一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料，其是由聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維5-70份、聚丙烯30-95份與助劑0-30份制備而成。使用聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液來(lái)改性連續(xù)有機(jī)纖維，增加了連續(xù)有機(jī)纖維表面的官能度和表面粗糙度，與聚丙烯基體界面結(jié)合能力強(qiáng)，大大的改善有機(jī)纖維與基質(zhì)的浸潤(rùn)性與相容性，最終制備的連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯具有高強(qiáng)度、超高韌性，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及高分子改性材料領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材 料及其制備方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004] 連續(xù)纖維填充熱塑性樹(shù)脂中的纖維單向排布，平均長(zhǎng)度為5-30mm且長(zhǎng)度方向與 樹(shù)脂粒料長(zhǎng)度方向相同。與一般的短纖維填充熱塑性塑料相比，它具有更加優(yōu)異的抗沖擊 強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、模量等力學(xué)性能。
[0005] 連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯是近年來(lái)很熱門(mén)的一項(xiàng)研究課題，大部分的研究者只是 直接通過(guò)添加未經(jīng)過(guò)處理的連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯，然后產(chǎn)品因?yàn)槠湎嗳菪圆缓?，力學(xué) 性能很差。也有研究者把一些相容劑或偶聯(lián)劑直接與基體樹(shù)脂共混擠出，在熔體槽中浸潤(rùn) 纖維，拉條，切粒。然而，這種方法存在嚴(yán)重的缺陷：纖維在通過(guò)熔體槽時(shí)，不經(jīng)過(guò)剪切，直接 被熔體槽中的熔體浸潤(rùn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)時(shí)間較短，相容劑或偶聯(lián)劑與內(nèi)部的纖維浸潤(rùn)性較差，從 而使得最終產(chǎn)品強(qiáng)度、沖擊性能提高的幅度有限。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有有機(jī)纖維填充聚丙烯存在的問(wèn)題，提供一種連續(xù)有 機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
[0008] -種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料，由以下組分按重量份制備而成： 聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維5-70份； 聚丙烯30-95份； 助劑0-30份。
[0009] 進(jìn)一步，所述的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維是指有機(jī)纖維浸潤(rùn)在聚丙烯 蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液中經(jīng)表面處理所得。
[0010] 所述的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液由聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐與混合液按質(zhì)量濃 度比l-l〇〇g/L組成，所述混合液為二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1組成。
[0011] 所述的助劑為抗氧劑、填料、潤(rùn)滑劑或光穩(wěn)劑中的至少一種。所述的有機(jī)纖維為尼 龍纖維或聚酯纖維。
[0012] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備上述連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料的 方法，包括如下步驟： (1)把二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1配制成混合液，再將聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐 于室溫條件下溶解于二甲苯與四氫呋喃的混合液中制成濃度為l-l〇〇g/L聚丙烯蠟接枝馬 來(lái)酸酐溶液； (2) 將表面未經(jīng)過(guò)處理的有機(jī)纖維浸潤(rùn)到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液中1-2小時(shí)，取 出干燥得到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維； (3) 按配比把聚丙烯、助劑進(jìn)行均勻混合后，從擠出機(jī)進(jìn)料口中加入，熔融擠出至熔體 槽；再將（2)制備的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維5-70份從熔體槽纖維入口加入， 經(jīng)牽引、壓輥、切粒，得到連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
[0013] 本發(fā)明制備的連續(xù)有機(jī)纖維單絲沿母粒長(zhǎng)度方向平行排列，且與母粒顆粒長(zhǎng)度相 同，平均長(zhǎng)度為5-30mm ;聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維中有機(jī)纖維浸潤(rùn)到聚丙烯蠟 接枝馬來(lái)酸酐溶液中時(shí)間很關(guān)鍵，一般為1-2小時(shí)，如果浸潤(rùn)時(shí)間少于1小時(shí)浸潤(rùn)性較差， 會(huì)降低后期產(chǎn)品的力學(xué)性能。
