玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。该复合材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯50～80重量份，短玻纤增强体10～50重量份，界面相容剂5～10重量份，以及微结构调整助剂0.5～3重量份。本发明专利技术采用了结构、直径有差异的玻纤增强体系搭配，并在高效界面增容及快速的结晶成核辅助作用下，共同构建分布均匀、界面粘结良好的有机-无机两相增强体系，所得的聚丙烯复合材料的翘曲形变较传统材料降低30％～60％，尤其是低含量的玻纤增强体系表现的更加突出，材料刚性指标如弯曲强度、弯曲模量同比提升30％，同时材料收缩率更低，在高低温环境中均具备优异的尺寸稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种低翘曲、高尺寸稳定性、高刚性的玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯PP是一种广泛应用的通用塑料，具有优良的综合性能及成型加工型、相对低廉的价格，加入玻璃纤维GF不仅能有效弥补聚丙烯的性能缺陷，且能进一步降低材料成本，是当前汽车用聚丙烯材料改性的焦点之一。随着当前汽车轻量化、环保化需求的日益突出，高性价比的玻璃纤维增强热塑性复合材料是一种理想的解决方案，具有加工简便、易注塑、纤维分布均匀等特点，适合用于汽车中形状复杂的次承力结构部件。以前端框架为例，性能要求相对较低、产量更大的小型乘用车已逐步采用可注塑成型的玻璃纤维增强热塑性颗粒料，其中杰出范例就是长玻纤增强材料LFT，但由于粒子中所含纤维长，对部件成型时模具的浇口、流道、结构设计要求很高，且加工产量偏低、成本偏高，不利于在汽车上大规模推广，而这些正是短玻纤增强材料SFT的优势所在。然而，短玻纤增强聚丙烯复合材料的自身缺陷也是非常突出，最明显的就是由于其粒子中所含增强纤维的分布长度过短(05～0.8mm)，大大低于长玻纤增强聚丙烯的2～3mm，因而，不仅在纤维增强效果及材料力学性能方面明显更低，且对注塑制件的整体支撑效果也非常有限，制品容易翘曲、变形，尤其是在用于一些低厚度(≤2mm)的大型平坦制件如底护板、发动机舱罩盖、后备箱盖等时尤其突出。因此，传统的解决方法如CN201210281373中所述的浅缩痕、低翘曲玻纤增强聚丙烯材料，采用各向同性的矿物填充体来部分替代一维取向的玻纤增强体，虽然能改善其材料的形变程度，但增强效果相对有效的矿粉的使用，在一定程度上降低了材料的刚性及强度；CN201310465800也采用了类似的解决方案，虽然玻纤粉的增强效果优于矿物体系，但长度的损失使材料的整体力学性能仍处于相对较低的水准；已有的案例表明，各向同性的粉末体系引入能在一定程度上改善纤维增强材料的取向程度，但是以部分降低材料的力学性能为代价，且其改性侧重点单纯依赖纤维增强体系，而忽略了纤维增强复合材料的整体效果，尤其是基体改性的效果，因此，这并不能真正应对当前汽车“以塑代钢”的轻量化趋势对所用高性能玻纤增强聚丙烯产品的核心需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的第一目的在于提供一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份的原料：所述的微结构调整助剂由聚丙烯结晶成核剂和纳米功能母粒组成；其中，聚丙烯结晶成核剂为0.2～1重量份，纳米功能母粒为0.3-2重量份。进一步的，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为2～20g/min。进一步的，所述的短玻璃纤维增强体系选自截面呈圆形短切玻璃纤维、椭圆形短切玻璃纤维、三角形短切玻璃纤维中一种或几种，纤维直径为7～13um，短切长度为3～4.5um。进一步的，所述的界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯PP-MAH，接枝率为1.0％。进一步的，所述的聚丙烯结晶成核剂选自聚丙烯6、有机磷酸盐类成核剂、芳香胺类成核剂、稀土化学物的中一种或几种。进一步的，所述的纳米功能母粒为以聚丙烯PP为载体的400-800nm纳米级分散尺度无机矿物增强粒子，其固体含量为5～20wt％。