一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其lft-d成型工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其LFT-D成型工藝，該聚丙烯復(fù)合材料由聚丙烯組合物與有機(jī)纖維復(fù)合組成，所述聚丙烯組合物由以下組份按重量份制備而成：聚丙烯80-100份、相容劑0.1-3份、抗氧劑0.1-0.5份、其他助劑0-20份；該有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的LFT-D成型工藝為：將聚丙烯復(fù)合材料經(jīng)一階螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后與有機(jī)纖維一起經(jīng)二階螺桿擠出機(jī)再次熔融塑化后切塊，最后將塊狀熔體放入模具中模壓成制品；該有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯的LFT-D生產(chǎn)工藝成型周期短，成型制品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，強(qiáng)度高，韌性好。
【專利說明】
一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其LFT-D成型工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料和機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù) 合材料及其LFT-D成型工藝。
[0002] 技術(shù)背景
[0003] 長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(簡稱LFT)屬熱塑性復(fù)合材料的一種，也是當(dāng)前國外熱塑 性復(fù)合材料的開發(fā)熱點(diǎn)。該材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、環(huán)保可回收等特點(diǎn)，在汽車、建筑、船舶、航 天等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。LFT-D生產(chǎn)線是長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料在線復(fù)合成型生產(chǎn)線，是將 纖維與熱塑性樹脂在線復(fù)合直接模塑成不同產(chǎn)品，該生產(chǎn)線主要由三部分組成，分別為擠 出、搬運(yùn)（機(jī)器手）、成型（壓機(jī)）。其中擠出部分主要是進(jìn)行樹脂的塑化、配混，樹脂與纖 維復(fù)合，并輸出復(fù)合材料塊；壓機(jī)本體則采用整體框架式結(jié)構(gòu)，前后主框架各采用一整塊鋼 板通過線切割而成，結(jié)構(gòu)剛性好、精度高，壓機(jī)前后帶有安全保護(hù)光柵及激光掃描器等安全 保護(hù)裝置。
[0004] LFT-D成型技術(shù)是繼GMT和LFT-G之后又一種新的長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料工 藝技術(shù)，它區(qū)別于GMT和LFT-G的關(guān)鍵因素是半成品步驟被省去，在材料的選擇上更加靈 活，是近年來汽車復(fù)合材料行業(yè)中最受關(guān)注和市場成長最快的一種嶄新的成型工藝技術(shù)。 在LFT-D技術(shù)中，不僅纖維的含量和纖維的長度可以直接調(diào)節(jié)到最終部件的要求，其基體 聚合物也可以直接調(diào)節(jié)到最終部件的要求。通過使用不同的添加劑可以改變和影響制品的 機(jī)械和特殊應(yīng)用特性，如熱穩(wěn)定性、著色性、紫外穩(wěn)定性和纖維與基體的粘結(jié)特性等。
[0005] 由于聚丙烯（PP)材料的密度小、耐熱優(yōu)異、抗彎曲疲勞性好且價格低，因此，高流 動PP成為LFT-D首選的基料。有機(jī)纖維是采用高分子材料經(jīng)過熔融紡絲工藝生產(chǎn)的具有 強(qiáng)度高、種類多的一類制品。利用這些性能優(yōu)異的有機(jī)纖維與其他高分子材料進(jìn)行有效復(fù) 合，制備綜合性能優(yōu)異復(fù)合材料一直是材料和機(jī)械領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本專利公開的利用有 機(jī)纖維，采用LFT-D成型工藝與聚丙烯有效復(fù)合，不僅提供新穎的復(fù)合材料，同時可以解決 當(dāng)前LFT-D成型制品中的諸多缺陷，如浮纖、材料單一、玻纖分散不均等。
[0006] 中國發(fā)明專利CN101935420 A公布了一種LFT-D材料的汽車底部導(dǎo)流板及其制 造方法，其對于聚合物及其相關(guān)助劑材料，均是采用在線批混后與玻璃纖維進(jìn)行模壓成型， 這些助劑在基料中分散不均，模壓出來的產(chǎn)品穩(wěn)定性較差，產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定，表面會有明顯 浮纖。
[0007] 中國發(fā)明專利CN103554656 A公布了一種用于LFT-D技術(shù)制備汽車底護(hù)板的聚 丙烯復(fù)合材料。本專利公開了一種用于生產(chǎn)汽車底護(hù)板的聚丙烯材料，采用玻璃纖維增強(qiáng) 聚丙烯，但產(chǎn)品表面浮纖嚴(yán)重，且產(chǎn)品密度大，不利于汽車輕量化的推進(jìn)。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及 其LFT-D成型工藝。