[0014] 所述的混合液為二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1組成，這種混合溶劑毒性小， 可以常溫溶解聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐。其中常溫溶解一方面減少了溶劑的揮發(fā)，另一方面 減少了由加熱引起的能耗。
[0015] 所述的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶解于二甲苯與四氫呋喃中的濃度范圍為Ig/ L-100g/L，這個(gè)優(yōu)選的混合比例可以在最短的時(shí)間內(nèi)溶解聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐，大大縮 短了溶解時(shí)間。
[0016] 本發(fā)明實(shí)施例中選用的抗氧劑為抗氧劑1010與抗氧劑168的復(fù)配物，光穩(wěn)劑選用 3, 5-雙叔丁基-4-羥基苯甲酸，潤(rùn)滑劑選用石蠟，填料選用滑石粉。
[0017] 本發(fā)明的有益效果有： (1)經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，我們使用聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液來(lái)改性連續(xù)有機(jī)纖維，增加 了連續(xù)有機(jī)纖維表面的官能度和表面粗糙度，與聚丙烯基體界面結(jié)合能力強(qiáng)，大大的改善 有機(jī)纖維與基質(zhì)的浸潤(rùn)性與相容性，最終制備的連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯具有高強(qiáng)度、超 高韌性，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0018] (2)纖維浸潤(rùn)工藝簡(jiǎn)單，常溫操作；既減少了溶劑的揮發(fā)，又減少了由加熱引起的 能耗。
[0019]

【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021] 如無(wú)具體說(shuō)明，本發(fā)明的各種原料均可以通過(guò)市售得到；或根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法 得到。除另有定義或說(shuō)明，本文中所使用的所有專(zhuān)業(yè)與科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員熟 悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法 中。
[0022] 本發(fā)明中力學(xué)測(cè)試方法如下： 拉伸性能的測(cè)試：ASTM D638,塑料拉伸性能試驗(yàn)方法，拉伸速度5mm/min。
[0023] 沖擊性能的測(cè)試：懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按照ASTM D256,塑料懸臂梁沖擊試驗(yàn)方 法。測(cè)試溫度為_(kāi)40°C。
[0024] 實(shí)施例1 (1)把二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1配制成混合液，再將聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐 于室溫條件下溶解于二甲苯與四氫呋喃的混合液中制成濃度為50g/L聚丙烯蠟接枝馬來(lái) 酸酐溶液； (2) 將表面未經(jīng)過(guò)處理的尼龍纖維浸潤(rùn)到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液中2小時(shí)，取出 干燥得到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性尼龍纖維； (3) 按配比把55份聚丙烯、0. 2份抗氧劑1010、0. 1份抗氧劑168常溫混合均勻后，從 擠出機(jī)進(jìn)料口中加入，熔融擠出至熔體槽；再將（2)制備的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性尼 龍纖維45份從熔體槽纖維入口加入，經(jīng)牽引、壓輥、切粒，得到連續(xù)尼龍纖維填充聚丙烯復(fù) 合材料。
[0025] 實(shí)施例2 (1) 把二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1配制成混合液，再將聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐 于室溫條件下溶解于二甲苯與四氫呋喃的混合液中制成濃度為l〇g/L聚丙烯蠟接枝馬來(lái) 酸酐溶液； (2) 將表面未經(jīng)過(guò)處理的聚酯纖維浸潤(rùn)到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液中1. 5小時(shí)，取 出干燥得到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性聚酯纖維； (3) 按配比把75份聚丙烯、0. 2份抗氧劑1010、0. 1份抗氧劑168、0. 2份的3, 5-雙叔 丁基-4-羥基苯甲酸、0. 5份石蠟、29份滑石粉常溫混合均勻后，從擠出機(jī)進(jìn)料口中加入，熔 融擠出至熔體槽；再將（2)制備的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性聚酯纖維25份從熔體槽纖維 入口加入，經(jīng)牽引、壓輥、切粒，得到連續(xù)聚酯纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
[0026] 實(shí)施例3 (1) 把二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1配制成混合液，再將聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐 于室溫條件下溶解于二甲苯與四氫呋喃的混合液中制成濃度為lg/L聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸 酐溶液； (2) 將表面未經(jīng)過(guò)處理的聚酯纖維浸潤(rùn)到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液中1小時(shí)，取出 干燥得到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性聚酯纖維； (3) 按配比把95份聚丙烯從擠出機(jī)進(jìn)料口中加入，熔融擠出至熔體槽；再將（2)制備的 聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性聚酯纖維5份從熔體槽纖維入口加入，經(jīng)牽引、壓輥、切粒，得 到連續(xù)聚酯纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
