一種長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)了一種長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用。該材料由包括以下重量份的組分制成：聚丙烯55～75份，連續(xù)玻璃纖維20～40份，偶聯(lián)劑0.1～0.5份，主抗氧劑0.01～0.1份，輔助抗氧劑0.01～0.1份，潤(rùn)滑劑0.5～1份，相容劑3.5～4.2份。本發(fā)明還提供了一種上述長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的制備方法及上述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料用作汽車(chē)零部件的用途。本發(fā)明提供的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在汽車(chē)儀表板、車(chē)門(mén)板、內(nèi)護(hù)板等汽車(chē)零部件，具有成本低、注塑成型周期短、制件殘余應(yīng)力低、翹曲變形小、產(chǎn)品不良率低等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種專(zhuān)用于汽車(chē)門(mén)板低壓注塑成型的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前汽車(chē)零部件生產(chǎn)廠家普遍采用高壓注塑成型來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)門(mén)板，低壓注塑工藝起源于歐洲的汽車(chē)工業(yè)，到目前為止在歐美、日韓等的汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域和電子電氣領(lǐng)域已經(jīng)成功應(yīng)用了十幾年，在我國(guó)目前尚處在初步階段。這種成型加工技術(shù)包括:在控制注射速度和壓力的同時(shí)，向模腔注入完全塑化的均一的熔融料，以便在整個(gè)充模過(guò)程中，保證獲得完整平滑的熔流鋒面或熔流前緣。上述途徑無(wú)須成型件外部保壓，可節(jié)省原料多達(dá)5%，并降低了制件的模塑殘余應(yīng)力。
[0003]與常規(guī)的高壓高速成型法相比，低壓注塑使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制注射過(guò)程，在整個(gè)充模過(guò)程，精確量的熔體被平穩(wěn)的注入到模具腔體中，在到達(dá)模腔邊緣前保持連續(xù)的熔流鋒面，這種加工方法與常規(guī)方法適用的常識(shí)相反，無(wú)須告訴高壓充模，熔體在充模時(shí)即逐步冷卻、變硬。高壓力保壓會(huì)將應(yīng)力帶入最終制品中，導(dǎo)致制件翹曲變形較大，而且高速和高壓，要求較大鎖模力的設(shè)備和成本更高的模具。
[0004]汽車(chē)用車(chē)門(mén)護(hù)板最初采用鈑金件，為降低車(chē)身重量和材料成本，目前通常采用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料。長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料作為一種新型通用工程塑料，它具有高強(qiáng)度、高剛度、剛沖擊強(qiáng)度、低密度、低翹曲蠕變性、抗動(dòng)態(tài)疲勞性能優(yōu)異的性能，因其性?xún)r(jià)比高，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、家電等結(jié)構(gòu)零部件，目前不僅應(yīng)用在汽車(chē)外部結(jié)構(gòu)部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、前端支架等，而且因?yàn)槠鋬?yōu)異的力學(xué)性能和高的性?xún)r(jià)比，也開(kāi)始廣泛應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)飾部件，如內(nèi)護(hù)板、儀表板、安全氣囊殼體等部件，取代金屬、短玻纖增強(qiáng)尼龍等材料。
[0005]但是，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯`材料由于纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，材料的流動(dòng)性較低，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料剛性可以滿(mǎn)足門(mén)護(hù)板的要求，但是在低壓注塑時(shí)存在缺料，注塑不良率高的問(wèn)題，而國(guó)外長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯雖然可以同時(shí)滿(mǎn)足剛性和低壓注塑的要求，但是材料成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種專(zhuān)用于汽車(chē)門(mén)板低壓注塑成型的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的制備方法。
