一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于聚丙烯材料技术领域，具体涉及一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，按重量份数计，包括如下组分：聚丙烯树脂30‑90份，无碱连续玻璃纤维10‑60份，润滑剂0.5‑2.0份，过氧化物0.1‑0.5份，硅烷偶联剂1.0‑5.0份，催化剂1.0‑4.0份，成核剂0.05‑0.2份，抗氧剂0.1‑1.0份。该长玻纤增强聚丙烯材料包括四个阶段的制备过程，既有长玻纤材料的高强度，又能够满足发泡要求，在发泡过程中泡孔独立，实现材料轻量化和高性能化，所得材料机械强度高、性能保持率好，扩展了材料应用领域，提高附加值。

A long glass fiber reinforced polypropylene composite for foaming and its preparation method

The invention belongs to the technical field of polypropylene material, in particular to a long glass fiber reinforced polypropylene composite material for foaming and a preparation method thereof, which comprises the following components by weight: 30 \u2011 90 parts of polypropylene resin, 10 \u2011 60 parts of alkali free continuous glass fiber, 0.5 \u2011 2.0 parts of lubricant, 0.1 \u2011 0.5 parts of peroxide, 1.0 \u2011 5.0 parts of silane coupling agent, 1.0 \u2011 4.0 parts of catalyst, 1.0 \u2011 4.0 parts of nucleation 0.05 \u2011 0.2 phr of agent and 0.1 \u2011 1.0 phr of antioxidant. The long glass fiber reinforced polypropylene material includes four stages of preparation process, which not only has the high strength of long glass fiber material, but also can meet the foaming requirements. In the foaming process, the foam is independent, realizing the material lightweight and high-performance. The obtained material has high mechanical strength, good performance retention rate, expanding the material application field and increasing the added value.

