一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂30～70份，连续玻璃纤维10～20份，连续玄武岩纤维10‑20份，高效相容剂2～10份；本发明专利技术的优势在于：引入了高性能、耐剪切的新型玄武岩纤维作为复配的第二纤维增强体，并采用了“熔融浸渍、粒子长切”的长纤维加工工方式，最大限度地保留了增强聚丙烯材料在成型加工后中纤维的有效保留长度。与常规长玻纤增强聚丙烯材料中1.5‑2mm的保留长度相比，这种复合长纤增强的材料在成型加工后具有明显更高的纤维保留长度，最高可达2.5‑4mm，且纤维分散更为均匀，材料的主要刚性指标如拉伸强度、冲击强度同比提高30‑50％，其中拉伸强度可达140MPa以上，冲击强度最高在70kJ/m

A high performance composite long fiber reinforced polypropylene material and its preparation method

The invention relates to a high-performance composite long fiber reinforced polypropylene material and a preparation method thereof, which is specifically composed of 30-70 parts of polypropylene resin, 10-20 parts of continuous glass fiber, 10-20 parts of continuous basalt fiber and 2-10 parts of high-efficiency compatibilizer. The advantages of the invention are: a new basalt fiber with high performance and shear resistance is introduced as a composite The second fiber reinforced body adopts the long fiber processing method of \melt impregnation, particle long cutting\ to retain the effective fiber retention length of the reinforced polypropylene material after molding. Compared with the 1.5 \u2011 2mm retention length in the conventional long glass fiber reinforced polypropylene, the composite long fiber reinforced material has significantly higher fiber retention length after molding, up to 2.5 \u2011 4mm, and the fiber dispersion is more uniform. The main rigid indexes of the material, such as tensile strength and impact strength, have been increased by 30 \u2011 50% year on year, of which the tensile strength can reach over 140MPa and impact strength can reach over 140MPa The maximum strength is 70kj / M