[0008]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種上述長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料材料的用途。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]本發(fā)明提供了一種長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，該材料由包括以下重量份的組分制成:
[0011]聚丙烯55~75份，[0012]連續(xù)玻璃纖維 20-40份，
[0013]偶聯(lián)劑0.1~0.5份，
[0014]主抗氧劑0.01~0.1份，
[0015]輔助抗氧劑0.01~0.1份，
[0016]潤(rùn)滑劑0.5~1份，
[0017]相容劑3.5~4.2份。
[0018]所述的聚丙烯為高融指嵌段共聚聚丙烯。
[0019]所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚單體為乙烯，乙烯基含量為2~4mol%，聚丙烯的熔體流動(dòng)速率(230°C，2.16Kg)為 10(Tl30g/10min，優(yōu)選 ll(Tl20g/10min。
[0020]所述的連續(xù)玻璃纖維選自連續(xù)無(wú)堿玻璃纖維，纖維直徑10-22μπι，線密度100(T4800tex。
[0021]所述的偶聯(lián)劑選自Y _氨丙基二乙氧基硅烷(硅烷偶聯(lián)劑KH550)或Y _2，3環(huán)氧丙氧-丙基二甲氧基硅烷(KH560),優(yōu)選Y -氣丙基二乙氧基硅烷。
[0022]所述的主抗氧劑選自四[甲基-β_(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β- (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N，N’ -雙-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺，優(yōu)選四[甲基-β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧劑1010)。
·[0023]所述的輔助抗氧劑選自三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯或二亞磷酸季戊四醇二硬脂醇酯，優(yōu)選三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)。
[0024]所述的潤(rùn)滑劑選自乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟或季戊四醇硬脂酸脂中的一種或者一種以上，優(yōu)選乙撐雙硬脂酰胺。
[0025]所述的相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯，密度為0.89、.91g/cm3,熔點(diǎn)為16(Tl80°C，熔體流動(dòng)速率(2300C，2.16Kg)為 6(Tl20g/10min，優(yōu)選為 90~110g/10min,馬來(lái)酸酐的接枝率為0.8^1.2%。
[0026]所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的切粒長(zhǎng)度為11-13臟，粒徑為3.0^4.0mm。
[0027]本發(fā)明還提供了一種上述長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，該方法包含以下步驟:
[0028](I)將55~75份聚丙烯、0.1~0.5份偶聯(lián)劑、0.01~0.1份主抗氧劑、0.01~0.1份輔助抗氧劑、0.5^1份潤(rùn)滑劑、3.5^4.2份相容劑，依次加入到高混機(jī)中，混料溫度控制為4(T60°C，混料時(shí)間為3飛分鐘，然后將混好的聚丙烯混合樹(shù)脂加到擠出機(jī)的料斗中備用；
[0029]( 2)采用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性材料的浸潰設(shè)備，將步驟(1)中混好的聚丙烯混合樹(shù)脂擠入與擠出機(jī)機(jī)頭相連接的浸潰設(shè)備中，然后連續(xù)玻璃纖維在牽引機(jī)的作用下進(jìn)入到浸潰設(shè)備，在此與熔融的聚丙烯混合樹(shù)脂進(jìn)行浸潰分散，通過(guò)選擇定型口模的尺寸來(lái)調(diào)整復(fù)合材料中連續(xù)玻璃纖維在復(fù)合材料中的含量為20-40份，調(diào)整切粒機(jī)的切刀轉(zhuǎn)速，制備得到長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。
[0030]所述的擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，螺桿直徑為2(T65mm，螺桿的長(zhǎng)徑比為40:1，混合熔融溫度設(shè)定為:第一段16(T18(TC，第二段18(T19(TC，第三段19(T200°C，第四段200^2100C，第五段21(T220°C，熔體溫度205~215°C，機(jī)頭溫度215~225°C。
[0031]所述的浸潰設(shè)備溫度為22(T230°C。[0032]所述的定型口模的尺寸為3.0-4.0mm。
[0033]本發(fā)明還提供了一種上述長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料用作汽車(chē)零部件的用途。
