一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物及其制备方法。该组合物包括以下重量份数计的组分：热塑性塑料39－75，改性玄武岩纤维24－60，抗氧剂0.3－1，抗紫外线剂0.2－0.8。本发明专利技术制备方法包括：（1）改性玄武岩纤维的制备；（2）将所述组分干混后，经熔融挤出制得所述无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物。与目前市场上常见的玄武岩纤维增强聚合物组合物相比，本发明专利技术中使用的改性玄武岩纤维与聚合物基体间相容性更加优异，增韧效果非常显著。本发明专利技术组合物配方中无需加入相容剂和增韧剂，降低了成本。

Basalt fiber reinforced polymer composite without toughening agent and preparation method thereof

The present invention discloses one kind of basalt fiber reinforced polymer composition without toughening agent and its preparation method. The composition comprises the following components of the weight fraction: thermoplastic 39 -, modified basalt fiber - 24 -, antioxidant - - 1, anti UV agent - - - 0.8 - - 75 - - 0.2. The preparation method comprises the following steps: (1) the preparation of the modified basalt fiber; (2) after mixing the components, the non toughening agent basalt fiber reinforced polymer composition is prepared by melt extrusion. Compared with the common Xuan Wuyan fiber reinforced polymer composition in the current market, the compatibility between the modified fiber and the polymer matrix used in the present invention is more excellent, and the toughening effect is very remarkable. The formula of the composition of the invention does not need to add a compatibilizer and a toughening agent, thereby reducing the cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纤维增强聚合物组合物
，尤其涉及玄武岩纤维增强聚合物组合物及其制备方法。
技术介绍
作为现代社会的重要材料品种，聚合物材料得到了广泛应用。聚合物材料具有质轻，抗化学药品性好，优异的电绝缘性能，优异的消声和减震性能等众多特点。但聚合物材料的明显缺点是力学性能一般，无法满足某些特殊应用场合的需求。目前厂商通常采用玄武岩纤维、玻璃纤维等对聚合物进行增强改性并已取得良好的效果。纤维增强材料的加入使聚合物组合物的刚性、耐热性明显提高。但由于玄武岩纤维与聚合物基体间相容性较差，虽然增强纤维加入能够明显提高组合物的拉伸强度、拉伸模量、热变形温度等，但也会使组合物的韧性降低。所以目前工业界在制备玄武岩纤维增强聚合物组合物时，普遍加入增韧剂和相容剂（中国专利技术专利CN105331074A、CN102964678A、CN103483684A、CN105331073A），但这些助剂加入均会明显提高组合物的生产成本。
技术实现思路
目前社会普遍采用玄武岩纤维增强聚合物材料，虽然可以使聚合物组合物的刚性、耐热性明显提高。但由于玄武岩纤维与聚合物基体间相容性较差，会导致组合物的韧性降低，而不得不加入增韧剂和相容剂。本专利技术的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物，以重量份数计，包括如下组分：热塑性塑料39－75；改性玄武岩纤维24－60；抗氧剂0.3－1；抗紫外线剂0.2－0.8。进一步优化的，所述的热塑性塑料包括但不局限于聚乳酸（PLA）、聚烯烃、聚酯类、聚丙烯酸酯类、聚碳酸酯（PC）、尼龙类、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和聚甲醛（POM）中的一种或两种以上的混合物；所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯，所述聚酯类包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，所述尼龙类包括尼龙6、尼龙66、尼龙1010或尼龙610。进一步优化的，所述的改性玄武岩纤维是由以下工艺制备而得：先用硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂与未经过表面处理的玄武岩纤维进行反应，使玄武岩纤维表面形成反应性基团，然后加入单体与玄武岩纤维表面的反应性基团共聚。更进一步优化的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷低聚物、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物。更进一步优化的，所述铝酸酯偶联剂为异丙基二油酸酰氧基铝酸酯、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯中的一种或两者的混合物。更进一步优化的，所述的改性玄武岩纤维制备时所用的单体包括但不局限于丙烯酸酯类、烯烃类、不饱和酸酐或不饱和环氧化合物；所述丙烯酸酯类包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或乙基丙烯酸甲酯，所述烯烃类包括乙烯、丙烯、1-丁烯、苯乙烯或1-己烯，所述不饱和酸酐包括顺-5-降冰片烯-外型-2,3-二甲酸酐或(2-壬烯-1-基)琥珀酸酐，所述不饱和环氧化合物包括烯丙基缩水甘油醚或环氧大豆油。更进一步优化的，所述未经过表面处理的玄武岩纤维为短切纤维，单纤直径为10-30μm。更进一步优化的，所述硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂与未经过表面处理的玄武岩纤维间的反应在室温进行，反应时间为2~4h。更进一步优化的，所述单体与玄武岩纤维间的共聚反应的反应温度为70-90℃，反应时间为2-5小时。更进一步优化的，所述硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂与未经表面处理的玄武岩纤维间的反应中偶联剂与玄武岩纤维的质量比为2:100-5:100。更进一步优化的，所述单体与玄武岩纤维间的共聚反应中单体与玄武岩纤维的质量比为10:100-20:100。进一步优化的，所述的抗氧剂为2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]和N,N’-1,6-亚己基-二-［3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺］中的一种或两者的混合物。进一步优化的，所述的抗紫外线剂为2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)—5-氯代苯并三唑和双（1，2，2，6，6-五甲基-4–哌啶基）癸二酸酯中的一种或两者的混合物。所述一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物的制备方法，包括如下步骤：按所述重量份数称取原料，将除改性玄武岩纤维外的原料投入到混合器中干混；将混合好的原料投入到同向旋转啮合型双螺杆挤出机的加料斗，所述改性玄武岩纤维通过强制喂料机从机筒中部加入，经熔融挤出，造粒制得所述无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物。进一步优化的，所述干混的时间为3～7min，主轴转速为300~800r/min。进一步优化的，所述双螺杆挤出机的一区温度90-110℃，二区温度150-300℃，三区温度170-290℃，四区温度170-290℃，机头温度为180-290℃，原料在挤出机中停留时间2～4min，压力为9-15MPa。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：（1）本专利中采用特殊工艺对玄武岩纤维进行改性，能明显改善其与聚合物基体间的相容性，增强两相间的结合力，使聚合物组合物的抗冲击性能大幅度提升。（2）本专利技术配方中不用加入增韧剂和相容剂，可以降低成本。附图说明图1为实施例中用到的未经过表面处理的玄武岩纤维的SEM图。具体实施方式为便于对本专利技术进一步理解，现结合具体实施例对本专利技术进行详细描述：实施例所用的未经过表面处理的玄武岩纤维为短切纤维，其SEM图如图1所示，由图1可知，所用未经过表面处理的玄武岩纤维的单纤直径为10-30μm。本实施方式中的玄武岩纤维增强聚合物组合物制备方法包括：a：先用硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂与玄武岩纤维（未经过表面处理）在室温进行反应2~4h，然后加入单体与玄武岩纤维表面的反应性基团共聚，共聚反应温度为70-90℃，反应时间2-5小时，制得改性玄武岩纤维；b：按重量配比称取热塑性塑料及其它原料(玄武岩纤维除外)；c：将称好的原材料投入到SHR系列高速混合器中干混3～7min，主轴转速300～800转/分钟；d：将c中混合好的原料投入到同向旋转啮合型双螺杆挤出机的加料斗，改性玄武岩纤维通过强制喂料机从机筒中部加入，经熔融挤出，造粒。加工工艺如下：双螺杆挤出机的一区温度90-110℃，二区温度150-300℃，三区温度170-290℃，四区温度170-290℃，机头温度为180-290℃，原料在挤出机中停留时间2～4min，压力为9-15MPa。实施例1先用γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷与未经过表面处理玄武岩纤维在室温25℃进行反应2h，γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷与玄武岩纤维的质量比为2:100；然后加入丙烯酸丁酯与纤维表面的反应性基团共聚，丙烯酸丁酯与玄武岩纤维的质量比为10:100，共聚反应温度为90℃，反应时间4小时，制得改性玄武岩纤维，备用；按重量份数称取聚丙烯PP40份，抗氧剂2,2’-硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]1份，抗紫外线剂双（1，2，2，6，6-五甲基-4–哌啶基）癸二酸酯0.2份，在高速混合机SHR300A中混合3分钟，主轴转速300转/分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物，其特征在于以重量份数计，包括如下组分：热塑性塑料      39－75；改性玄武岩纤维  24－60；抗氧剂          0.3－1；抗紫外线剂      0.2－0.8。

