 及耐寒劑，并限定了各組分的質(zhì)量含量，使得材料的組成更加合理、性能更加完善。制得的 聚丙烯材料重量輕、易于成型、韌性好、耐寒性好、承壓能力強，有著優(yōu)良的綜合性能。
[0013] 所述共聚PP為丙烯與乙烯的嵌段共聚物，分子量在2000~5000之間，其中乙烯 含量為5-15%。
[0014] 馬來酸酐接枝P0E其中的P0E為一種彈性體，其熱穩(wěn)定性和剪切稀化性都比較好， 有利于高速擠塑，且脆化溫度低于_76°C，在低溫下仍有較好的韌性和延伸性。由于P0E為 顆粒狀，具有較小的內(nèi)聚能、較高的剪切敏感性，其表觀切變黏度對溫度的依賴與PP接近， 所以在PP中的相容性和分散性特別好，在PP基體內(nèi)容易得到較小的分散相粒徑和較窄的 粒徑分布，因而對PP有很好的增韌效果。當在體系中加入馬來酸酐接枝P0E后，其各項性 能都比普通PP有所提高。
[0015] 馬來酸酐接枝P0E含量應(yīng)高于6%，而不超過12%，原因是在PP中加入馬來酸酐 接枝P0E后，體系的拉伸強度變化趨勢是先增大后降低，它可以改善玻璃纖維在PP中的分 散性以及玻璃纖維與PP的接觸表面，使得玻璃纖維與PP基體的結(jié)合效果更好，從而使拉伸 強度得到提高。當其含量為6%時，體系的拉伸強度有了明顯的提高，當達到10%的時候體 系拉伸強度最大，而超過12%的時候，體系的綜合加工性能下降比較明顯。
[0016] 所述相容劑為乙烯丙烯酸甲酯共聚物或甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或兩種 混合物。
[0017] 所述玻纖為無堿玻纖，加入無堿玻纖對PP共混體系的拉伸強度和彎曲強度有顯 著的提高。
[0018] 所述無堿玻纖長度為1. 5-3. 0mm，直徑為9-14ym。
[0019] 所述玻纖為經(jīng)過偶聯(lián)劑預(yù)處理的。由于PP本身與玻纖的黏結(jié)性能比較差，當PP 受到拉伸發(fā)生斷裂時，傳遞到玻纖上的應(yīng)力很少，玻纖不能很好地起到增強的作用，而經(jīng)過 偶聯(lián)劑處理以后，硅烷水解生成含有活性羥基的化合物，活性羥基能與玻纖進行縮合反應(yīng)， 然后脫水并牢固結(jié)合，分子中與聚合物有反應(yīng)性或親和性的基團側(cè)與聚合物分子反應(yīng)或被 吸附，使無機物和聚合物牢固結(jié)合，所以偶聯(lián)劑處理過的玻纖能使其力學性能大幅提高。
[0020] 玻纖表面用偶聯(lián)劑預(yù)處理的方法為：將玻璃纖維在400-500°C下加熱lh，以除去 附著于其表面的成束助劑，將處理后的玻纖裝袋，備用；將偶聯(lián)劑和水混合配成質(zhì)量分數(shù)為 2.0%的處理液，在三口瓶中加入玻纖和處理液（其質(zhì)量比為玻纖：處理液=1 :10)，通入 氮氣保護，開啟攪拌槳，速度為200rpm，升溫至70°C，達到70°C后保持2h，濾掉處理液，取出 玻纖；用無水乙醇反復洗滌玻纖3次，將玻纖放入恒溫烘箱中烘干。
[0021] 處理后，偶聯(lián)劑通過共價鍵作用在玻璃纖維表面形成一層過渡層，過渡層能傳遞 應(yīng)力，從而提尚了玻纖與PP基體之間的粘合度，又提尚了材料的機械性能，使材料能夠承 受更高強度的應(yīng)力沖擊，同時還可以防止其它介質(zhì)向界面滲透，改善了界面狀態(tài)，有利于材 料的耐老化、耐應(yīng)力及電絕緣性能。
[0022] 所述偶聯(lián)劑為KH550,KH108,KH560,KH570或Si602中的一種或幾種混合物。
[0023] 所述耐寒劑為普通市售耐寒劑，主要用于提高PP制品的韌性和耐寒性。
[0024] -種耐寒玻纖增強聚丙烯的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
[0025]1)將原料共聚PP、馬來酸酐接枝P0E、相容劑、抗氧劑和耐寒劑加入到轉(zhuǎn)速為 500rpm的高速混料機中，混合4min致均勾，出料，得到混合物；
[0026] 2)將混合物投入到雙螺桿擠出機料斗，從側(cè)喂料加入玻纖；
[0027] 3)設(shè)定雙螺桿擠出機主機轉(zhuǎn)速30-40HZ，主喂料15-25HZ，側(cè)喂料5-10HZ，均化段 溫度為230-245°C，擠出造粒。
[0028] 其中擠出機的輸送段溫度可以是215-220°C，壓縮段溫度可以是225-245°C，塑化 段溫度可以是220-230°C，排氣段溫度可以是225-235°C。
[0029] 上述參數(shù)中，轉(zhuǎn)速單位HZ與rpm進行單位換算滿足以下條件：RPM= 120*F/P，F(xiàn) 指HZ數(shù)，P指三相電機的極數(shù)。
[0030] 將成品混合均勻取樣，用注塑機制樣。最后對材料進行性能測試，其中拉伸強度 和斷裂伸長率按照IS527測試，缺口沖擊強度按照IS0179/leA測試，無缺口沖擊強度按照 IS0179/leU測試，彎曲強度和彎曲模量按照IS0178測試，低溫測試在-40°C的低溫耐候箱 中進行。
[0031] 本發(fā)明的有益效果：
[0032] 該款高耐寒玻纖增強聚丙烯，是專用于化工管道