一種高抗沖耐低溫的玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種高抗沖耐低溫的玻纖增強(qiáng)聚 丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯是當(dāng)前用量最大的通用塑料品種之一，其具有較為均衡的綜合性能、優(yōu)異 的耐化學(xué)性、良好的加工流動(dòng)性及相對(duì)低廉的價(jià)格，因而得以在汽車、電器、建材等工業(yè)領(lǐng) 域得以大量使用。然而，聚丙烯的結(jié)構(gòu)及性能方面的缺陷也是十分明顯，由于分子鏈中側(cè) 鏈甲基的存在及規(guī)整分布，其聚合物分子鏈易定向堆砌，材料結(jié)晶傾向性強(qiáng)，但結(jié)晶過程緩 慢，晶型結(jié)構(gòu)多樣且缺陷程度較高，從而對(duì)聚丙烯及其復(fù)合材料的力學(xué)性能尤其是低溫抗 沖性能產(chǎn)生不利的影響。
[0003] 在當(dāng)前"以塑代鋼"的輕量化趨勢影響下，小型家用乘用車中一些次級(jí)承力性結(jié) 構(gòu)件如前端框架、儀表板骨架、車門內(nèi)飾板、中央通道骨架、天窗框架等重要的結(jié)構(gòu)性部件 已逐步采用高性能的玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料為基材。隨著近年來極端天氣的不斷 增加，對(duì)汽車部件的耐高低溫性能要求也逐步提高，在一些極端低溫的地區(qū)，氣溫甚至能下 探至-40°c乃至更低，而傳統(tǒng)的烯烴類彈性體增韌劑的玻璃化溫度T g也僅在-30~-40°c 之間，這就表明在更低的溫度下，彈性體的增韌效果將逐步減弱甚至消失，無形中提升了部 件失效的風(fēng)險(xiǎn)，這就需要在傳統(tǒng)的增韌方式上探尋一種全新的改善聚丙烯抗沖擊性能的方 式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的高抗沖耐低溫的玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料及 其制備方法，它可克服現(xiàn)有技術(shù)中力學(xué)性能尤其是低溫抗沖性能差的一些不足。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高抗沖耐低溫的玻纖增強(qiáng)聚丙烯 復(fù)合材料，其特征在于：所述的復(fù)合材料，各成分的重量百分比的如下：
[0006] 聚丙烯 50-80% 接枝物相容劑 2-15%
[0007] 玻纖短切氈 10-30% 彈性體增韌劑 3-10% 復(fù)配型結(jié)晶成核劑 0.5-10%
[0008] 上述各成分的重量百分比之和為100%，其中復(fù)配型結(jié)晶成核劑為β型成核劑與 晶須復(fù)配而成。
[0009] 更進(jìn)一步，所述的聚丙烯為共聚丙烯的一種或2種以上的混合物，熔點(diǎn)在 220-275°C之間，成型收縮率在1. 0-1. 5之間，在230°C、2. 16Kg的測試條件下，其熔融指數(shù) 為 3_20g/min。
[0010] 更進(jìn)一步，所述的接枝物相容劑為甲基丙烯酸縮水甘油酯GM接枝聚丙烯相容 劑，其接枝率經(jīng)化學(xué)滴定法測試為0.5-2%，通過雙螺桿擠出機(jī)，由過氧化物引發(fā)劑引發(fā) GM/苯乙烯St混合物接枝熔融態(tài)聚丙烯而得。
[0011] 更進(jìn)一步，所述的短玻纖短切氈為連續(xù)玻璃纖維合股紗短切后所得，其單絲直徑 為13um，短切長度為3-4. 5mm。
[0012] 更進(jìn)一步，所述的彈性體增韌劑為烯烴類彈性體Ρ0Ε，其密度為0. 860-0. 880g/ cm3,熔點(diǎn)為55-70°C之間，邵氏硬度（A)在68-83,撓曲模量為12-28Mpa，在190°C、2. 16Kg 的測試條件下，其恪融指數(shù)為0. 5~10g/min。
[0013] 更進(jìn)一步，復(fù)配型結(jié)晶成核劑為β型成核劑與晶須按1:6~1:10的比例復(fù)配而 成，其中所述的β型成核劑為羧酸金屬鹽類成核劑、取代苯酰胺類成核劑、稀土配合物成 核劑的一種或2種以上混合而成；所述的晶須為鈦酸鉀晶須、鎂鹽晶須、硼酸鋁晶須的一種 或2種以上混合而成。
[0014] 同時(shí)制備高抗沖耐低溫的玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：
[0015] a、按所述的重量百分比稱取聚丙烯、接枝物相容劑、彈性體增韌劑、復(fù)配型結(jié)晶成 核劑及加工助劑，混合均勻，得到混合原料；