【技术特征摘要】
1.一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物，其特征在于以重量份数计，包括如下组分：热塑性塑料39－75；改性玄武岩纤维24－60；抗氧剂0.3－1；抗紫外线剂0.2－0.8。2.根据权利要求1所述的一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物，其特征在于：所述的热塑性塑料包括但不局限于聚乳酸、聚烯烃、聚酯类、聚丙烯酸酯类、聚碳酸酯、尼龙类、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚甲醛中的一种或两种以上的混合物；所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯，所述聚酯类包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，所述尼龙类包括尼龙6、尼龙66、尼龙1010或尼龙610。3.根据权利要求1所述的一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物，其特征在于，所述的改性玄武岩纤维是由以下工艺制备而得：先用硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂与未经过表面处理的玄武岩纤维进行反应，使玄武岩纤维表面形成反应性基团，然后加入单体与玄武岩纤维表面的反应性基团共聚。4.根据权利要求3所述的一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷低聚物、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物；所述铝酸酯偶联剂为异丙基二油酸酰氧基铝酸酯、二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯中的一种或两者的混合物；所述未经过表面处理的玄武岩纤维为短切纤维，单纤直径为10-30μm。5.根据权利要求3所述的一种无增韧剂无相容剂玄武岩纤维增强聚合物组合物，其特征在于：所述单体包括但不局限于丙烯酸酯类、烯烃类、不饱和酸酐或不饱和环氧化合物；所述丙烯酸酯类包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或乙基丙烯酸甲酯，所述烯烃类包括乙烯、丙烯、1-丁烯、苯乙烯或1-己烯，所述不饱和酸酐包括顺-5-降冰片烯-外型-2,3-二甲酸酐或(2-壬烯-1-基)琥珀酸酐，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世杰，齐民华，林博，何富安，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44