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的： 一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其LFT-D成型工藝，該聚丙烯復(fù)合材料由 60wt%-90wt%的聚丙稀組合物與10wt%-40wt%的有機(jī)纖維復(fù)合組成，所述聚丙稀組合物由 以下組份按重量份制備而成：聚丙烯80-100份、相容劑0. 1-3份、抗氧劑0. 1-0. 5份、其他 助劑0-20份； 所述的聚丙烯為在230°C /2. 16Kg條件下的熔融指數(shù)30-100g/10min，在拉伸速度為 50mm/min情況下拉伸強(qiáng)度大于25MPa、彎曲模量大于lOOOMPa。
[0011] 所述的相容劑為聚丙烯接枝馬來酸酐（PP-g-MAH)或聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水 甘油酯（PP-g-GMA)。
[0012] 所述抗氧劑為四（β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸）季戊四醇酯(抗氧 劑1010)、三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯(抗氧劑168)、硫代二丙酸雙十八醇酯(抗氧劑 DSTDP)中的至少一種。
[0013] 所述其他助劑包括潤滑劑、阻燃劑、光穩(wěn)劑、增韌劑、色母粒中的至少一種。
[0014] 所述有機(jī)纖維為尼龍纖維（ΡΑ6和ΡΑ66 )、聚酯纖維（PET)、聚丙纖維（ΡΡ)中的至少 一種。
[0015] 所述的有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的LFT-D成型工藝，其是先將聚丙烯組合物 經(jīng)一階螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后與有機(jī)纖維一起經(jīng)二階螺桿擠出機(jī)再次熔融塑化后切 塊，最后將塊狀熔體放入模具中模壓成制品； 所述一階螺桿擠出機(jī)和二階螺桿擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、多螺桿擠出 機(jī)中的一種。
[0016] 所述一階螺桿擠出和二階螺桿擠出的擠出溫度范圍為180-220°C。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明采用聚丙烯組合物和有機(jī)纖維利用LFT-D成型工藝，可以制備各種大幅面， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品；不僅解決了現(xiàn)行LFT-D制品表面浮纖問題，而且大幅提高制品的沖擊強(qiáng) 度，實(shí)現(xiàn)了制品的剛韌平衡。
[0018] 2、本發(fā)明公開的有機(jī)纖維和聚丙烯在LFT-D成型工藝中的應(yīng)用，提供了一種新的 制備復(fù)合材料制件的方法；這解決了有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯在傳統(tǒng)的擠出和注塑工藝難以實(shí) 現(xiàn)和性能不穩(wěn)定的難題。
[0019]
【具體實(shí)施方式】： 下面給出實(shí)施例以對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于 對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 根據(jù)該實(shí)施例對本發(fā)明所做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)或調(diào)整仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020] 一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其LFT-D成型工藝，包括按照重量比制備聚 丙烯復(fù)合組合物，然后將該組合物和有機(jī)纖維在LFT-D設(shè)備上成型；具體成型步驟為：將聚 丙烯組合物經(jīng)一階螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后與有機(jī)纖維一起經(jīng)二階螺桿擠出機(jī)再次熔融 塑化后切塊，最后將塊狀熔體放入模具中模壓成制品。
[0021] 本發(fā)明選用聚丙烯為在230°C/2. 16Kg條件下的熔融指數(shù)30-100g/10min，在拉伸 速度為50mm/min情況下拉伸強(qiáng)度大于25MPa、彎曲模量大于lOOOMPa。
[0022] 本發(fā)明LFT-D-階熔融塑化采用雙螺桿擠出機(jī)，擠出溫度從下料口到?？诘?溫度為180_230°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速為40-120rpm ;二階熔融塑化采用雙螺桿擠出機(jī)，塑化的聚 丙烯復(fù)合材料和有機(jī)纖維質(zhì)量比為60/40到90/10,擠出溫度從下料口到模口的溫度為 180-230 °C，主機(jī)轉(zhuǎn)速 30-90rpm。
[0023] 實(shí)施例1 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯BX3900 (韓國SK) 80份、相容劑PP-g-MAH 3份、抗 氧劑1010為〇. 05份、抗氧劑168為0. 05份、黑母粒PE2772為5份、阻燃劑十溴二苯乙烷 為10份，阻燃劑三氧化二銻為5份，將上述材料加入高速混合機(jī)中混合均勻，然后將混合均 勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷后切粒，制備成聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng)過一階雙螺桿 擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和切段有機(jī)碳纖維以60/40的質(zhì)量比由下料口進(jìn)入二階螺桿 熔融塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī)械手放入模具中模壓成建筑模板。