【技术实现步骤摘要】
一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种高性能的复合长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯(PP)是一种由饱和的碳氢分子链组成的结晶性聚烯烃材料，饱和的碳氢分子链及结晶性赋予了该材料良好的耐化学性及相对较好的力学性能，可作为高性能的热塑性基复合材料的理想选材之一。PP材料最大的优势在于合成工艺简单，聚合单体可自于炼油产业的副产物，因此，对比其他的热塑性基体材料如ABS、PC、PA、PBT等，PP具有非常明显的低成本、高量产性的优势。随着现代的汽车、工业电子、家用电器等领域产品的不断升级换代，对于低成本、高性能的热塑性复合材料提出了的性能要求，尤其是材料的刚性、强度及抗冲击性等力学性能指标的要求日益严苛，而传统的改性方法比如滑石粉填充、短纤增强所带来的性能增幅相对有限，近年来，一种“在线熔融浸渍、粒子长切”的长玻纤增强(LFT)加工方法已成为增强聚丙烯材料的改性研究热点之一，由于其切粒粒子中纤维保留长度高、排列整齐有序，因此，对于聚丙烯基体材料的力学性能有非常明显改善效果。然而，近年来的长玻纤增强聚丙烯(LFT-PP)材料的研究大多集中于材料多功能化的改进，如CN108485056、CN108250566、CN107964167均聚焦于阻燃性的LFT-PP材料研究，通过外加不同规格的无卤或有卤阻燃剂体系的方式来实现材料的阻燃性能提升；CN107254104、CN106750950则是关注于LFT-PP材料的低气味、低有机物散发(VOC)等环保特性的改进。由上可知，对于当前的LFT-PP材料研究实际上是陷入了一定的力学性能瓶颈期，其根本原因在于PP基体、玻璃纤维(GF)增强体的性能局限性，尤其是玻璃纤维GF，其刚性、模量同比其他增强体如金属纤维、碳纤维、晶须等都要低很多。针对这一性能缺陷问题，当前已有的解决方式是加入除了PP、GF以外的第三种类高性能基体或者增强体，如CN105623097A中所记述的一种纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料，1-5％的纳米增强母粒可明显改善LFT-PP材料的力学性能指标,但这种性能的改善程度还依赖于纳米材料的分散状况，因此，必须加工成母粒的方式来进行添加、分散，增加了材料加工的工序流程及成本；CN103709512A则是引入了高性能的尼龙(PA)材料来作为LFT-PP的第二树脂基体，但由于PP、PA之间的材料特性差异，两者的相间相容性并不好，因此，其对于LFT-PP材料力学性能的提升幅度实际上是非常有限的。
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，提供一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，针对饱和碳氢分子链结构的聚丙烯刚性、强度等力学性能偏低的固有缺陷，以及单一的长玻纤增强效果有限、易剪切断裂等情况，通过加入第二辅助增强体-玄武岩纤维，来实现聚丙烯增强体系的纤维复配，协调提升对PP基体的增强效果；另外，通过优选特定规格及用量的高效相容剂，实现了良好的相间界面相容性，这对提高聚丙烯复合材料的拉伸强度及抗冲击强度尤其重要。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，包括以下重量份的原料：进一步的，所述的聚丙烯树脂为均聚或者共聚丙烯，在230℃、2.16kg的测试条件下，其熔融指数为15-90g/10min。进一步的，所述的连续玻璃纤维为直接无捻粗纱，其单丝直径为17um，典型线密度为1200-2400tex。进一步的，所述的连续玄武岩纤维为直接无捻粗纱，其单丝直径为10-13um，典型线密度为600-1200tex。进一步的，所述的高效相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯PP-MAH、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯PP-GMA、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-乙酸乙酯共聚物EVA-GMA等的一种或几种。本专利技术的第二目的在于提供这种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，包括以下步骤：(1)按所述的重量份称取聚丙烯树脂、高效相容剂，混合均匀，得到混合原料：(2)将干燥后的混合原料放置于一台紧密啮合同向旋转的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，挤出机螺杆直径为36mm，长径比L/D为44，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：100℃、190℃、200℃、215℃、220℃、220℃、220℃，主机转速为300转/分钟，所得熔融态聚丙烯树脂经挤出机口模注入到浸渍型腔中。(3)将连续玻璃纤维、连续玄武岩纤维分别置于纱架之上，经张力辊预加张力进行分纱，由不同的纱管导出后平行排布，而后进入浸渍型腔中与聚丙烯树脂熔体相复合、浸润，由浸渍口模导出、经水槽冷却后牵引至切粒机，短切为10-15mm长度的长纤维增强聚丙烯粒料。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、首先，在确保所选聚丙烯树脂基体拥有良好的加工流动性(MFR≥30g/10min)的前提下，优选以茂金属催化聚合而成、具有高结晶度、高立构规整特性的聚丙烯树脂牌号，通过提高聚丙烯树脂中全同、间同等规整结构分子链的比例来确保所选的PP树脂结晶度Xc≥90％，PP基体树脂拉伸强度在38MPa以上，弯曲模量在1800MPa以上，为后续不同种类纤维的复配增强效益提供良好的树脂基体。2、更为关键的是，针对传统长玻纤增强聚丙烯(LFT-PP)研究大多采用单一纤维增强体，以及仅关注于常规条件(标准注塑样条)下的力学性能指标不同的是，本专利技术中引入了一定比例(5-25份)的高刚性、高模量、耐剪切磨耗的玄武岩纤维，作为传统玻纤增强体的有效复配体。由于玄武岩纤维自身的力学性能指标要明显优于常规的玻璃纤维，纤维表面活化能高、极性更强，更容易与基体树脂及相容剂形成良好的界面黏合。3、根据本专利技术提供技术方案所得的复合长纤维增强聚丙烯材料，不仅常规条件下的刚性及抗冲击性有了一定程度的提升，而尤为重要的是，在模拟制件注塑及裁样测试时，这种复合长纤维增强的材料有着明显更高的拉伸强度及抗冲击强度，同比常规的长玻纤增强体系，上述强度指标的提升幅度都在30％以上，拉伸强度最高可达140MPa以上，冲击强度在70kJ/m2以上，已经非常接近于短玻纤增强尼龙6材料的力学性能指标；而进一步通过对比其中的纤维保留长度可知，这种复合长玻纤的增强体系在模拟注塑后，制件中纤维保留长度可达2.5-4mm，而常规的长玻纤增强体系仅有1.5-2mm，很明显，由于更耐磨耗、耐剪切的玄武岩纤维加入，整个纤维增强体系在注塑时与螺杆筒壁及螺纹块之间的剪切断裂现象被明显降低，纤维保留长度得以明显提升，这样的特性对于汽车及工业电子中的一些模具结构复杂、剪切混炼程度强的支架型制件注塑成型有着极好的应用价值，可明显改善所得制件的整体刚性及强度。具体实施方式下面通过具体的实施方式对本专利技术做进一步的说明，所述实施例仅用于说明本专利技术而不是对本专利技术的限制。本专利技术实施例所用原料：PP-1:Y2600T，上海石化，230℃、2.16kg条件下MFR为30，结晶度Xc为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：





2.根据权利要求1所述的一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚丙烯树脂为均聚或者共聚丙烯，在230℃、2.16kg的测试条件下，其熔融指数为15-90g/10min。


3.根据权利要求1所述的一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，其特征在于：所述的连续玻璃纤维为直接无捻粗纱，其单丝直径为17um，典型线密度为1200-2400tex。


4.根据权利要求1所述的一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，其特征在于：所述的连续玄武岩纤维为直接无捻粗纱，其单丝直径为10-13um，典型线密度为600-1200tex。


5.根据权利要求1所述的一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，其特征在于：所述的高效相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯PP-MAH、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯PP-GM...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯华，
申请(专利权)人：上海华合复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31