[0016] b、將干燥后的混合原料放置于緊密嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)的主喂料倉中，經(jīng)喂料 螺桿加入到擠出機(jī)的機(jī)筒內(nèi)，將玻纖短切氈從側(cè)喂料口加入到擠出機(jī)中，擠出機(jī)螺桿直徑 為35mm，長徑比L/D為40,主機(jī)轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘，經(jīng)熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等 工序后得到產(chǎn)品。
[0017] 使用時(shí)，本發(fā)明通過本發(fā)明的技術(shù)方案制備得到的增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，通過針 對(duì)性選擇聚丙烯的異相成核劑，提升聚丙烯的冷卻結(jié)晶速率，改善晶體的結(jié)構(gòu)缺陷，著重提 高聚丙烯復(fù)合材料內(nèi)β晶型的結(jié)構(gòu)含量，并改善因玻纖增強(qiáng)體的一維取向特性而導(dǎo)致的 界面橫晶狀況，保證復(fù)合材料在受到外加載荷作用并傳遞時(shí)，所產(chǎn)生的微裂紋能被基體及 界面層的晶體結(jié)構(gòu)有效終止，從而提升聚丙烯復(fù)合材料的抗沖擊性能，而且與傳統(tǒng)的烯烴 類彈性體增韌方式所不同的是，這種通過晶型結(jié)構(gòu)調(diào)整而實(shí)現(xiàn)增韌的改性方式并不會(huì)隨著 環(huán)境溫度的降低而減弱，相反隨著溫度的降低，其沖擊性能尤其是缺口沖擊強(qiáng)度的提升幅 度愈加明顯，表明通過本技術(shù)方案得到的增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐低溫沖擊性 能，這對(duì)其在汽車結(jié)構(gòu)性部件的應(yīng)用推廣提供良好基礎(chǔ)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例所用原料：
[0020] ΡΡ-1:間規(guī)共聚丙烯，結(jié)晶度Xc彡92.0%，中石化上海公司，熔融指數(shù)9g/ min(230°C、2. 16Kg)。
[0021] PP-2:間規(guī)共聚丙烯，結(jié)晶度Xe彡98. 5 %，韓國SK化學(xué)，熔融指數(shù)30g/ min(230°C、2. 16Kg)。
[0022] 接枝物相容劑：甲基丙烯酸縮水甘油酯GM接枝聚丙烯相容劑，化學(xué)滴定法測試 接枝率為〇. 8. 0%，自制，通過雙螺桿擠出機(jī)，由過氧化物引發(fā)劑引發(fā)GM/苯乙烯St混合物 接枝熔融態(tài)聚丙烯而得。
[0023] 短玻纖短切氈：連續(xù)玻璃纖維合股紗短切氈，直徑13um，短切長度4. 5mm，泰山玻 纖。
[0024] 烯烴類彈性體：乙烯-甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物，美國杜邦公司，熔融指數(shù) 0· 5(190°C、2. 16Kg)。
[0025] β型成核劑-1 :取代苯胺類成核劑TMB-5,山西化工研宄所，市售。
[0026] β型成核劑_2 :羧酸金屬鹽類成核劑HPN-68L，比利時(shí)美利肯公司，市售。
[0027] 晶須-1 :六鈦酸鉀晶須,K2Ti6O13，直徑0. 5~I. 5um，長徑比5~20,上海甲辰新材 料公司，市售。
[0028] 晶須-2 :鎂鹽晶須，NP-03,直徑< 1.0 um，長徑比30~40,上海川竺實(shí)業(yè)公司，市 售。
[0029] 產(chǎn)品性能測試：
[0030] 拉伸性能：按IS0527-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，測試速率為5mm/min。
[0031] 彎曲性能：按IS0178標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，跨距為64mm，測試速率為2mm/min。
[0032] 常溫及低溫沖擊性能：按IS0179-1標(biāo)準(zhǔn)在簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，樣條為標(biāo)準(zhǔn) V型缺口，測試環(huán)境溫度分別為23°C、_40°C。