[0024] 實(shí)施例2 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯S2040(上海賽科）85份、相容劑PP-g-MAH 0. 1 份、抗氧劑1010為〇. 1份、抗氧劑168為0. 1份、抗氧劑DSTDP為0. 3,潤滑劑EBS(乙撐雙 硬脂酰胺）〇. 2份、光穩(wěn)定劑V703 (美國氰特)為0. 2份、增韌劑Ρ0Ε為10份、紅色母粒為3 份，將上述材料加入高速混合機(jī)中混合均勻，然后將混合均勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷 后切粒，制備成聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng)過一階雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和 切段PA6纖維以70/30的質(zhì)量比由下料口進(jìn)入二階螺桿熔融塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī) 械手放入模具中模壓成建筑模板。
[0025] 實(shí)施例3 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯HI828 (韓國三星）90份、相容劑PP-g-GMA 1份、 抗氧劑1010為〇. 1份、抗氧劑168為0. 1份、抗氧劑DSTDP為0. 2份，白油36#為0. 2份、 光穩(wěn)定劑V680 (美國氰特）為0. 2份、阻燃劑P602為10份、紅色母粒為3份，將上述材料 加入高速混合機(jī)中混合均勻，然后將混合均勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷后切粒，制備成 聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng)過一階雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和切段PA66纖維 以70/30的質(zhì)量比由下料口進(jìn)入二階螺桿熔融塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī)械手放入模具 中模壓成電池底座。
[0026] 實(shí)施例4 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯BX3920 (SK) 90份、相容劑PP-g-GMA 2份、抗氧劑 1010為0. 1份、抗氧劑168為0. 1份、抗氧劑DSTDP為0. 2,白油36#為0. 3份、光穩(wěn)定劑 V680 (美國氰特）為0. 2份、增韌劑EPDM為8份，將上述材料加入高速混合機(jī)中混合均勻， 然后將混合均勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷后切粒，制備成聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng) 過一階雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和切段PET纖維以80/20的質(zhì)量比由下料口進(jìn) 入二階螺桿熔融塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī)械手放入模具中模壓成摩托艇底板。
[0027] 實(shí)施例5 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯EA5075 (巴塞爾）95份、相容劑PP-g-MAH 2份、抗 氧劑1010為〇. 1份、抗氧劑DSTDP為0. 2份，白油36#為0. 3份、光穩(wěn)定劑V680 (美國氰 特）為0. 2份、增韌劑EPDM為3份，將上述材料加入高速混合機(jī)中混合均勾，然后將混合均 勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷后切粒，制備成聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng)過一階雙螺桿 擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和切段PP纖維以80/20的質(zhì)量比由下料口進(jìn)入二階螺桿熔融 塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī)械手放入模具中模壓成汽車底護(hù)板。
[0028] 實(shí)施例6 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯K1860(燕山石化）100份、相容劑PP-g-MAH 2份、 抗氧劑1010為〇. 1份、抗氧劑DSTDP為0. 2份，將上述材料加入高速混合機(jī)中混合均勻，然 后將混合均勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷后切粒，制備成聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng)過 一階雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和切段碳纖維以75/25的質(zhì)量比由下料口進(jìn)入二 階螺桿熔融塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī)械手放入模具中模壓成汽車底護(hù)板。
