一种纤维增强的聚丙烯材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子复合材料的改性技术领域，具体涉及一种纤维增强的聚丙烯材料及其制备方法。该聚丙烯材料以高结晶均聚聚丙烯作为基本组分，添加聚酮树脂来提高材料耐磨性和机械性能，添加短切碳纤维和铝纤维组成的复配纤维，并辅助添加石墨烯来提高材料的机械强度和导热导电性，添加相容剂来提高原料之间的粘结力，提高材料力学性能，采用抗氧剂来提高材料的耐老化性能，采用润滑剂来降低材料加工时产生的摩擦。该材料具有高强度高模量、导电导热、高耐温、优异的尺寸稳定性等特点，完全可满足严苛环境下汽车、机械、化工换热部件对材料的功能性需求。

A Fiber Reinforced Polypropylene Material and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of modification of polymer composite materials, in particular to a fiber reinforced polypropylene material and a preparation method thereof. The polypropylene material takes high crystalline homopolymer polypropylene as its basic component, adds polyketone resin to improve the wear resistance and mechanical properties of the material, adds composite fibers composed of short carbon fibers and aluminium fibers, and adds graphene to improve the mechanical strength and thermal conductivity of the material, adds compatibilizer to improve the cohesion between the materials, improves the mechanical properties of the material, and adopts oxygen resistance. Additives are used to improve the ageing resistance of materials, and lubricants are used to reduce friction during material processing. The material has the characteristics of high strength, high modulus, conductive heat, high temperature resistance and excellent dimensional stability. It can fully meet the functional requirements of heat exchanger components of automobiles, machinery and chemical industry in harsh environment.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强的聚丙烯材料及其制备方法
本专利技术属于高分子复合材料的改性
，具体涉及一种纤维增强的聚丙烯材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性树脂,具有性价比高、加工方便等诸多优点，目前在汽车、家电等领域都有广泛应用，但是作为工程塑料使用，其在强度、刚性、导电、导热等方面存在不足，都需要根据其应用环境做进一步改进。碳纤维具有比重小、比强度和比模量高、耐腐蚀等特点，是先进复合材料最重要的增强体。碳纤维增强复合材料具有强度高、重量轻、耐高温、高耐热等优点，研究制备高性能碳纤维增强聚丙烯复合材料，以期满足汽车领域对材料轻量化的要求具有十分重要的经济价值和社会意义。另外，聚丙烯的导热性能比较差，热导率只要0.19W/(m·k)，当应用于化工热交换器、电子散热设备时，必须提高其导热性能以满足这些对导热性有较高要求的领域。因此，研究高强度高导热聚丙烯复合材料以满足汽车、机械、化工、电子等领域对功能性复合材料的需求具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种纤维增强的聚丙烯材料，该材料具有高强度高刚性、优异的导电性能、导热性能、耐温性能和尺寸稳定性等特点。本专利技术的另一目的在于提供上述纤维增强的聚丙烯材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种纤维增强的聚丙烯材料，包含以下原料：高结晶均聚聚丙烯、聚酮、短切碳纤维、铝纤维、石墨烯、相容剂、抗氧剂和润滑剂。更优选的，所述的纤维增强的聚丙烯材料由以下按质量百分比计的原料组成：上述原料质量分数总计为100％。优选的，所述的高结晶均聚聚丙烯为粒状，在230℃和2.16KG条件下的熔体质量流动速率为20～60g/10min。优选的，所述的聚酮为颗粒状，在240℃和2.16KG条件下的熔体质量流动速率为100～300g/10min。更优选的，所述的聚酮为购自韩国晓星株式会社的M230A。优选的，所述的短切碳纤维的长度为2～5mm，纤维直径为6～20um。更优选的，所述的短切碳纤维为购自日本东丽公司的短切碳纤维PX35CA0250-65或韩国Amoscomposites公司的CO70CP006-PEY。优选的，所述的铝纤维的长度为2～4mm，纤维直径为20～90um。更优选的，所述的铝纤维为购自新余市金通实业有限公司的铝纤维。优选的，所述的石墨烯为片状，微片直径为2～4mm，堆积密度为0.31～0.39g/ml。更优选的，所述的石墨烯为购自厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司的KNG-T181-2。优选的，所述的相容剂为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐EPDM-g-MAH，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐SBS-g-MAH，聚烯烃热塑性弹性体接枝马来酸酐TPO-g-MAH，乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐POE-g-MAH和聚丙烯接枝马来酸酐PP-g-MAH中的一种或两种以上。优选的，所述的抗氧剂为四[甲基-β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸(抗氧剂3114)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(抗氧剂330)、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮(抗氧剂1790)、亚磷酸三(壬基苯酯)(抗氧剂TNPP)、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)和双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂626)中的一种或两种以上。