[0027] 實(shí)施例4 (1) 把二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1配制成混合液，再將聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐 于室溫條件下溶解于二甲苯與四氫呋喃的混合液中制成濃度為l〇〇g/L聚丙烯蠟接枝馬來(lái) 酸酐溶液； (2) 將表面未經(jīng)過(guò)處理的尼龍纖維浸潤(rùn)到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液中1. 5小時(shí)，取 出干燥得到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性尼龍纖維； (3) 按配比把75份聚丙烯、0. 2份抗氧劑1010、0. 1份抗氧劑168、0. 2份的3, 5-雙叔丁 基-4-羥基苯甲酸常溫混合均勻后，從擠出機(jī)進(jìn)料口中加入，熔融擠出至熔體槽；再將（2) 制備的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性尼龍纖維70份從熔體槽纖維入口加入，經(jīng)牽引、壓輥、 切粒，得到連續(xù)尼龍纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
[0028] 為了便于對(duì)比，以實(shí)施例1為基礎(chǔ)進(jìn)行對(duì)比例1-2來(lái)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比例1-2如下： 對(duì)比例1 把55份的聚丙烯、0. 2份抗氧劑1010、0. 1份抗氧劑168常溫均勻混合后，從擠出機(jī)進(jìn) 料口中加入，熔融擠出至熔體槽；把未經(jīng)過(guò)改性的尼龍纖維45份從熔體槽纖維入口加入， 經(jīng)牽引，壓輥，切粒，得到連續(xù)尼龍纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
[0029] 對(duì)比例2 把55份的聚丙烯、0. 2份抗氧劑1010、0. 1份抗氧劑168、0. 5份偶聯(lián)劑KH550常溫均勻 混合后，從擠出機(jī)進(jìn)料口中加入，熔融擠出至熔體槽；把未經(jīng)過(guò)改性的尼龍纖維45份從熔 體槽纖維入口加入，經(jīng)牽引，壓輥，切粒，得到連續(xù)尼龍纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
[0030] 將本發(fā)明實(shí)施例1-4制備的連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料與對(duì)比例1-2制備 的聚丙烯復(fù)合材料，按照ASTM D638、ASTM D256對(duì)其拉伸性能與沖擊性能進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù) 如下表所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：由以下組分按重量份制備而 成： 聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維5-70份； 聚丙烯30-95份； 助劑0-30份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述 的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維是指有機(jī)纖維浸潤(rùn)在聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液 中經(jīng)表面處理所得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述 的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液由聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐與混合液按質(zhì)量濃度比l-l〇〇g/L 組成，所述混合液為二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述 的助劑為抗氧劑、填料、潤(rùn)滑劑或光穩(wěn)劑中的至少一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述 的有機(jī)纖維為尼龍纖維或聚酯纖維。
6. -種制備如權(quán)利要求1所述的連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料的方法，其特征在 于，包括如下步驟： (1) 把二甲苯與四氫呋喃按體積比為10:1配制成混合液，再將聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐 于室溫條件下溶解于二甲苯與四氫呋喃的混合液中制成濃度為l-l〇〇g/L聚丙烯蠟接枝馬 來(lái)酸酐溶液； (2) 將表面未經(jīng)過(guò)處理的有機(jī)纖維浸潤(rùn)到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐溶液中1-2小時(shí)，取 出干燥得到聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維； (3) 按配比把聚丙烯、助劑進(jìn)行均勻混合后，從擠出機(jī)進(jìn)料口中加入，熔融擠出至熔體 槽；再將（2)制備的聚丙烯蠟接枝馬來(lái)酸酐改性有機(jī)纖維5-70份從熔體槽纖維入口加入， 經(jīng)牽引、壓輥、切粒，得到連續(xù)有機(jī)纖維填充聚丙烯復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C08J5/06GK104419060SQ201310382859
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】楊桂生, 李萬(wàn)里, 姚晨光 申請(qǐng)人:合肥杰事杰新材料股份有限公司