本专利技术的第二目的在于提供一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)先按如下重量份称取聚丙烯、界面相容剂、微结构调整助剂，混合均匀，得到混合原料，然后称取短玻璃纤维增强体系；所述的微结构调整助剂由聚丙烯结晶成核剂和纳米功能母粒组成；其中，聚丙烯结晶成核剂为0.2～1重量份，纳米功能母粒为0.3-2重量份；(2)将上述混合原料干燥后，置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，将短玻璃纤维增强体系从侧喂料口加入到挤出机中，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：60℃、180℃、200℃、210℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为200转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。通过本专利技术的技术方案制备得到的高性能玻纤增强聚丙烯复合材料，具有极其优异的抗翘曲特性及尺寸稳定性，同时，避免加入粉体对复合材料刚性指标的降低，较好应对了汽车轻量化设计下大型结构制件对原材料的性能指标要求。专利技术的侧重点在于选择的不同形状、直径的短切玻纤增强体复配，在纳米功能母粒的辅助分散作用下，纤维的取向及分散分布状况均有了明显的改善，因此，良好分布的增强体系对聚丙烯基体的支撑效果更好，从而赋予复合材料更好的尺寸稳定性及抗翘曲形变能力。玻纤含量在20％时，复合材料翘曲量同比常规材料降低40％～50％，而随着玻纤含量的进一步提升至50％，复合材料的翘曲变形量趋近于零，且在环境交变条件下也保持了类似的尺寸效果；更重要的是，这种尺寸特性的获得并不是以牺牲复合材料的刚性为代价，相反材料的弯曲性能指标较常规材料有30％～40％的提高幅度，弯曲强度最高可到170MPa，弯曲模量在9500MPa以上，其各项性能指标及加工成型表现已经趋近同等玻纤含量的长玻纤增强聚丙烯复合材料，表明研究所得的高性能短玻纤增强聚丙烯复合材料在前端框架、天窗框架、仪表板骨架、发动机舱罩盖、发动机底部护板等大型结构制件或功能件方面有着良好的应用前景。通过独特的多形状玻纤增强体的选择及复合搭配，辅以界面增容剂、微结构调整剂对复合材料基体、界面的有效调整，使制得改性后的玻纤增强聚丙烯复合材料具备分布尺寸更小、分散程度更高、取向合理增强体系，加上助剂对聚丙烯基体结晶性能的有效调整，其晶体规整性高、结晶速率快，从而保证了材料具备极好的抗翘曲特性及高低温环境中的尺寸稳定性，同时，由于避免使用低增强效果的矿物体系，材料的主要刚性、强度指标如弯曲强度及模量、无缺口冲击强度等不仅没有降低，反而有部分程度的改善，尤其冲击性能的改善尤为明显，材料的各项性能指标能满足各大品牌主机厂的相关材料标准。与现有技术相比，本专利技术的积极效果如下：本专利技术针对传统的短玻纤增强聚丙烯材料因玻纤长度低、分布不均匀，加上聚丙烯结晶速率低，晶体结构不完整而导致易翘曲、易变形，刚性不足的缺陷，采用了结构、直径有差异的玻纤增强体系搭配，并在高效界面增容及快速的结晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：所述的微结构调整助剂由聚丙烯结晶成核剂和纳米功能母粒组成；其中，聚丙烯结晶成核剂为0.2～1重量份，纳米功能母粒为0.3‑2重量份。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
所述的微结构调整助剂由聚丙烯结晶成核剂和纳米功能母粒组成；其中，聚丙烯
结晶成核剂为0.2～1重量份，纳米功能母粒为0.3-2重量份。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述
的聚丙烯为均聚聚丙烯，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为2～20g/min。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述
的短玻璃纤维增强体系选自截面呈圆形短切玻璃纤维、椭圆形短切玻璃纤维、三角形短
切玻璃纤维中一种或几种，纤维直径为7～13um，短切长度为3～4.5um。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述
的界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯PP-MAH，接枝率为1.0％。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述
的聚丙烯结晶成核剂选自聚丙烯6、有机磷酸盐类成核剂、芳香胺类成核剂、稀土化学
物的中一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑云龙，黄志杰，杨仓先，
申请(专利权)人：上海俊尓新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31