[0033] 低溫儀器沖擊性能：按IS06603-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，測試溫度為-40°C，測試速率2mm/s 穿透能量55J，按標(biāo)準(zhǔn)樣條沖擊后產(chǎn)生的缺口類型及能量吸收情況判定材料的斷裂類型為 脆性斷裂還是韌性斷裂。
[0034] 晶型結(jié)構(gòu)及含量分析：采用廣角X射線衍射分析法，在日本島津公司的XD-3A型射 線衍射分析儀上進(jìn)行，按各特征峰的位置及峰面積計(jì)算β晶型的含量。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 按照表1中實(shí)施例1的數(shù)據(jù)稱取β型成核劑-1、β型成核劑-2、晶須-1、晶須-2， 攪拌混合均勻，即可制得復(fù)配型成核劑-1。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] 按照表1中實(shí)施例2的數(shù)據(jù)稱取β型成核劑-1、β型成核劑-2、晶須-1、晶須-2， 攪拌混合均勻，即可制得復(fù)配型成核劑-2。
[0039] 實(shí)施例3
[0040] 按照表1中實(shí)施例3的數(shù)據(jù)稱取β型成核劑-1、β型成核劑-2、晶須-1、晶須-2， 攪拌混合均勻，即可制得復(fù)配型成核劑-3。
[0041] 實(shí)施例4
[0042] 按照表1中實(shí)施例4的數(shù)據(jù)稱取β型成核劑-1、β型成核劑-2、晶須-1、晶須-2， 攪拌混合均勻，即可制得復(fù)配型成核劑-4。
[0043] 表1復(fù)配型成核劑的配方表（單位：g)

[0045] 實(shí)施例5
[0046] 按照表1中實(shí)施例5的數(shù)據(jù)稱取β型成核劑-I、β型成核劑-2、晶須-I、晶須-2， 攪拌混合均勻，即可制得復(fù)配型成核劑-5。
[0047] 實(shí)施例6
[0048] 按照表1中實(shí)施例6的數(shù)據(jù)稱取β型成核劑-1、β型成核劑-2、晶須-1、晶須-2， 攪拌混合均勻，即可制得復(fù)配型成核劑-6。
[0049] 實(shí)施例7
[0050] 按表2中所示的實(shí)施例7數(shù)據(jù)稱取各組分，將玻纖短切氈以外的各組分與高速混 合機(jī)中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機(jī)的主喂料倉中，玻纖短切氈投入到側(cè)喂料倉，擠出機(jī) 螺桿直徑為35mm，長徑比L/D為40,主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為250轉(zhuǎn)/分鐘，主機(jī)筒的各分區(qū)溫度 (從加料口 到機(jī)頭出口）設(shè)定為：60 °C、160 °C、190 °C、195 °C、200 °C、210 °C、210 °C，經(jīng)熔融擠 出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產(chǎn)品。
[0051] 表2高抗沖耐低溫的玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的配方表（單位：克）
[0053] 實(shí)施例8
[0054] 按表2中所示的實(shí)施例8數(shù)據(jù)稱取各組分，將玻纖短切氈以外的各組分與高速混 合機(jī)中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機(jī)的主喂料倉中，玻纖短切氈投入到側(cè)喂料倉，擠出機(jī) 螺桿直徑為35mm，長徑比L/D為40,主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為250轉(zhuǎn)/分鐘，主機(jī)筒的各分區(qū)溫度 (從加料口 到機(jī)頭出口）設(shè)定為：60 °C、160 °C、190 °C、195 °C、200 °C、210 °C、210 °C，經(jīng)熔融擠 出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產(chǎn)品。
[0055] 實(shí)施例9
[0056] 按表2中所示的實(shí)施例9數(shù)據(jù)稱取各組分，將玻纖短切氈以外的各組分與高速混 合機(jī)中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機(jī)的主喂料倉中，玻