优选的，所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、白油和乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上。本专利技术进一步提供上述纤维增强的聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：将高结晶均聚聚丙烯、聚酮、石墨烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀，得到混合物料；将混合物料与短切碳纤维和铝纤维的混合纤维熔融挤出，冷却，干燥，即得到所述的纤维增强的聚丙烯材料。优选的，所述的混合均匀的方法为在2000～3000rpm的转速下搅拌2～8分钟。优选的，所述的熔融挤出采用长径比为48:1的平行双螺杆挤出机进行。更优选的，所述的熔融挤出时，将混合物料和混合纤维分别从平行双螺杆挤出机的主喂料料斗和侧喂料料斗进行添加。进一步优选的，所述的熔融挤出的螺杆转速为400～800r/min，主料斗进料螺杆的频率为15～40HZ，侧喂料斗的喂料频率依据纤维的添加比例相应调整。优选的，所述的熔融挤出共12个温度区段，从料斗到模头的各个区段的温度分别为180～210℃，180～210℃，210～240℃，210～240℃，210～240℃，210～240℃，190～220℃，190～220℃，190～220℃，200～230℃，200～230℃，210～240℃。优选的，所述的冷却的方式为水槽冷却。优选的，所述的干燥的方式为风机吹干。优选的，在干燥后，将挤出得到的纤维增强的聚丙烯材料再进行切粒，得到长度为3～5mm的纤维增强的聚丙烯材料。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术采用高结晶均聚聚丙烯作为基材，相比普通的均聚聚丙烯和共聚聚丙烯具有更高的硬度、强度和刚性，更好的耐热性能、尺寸稳定性，从而可以赋予材料良好的机械性能，此外，选用中高熔体质量流动速率的聚丙烯可赋予材料良好的加工性能。(2)本专利技术加入聚酮树脂制备的聚丙烯/聚酮合金材料，可以利用聚酮树脂优异的摩擦磨损性能、良好的冲击韧性和优异的耐温性能提高聚丙烯材料的相应性能，同时聚丙烯材料可以提高其加工性能、表面光泽、降低成本，实现两者的优势互补。(3)本专利技术采用短切碳纤维和铝纤维复配一方面可以对聚丙烯/聚酮合金材料增强增刚，增加其耐热性和尺寸稳定性，同时可以大大提升材料的导电性能。(4)本专利技术采用片状的石墨烯与短切碳纤维、铝纤维复配，形成交叉网络结构，构成了更加完善和畅通的导热通道，可以进一步提升和改善聚丙烯/聚酮合金材料的导热性能。(5)本专利技术采用相容剂的作用是改善聚丙烯和聚酮树脂之间的热力学相容性，以及树脂和纤维之间的界面粘结力，从而提高材料的强度和冲击韧性。(6)本专利技术采用抗氧剂可以防止材料在加工和使用过程中由于热、氧作用而发生降解反应，并可赋予材料良好的长期耐热氧老化性能。(7)本专利技术采用润滑剂的作用是降低聚合物内部分子之间以及聚合物分子和加工机械表面的摩擦，从而提升材料的加工性能、流变性能和脱模性能。(8)本专利技术制备的纤维增强的聚丙烯材料具有高强度高模量、导电导热、高耐温、优异的尺寸稳定性等特点，完全可满足严苛环境下汽车、机械、化工换热部件对材料的功能性需求。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1本实施例提供一种纤维增强的聚丙烯材料及其制备方法。该纤维增强的聚丙烯材料按以下质量百分比组成进行配比：高结晶均聚聚丙烯20％(牌号：PPMM20-S，中国石油化工股份有限公司茂名分公司)，聚酮30％(牌号：M230A，韩国晓星株式会社)，短切碳纤维30％(牌号：PX35CA0250-65，日本东丽公司)，铝纤维5％(维长度4mm，纤维直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强的聚丙烯材料，其特征在于，包含以下原料：高结晶均聚聚丙烯、聚酮、短切碳纤维、铝纤维、石墨烯、相容剂、抗氧剂和润滑剂。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强的聚丙烯材料，其特征在于，包含以下原料：高结晶均聚聚丙烯、聚酮、短切碳纤维、铝纤维、石墨烯、相容剂、抗氧剂和润滑剂。2.根据权利要求1所述的纤维增强的聚丙烯材料，其特征在于，由以下按质量百分比计的原料组成：上述原料质量分数总计为100％。3.根据权利要求1或2所述的纤维增强的聚丙烯材料，其特征在于：所述的高结晶均聚聚丙烯为粒状，在230℃和2.16KG条件下的熔体质量流动速率为20～60g/10min；所述的聚酮为颗粒状，在240℃和2.16KG条件下的熔体质量流动速率为100～300g/10min；所述的短切碳纤维的长度为2～5mm，纤维直径为6～20um；所述的铝纤维的长度为2～4mm，纤维直径为20～90um；所述的石墨烯为片状，微片直径为2～4mm，堆积密度为0.31～0.39g/ml；所述的相容剂为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐EPDM-g-MAH，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐SBS-g-MAH，聚烯烃热塑性弹性体接枝马来酸酐TPO-g-MAH，乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐POE-g-MAH和聚丙烯接枝马来酸酐PP-g-MAH中的一种或两种以上；所述的抗氧剂为四[甲基-β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸(抗氧剂3114)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(抗氧剂330)、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮(抗氧剂1790)、亚磷酸三(壬基苯酯)(抗氧剂TNPP)、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)和双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(抗氧剂626)中的一种或两种以上；所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、白油和乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上。4.根据权利要求3所述的纤维增强的聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海兵，郝建鑫，邓爵安，黄泽彬，侯智谋，曾德明，秦小磊，
申请(专利权)人：广州市聚赛龙工程塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44