【技术实现步骤摘要】
一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
本专利技术属于聚丙烯材料
，具体涉及一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
长玻纤增强聚丙烯复合材料是一种具有高强度、高抗冲击性能，尺寸稳定好，“强而韧”的材料，聚丙烯树脂在添加玻璃纤维增强后，大大提高了其机械性能、耐热性和尺寸稳定性。在实际应用中可以以塑代钢和取代增强工程塑料，满足轻武器包装箱、汽车领域、家电等领域使用要求。作为聚合物轻量化技术的主要方向，聚丙烯发泡材料要求聚丙烯具有高熔体强度，在聚合物流变学上表现为拉伸应变硬化现象。常规长玻纤增强聚丙烯复合材料，为了平衡机械强度与浸润性，聚丙烯基材的熔融指数为60-120g/10min，基材熔体强度低。同时，长玻纤增强聚丙烯复合材料由于玻纤的应力集中效应，造成聚合物熔体在发泡过程中易破裂，熔体强度低而不能满足发泡要求，导致发泡过程中气体逃逸，聚丙烯泡孔破裂，形成连孔，发泡后材料机械性能大幅降低，不能满足应用要求。开发具有高强度的可发泡长玻纤聚丙烯复合材料，有利于制备高强度的发泡产品，实现材料轻量化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，不同于常规长玻纤增强聚丙烯，制备了一种满足发泡要求的长玻纤增强聚丙烯材料，既有长玻纤材料的高强度，又能够满足发泡要求，在发泡过程中泡孔独立，实现材料轻量化和高性能化，所得材料机械强度高、性能保持率好，扩展了材料应用领域，提高附加值。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用如下技术方案：一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括如下组分：聚丙烯树脂30-90份，无碱连续玻璃纤维10-60份，润滑剂0.5-2.0份，过氧化物0.1-0.5份，硅烷偶联剂1.0-5.0份，催化剂1.0-4.0份，成核剂0.05-0.2份，抗氧剂0.1-1.0份。进一步的，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂或共聚聚丙烯树脂。聚丙烯树脂在230℃，2.16kg下的熔融指数为3-100g/10min；经过过氧化物调节后，聚丙烯树脂的熔融指数为200±50g/10min。进一步的，所述无碱连续玻璃纤维为未经处理过的玻璃纤维原丝，所述无碱连续玻璃纤维的规格为单丝直径13-20μm，1200tex-4800tex。进一步的，所述硅烷偶联剂为具有双键官能团的硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的分子通式为R-Si-X3，R为乙烯基、丙烯基或丁烯基，X包括甲氧基、乙氧基和丁氧基等，如乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、烯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷等具有双键官能团的化合物，在过氧化物引发剂的作用下可以与聚丙烯发生接枝反应。进一步的，所述催化剂包括有机酸锡、环烷酸钴、螯合物、乙胺、己胺、二丁胺、无机酸或者脂肪酸类催化剂。催化剂为对硅烷水合作用具有催化作用的助剂，螯合物类催化剂以钛酸酯类、钛酸四丁酯以及钛酸四壬酯为代表，有机酸锡类催化剂包括二月硅酸二丁基锡。进一步的，所述润滑剂为硅酮类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂或硬脂酰胺类润滑剂中的任一种。优选润滑剂的重量份为0.8-1.7份，更优选重量份为1.0-1.5份的硅酮类润滑剂。进一步的，所述过氧化物包括过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化二碳酸酯、过氧化苯甲酰叔丁酯、2,5—二甲基—2,5—双(叔丁基过氧基)己烷、2,5—二甲基—2,5—双(叔丁基过氧基)己炔。根据加工温度选用不同的过氧化物，针对不同熔指的聚丙烯树脂，选择不同的过氧化物含量。进一步的，所述成核剂为α成核剂，所述α成核剂为二(苯亚甲基)山梨醇及其衍生物、芳基有机磷酸盐类化合物、芳香族羧酸盐、高级脂肪酸金属皂或者无机成核剂；无机成核剂包括超细滑石粉等；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种，如抗氧剂1010、1035、1076、300、1790、168、626，DSTP、DLTP等。一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其制备过程示意图见图1，具体包括以下步骤：阶段1：设置干燥温度为90-110℃，干燥1-2h，将聚丙烯树脂干燥至含水率0.002％以下，获得干燥聚丙烯树脂；将原料各组分按比例称量好后加入混合机中，设置混合机转速范围为200-400r/min，搅拌混合1-3min，混合均匀后即得复配组合物；阶段2：将复配组合物加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的螺杆温度为170-250℃，转速200-500转/分钟，在过氧化物引发剂作用下，过氧化物引发产生自由基，引发硅烷双键进行动态接枝反应；同时，由于自由基导致聚丙烯分子量降低，聚合物流动性提高；通过该反应基材熔指控制在150-250g/10min；阶段3：硅烷接枝的高流动性聚丙烯通过挤出机头进入溶胶池，设置溶胶池温度为230-260℃，高流动接枝聚丙烯在溶胶池中浸润连续玻璃纤维，通过LFT-G工艺拉条，经冷却后牵引、造粒；阶段4：设置反应釜温度为90-100℃，相对湿度80-100％，将切好的长玻纤聚丙烯颗粒在后处理反应釜中均匀搅拌并保持2-4h，促进聚丙烯硅烷交联反应，提高聚丙烯与玻纤界面强度、分子量与熔体强度，经干燥后最终得到发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料。通过上述步骤，聚丙烯分别经过了高温降解反应、接枝反应和后扩链支化反应，其中，(1)降解反应增加了聚合物的流动性，熔融指数达到150-250g/10min，为其在熔胶池中充分浸润玻璃纤维提供了材料基础，提高界面强度、减少浮纤；(2)接枝反应将硅烷接枝到聚丙烯上，增加聚丙烯与玻璃纤维的相容性，实现原位增容的作用，可以消除相容剂的使用，降低成本，提高效率；(3)扩链支化反应主要表现在两方面，第一是硅烷经过水解产生硅羟基，在催化剂作用下，硅烷的硅羟基与玻纤表面的羟基反应，增加界面强度，提高机械性能；第二，接枝聚丙烯的硅羟基之间经过催化剂发生脱水耦合反应，使聚合物的分子量增加并产生长支链或微凝胶，提高熔体强度，满足发泡要求。在材料制备过程中，针对不同工艺阶段和应用对材料性能的要求，聚丙烯的流动性在整个过程中根据工艺要求发生变化，满足不同阶段对流动性和性能的要求，图2为聚丙烯流动性变化示意图，即：(1)聚丙烯浸润玻纤需要高流动性，则通过聚丙烯在挤出机中的降解提高流动性，达到提高浸润效果的目的；(2)聚合物的应用中需要高强度，而低分子量、高流动的聚丙烯强度和模量低，则通过浸润后的聚丙烯在后处理过程中发生耦合反应，提高聚合物分子量，增加聚合物强度和模量；(3)聚丙烯在发泡时需要聚合物具有高熔体强度，要求聚合物具有长链支化结构或者宽分子量分布或者微凝胶结构，则通过聚丙烯分子链的耦合反应，形成具有长链支化结构的聚丙烯或微凝胶，提高熔体强度，扩宽发泡窗口，满足发泡工艺要求。进一步的，本专利技术还提供了一种所述的发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：聚丙烯树脂30-90份，无碱连续玻璃纤维10-60份，润滑剂0.5-2.0份，过氧化物0.1-0.5份，硅烷偶联剂1.0-5.0份，催化剂1.0-4.0份，成核剂0.05-0.2份，抗氧剂0.1-1.0份。/n

【技术特征摘要】
1.一种发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：聚丙烯树脂30-90份，无碱连续玻璃纤维10-60份，润滑剂0.5-2.0份，过氧化物0.1-0.5份，硅烷偶联剂1.0-5.0份，催化剂1.0-4.0份，成核剂0.05-0.2份，抗氧剂0.1-1.0份。


2.根据权利要求1所述的发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂或共聚聚丙烯树脂。


3.根据权利要求1所述的发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无碱连续玻璃纤维为未经处理过的玻璃纤维原丝，所述无碱连续玻璃纤维的规格为单丝直径13-20μm，1200tex-4800tex。


4.根据权利要求1所述的发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为具有双键官能团的硅烷偶联剂。


5.根据权利要求1所述的发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述催化剂包括有机酸锡、环烷酸钴、螯合物、乙胺、己胺、二丁胺、无机酸或者脂肪酸类催化剂。


6.根据权利要求1所述的发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂或硬脂酰胺类润滑剂中的任一种。


7.根据权利要求1所述的发泡用长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述过氧化物包括过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小虎，苏超，赵凤雯，周洋，李建敏，王晓明，王乾，田洪池，张秀文，宋义虎，
申请(专利权)人：青岛海尔新材料研发有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37