[0029] 實(shí)施例7 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯EA5076 (巴塞爾）90份、相容劑PP-g-MAH 3份、 抗氧劑1010為〇. 1份、抗氧劑DSTDP為0. 2份，將上述材料加入高速混合機(jī)中混合均勻，然 后將混合均勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷后切粒，制備成聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng)過 一階雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和切段碳纖維以75/25的質(zhì)量比由下料口進(jìn)入二 階螺桿熔融塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī)械手放入模具中模壓成汽車底護(hù)板。
[0030] 實(shí)施例8 按重量配比分別稱取干燥的聚丙烯K7760H(燕山石化）80份、相容劑PP-g-MAH 3份、 抗氧劑1010為〇. 1份、抗氧劑DSTDP為0. 2份，阻燃劑十溴二苯乙烷12份、三氧化二銻為5 份，將上述材料加入高速混合機(jī)中混合均勻，然后將混合均勻的混合加入擠出機(jī)中，經(jīng)水冷 后切粒，制備成聚丙烯組合物。將該組合物經(jīng)過一階雙螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后塑化塊和 切段PET纖維以75/25的質(zhì)量比由下料口進(jìn)入二階螺桿熔融塑化，最后將塑化塊切塊由機(jī) 械手放入模具中模壓成汽車底護(hù)板。
[0031] 將上述實(shí)施例1-8中的樣品，截取制件無加強(qiáng)筋平整的部位，按照統(tǒng)一工藝加工 成國標(biāo)樣條，按照表1中所列的測試標(biāo)準(zhǔn)和條件對其分別進(jìn)行機(jī)械性能測試，測試數(shù)據(jù)如 下表2所示。
[0032] 表1 :復(fù)合材料的性能測試標(biāo)準(zhǔn)和條件
表2 :實(shí)施例1~8中各復(fù)合材料的性能測試結(jié)果
本發(fā)明公開采用LFT-D成型工藝制備的有機(jī)纖維和聚丙烯復(fù)合材料不僅制件表面光 滑平整，無浮纖和冷料斑等外觀不良，從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，機(jī)械性能優(yōu)異，具有很高 的機(jī)械強(qiáng)度，成為替代結(jié)構(gòu)件材料的方向；同時制件的沖擊強(qiáng)度很高，這有效解決了現(xiàn)在 LFT-D產(chǎn)品中采用連續(xù)玻纖增強(qiáng)材料的沖擊低，韌性不足的問題。
[0033] 對于實(shí)施例公開的不同體系，可以選擇多種有機(jī)纖維，不僅解決了有機(jī)纖維增強(qiáng) 聚丙烯成型工藝?yán)щy，性能不穩(wěn)定的難題，同時大大擴(kuò)展了選材方案，可以根據(jù)不同制件對 材料強(qiáng)度和韌性的要求，選擇不同的有機(jī)纖維進(jìn)行增強(qiáng)，從而滿足不同制品的要求，有效擴(kuò) 展了 LFT-D成型工藝的應(yīng)用范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：該聚丙烯復(fù)合材料由 60wt%-90wt%的聚丙稀組合物與10wt%-40wt%的有機(jī)纖維復(fù)合組成，所述聚丙稀組合物由 以下組份按重量份制備而成：聚丙烯80-100份、相容劑0. 1-3份、抗氧劑0. 1-0. 5份、其他 助劑0-20份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述的聚丙烯在 230°C /2. 16Kg 條件下的熔融指數(shù) 30-100g/10min。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述的相容劑為聚丙烯接枝 馬來酸酐或聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述抗氧劑為四（β _(3， 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸）季戊四醇酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯、硫代 二丙酸雙十八醇酯中的至少一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述其他助劑包括潤滑劑、阻 燃劑、光穩(wěn)劑、增韌劑、色母粒中的至少一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的LFT-D成型工藝，其特征在 于：所述有機(jī)纖維為尼龍纖維、聚酯纖維、聚丙纖維、碳纖維中的至少一種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的LFT-D成型工藝， 其特征在于：先將聚丙烯組合物經(jīng)一階螺桿擠出機(jī)熔融塑化，然后與有機(jī)纖維一起經(jīng)二階 螺桿擠出機(jī)再次熔融塑化后切塊，最后將塊狀熔體放入模具中模壓成制品；所述一階螺桿 擠出機(jī)和二階螺桿擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、多螺桿擠出機(jī)中的一種。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的LFT-D成型工藝，其特征在 于：所述一階螺桿擠出和二階螺桿擠出的擠出溫度范圍為180-230°C。
【文檔編號】C08L77/06GK106009246SQ201510152189
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年4月1日
【發(fā)明人】楊桂生, 徐芹, 汪海
【申請人】合肥杰事杰新材料股份有限公司