[0034]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0035]1、采用本發(fā)明生產(chǎn)的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料不僅具有良好的剛韌性，同時(shí)具有良好的流動(dòng)性，既可以滿(mǎn)足汽車(chē)門(mén)板對(duì)材料的剛性要求，又可以滿(mǎn)足低壓注塑的成型工藝。
[0036]2、本發(fā)明采用連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯樹(shù)脂，粒子的切粒長(zhǎng)度在If 13mm，粒子中纖維在樹(shù)脂中沿切粒方向有序排列，纖維長(zhǎng)度與粒子等長(zhǎng)，此材料同時(shí)具備優(yōu)異的剛性、沖擊韌性和良好的耐熱溫度，特別是具有優(yōu)異的低溫沖擊性能。
[0037]3、本發(fā)明具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)能高的特點(diǎn)。
[0038]4、本發(fā)明提供的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在汽車(chē)儀表板、車(chē)門(mén)板、內(nèi)護(hù)板等汽車(chē)零部件，具有成本低、注塑成型周期短、制件殘余應(yīng)力低、翹曲變形小、產(chǎn)品不良率低等特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下結(jié)合所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0040]實(shí)施例1
[0041]聚丙烯65份，
[0042]連續(xù)玻璃纖維30份，
`[0043]偶聯(lián)劑0.5份，
[0044]主抗氧劑0.05份，
[0045]輔助抗氧劑0.05份，
[0046]潤(rùn)滑劑0.5份，
[0047]相容劑3.9份，
[0048]其中，聚丙烯為高融指嵌段共聚聚丙烯，嵌段共聚聚丙烯的共聚單體為乙烯，乙烯基含量為2~4mol%，聚丙烯的熔體流動(dòng)速率為110g/10min，測(cè)試條件為230°C，2.16Kg ;連續(xù)玻璃纖維為連續(xù)無(wú)堿玻璃纖維，纖維直徑17 μ m，線密度2400tex ；
[0049]偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH550 ；
[0050]主抗氧劑為四[甲基-β- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯，即抗氧劑1010 ；
[0051]輔助抗氧劑為三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯，即抗氧劑168 ；
[0052]潤(rùn)滑劑為乙撐雙硬脂酰胺EBS ；
[0053]相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯，密度為0.89、.91g/cm3，熔點(diǎn)為16(Tl80°C，馬來(lái)酸酐的接枝率為1.0%，熔體流動(dòng)速率為100g/10min，測(cè)試條件為230°C，2.16Kg。⑴混料準(zhǔn)備；將65份聚丙烯、0.5份偶聯(lián)劑、0.05份主抗氧劑、0.05份輔助抗氧劑、0.5份潤(rùn)滑劑、0.5份相容劑，依次加入到高混機(jī)中，混料溫度控制在50°C，混料時(shí)間4min后停止，然后將混好的聚丙烯混合樹(shù)脂加到擠出機(jī)的料斗中備用；
[0054]⑵聚丙烯復(fù)合材料的制備；采用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性材料的浸潰設(shè)備，將步驟(O中混好的聚丙烯混合樹(shù)脂擠入與雙螺桿擠出機(jī)機(jī)頭相連接的浸潰設(shè)備中，然后連續(xù)玻璃纖維在牽引機(jī)的作用下進(jìn)入到浸潰設(shè)備，在此與熔融的聚丙烯樹(shù)脂進(jìn)行浸潰分散，通過(guò)選擇定型口模的尺寸(3.5mm)來(lái)調(diào)整復(fù)合材料中玻纖在復(fù)合材料中的含量，同時(shí)調(diào)整擠出機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速和喂料速度，使復(fù)合材料中連續(xù)纖維含量控制為30份，調(diào)整切粒機(jī)的切刀轉(zhuǎn)速，使制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的切粒長(zhǎng)度控制在ll_13mm,粒徑3.5mm。
[0055]雙螺桿擠出機(jī)，螺桿直徑42mm，螺桿的長(zhǎng)徑比為40:1，混合熔融溫度設(shè)定為:第一段 16(Tl80°C，第二段 18(Tl90°C，第三段 19(T200°C，第四段 20(T21(TC，第五段 21(T220°C，熔體溫度205~215°C，機(jī)頭溫度215~225°C ;浸潰設(shè)備溫度為22(T230°C ；
[0056]長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料可以作為汽車(chē)儀表板、車(chē)門(mén)板、內(nèi)護(hù)板等汽車(chē)零部件，具有成本低、注塑成型周期短、制件殘余應(yīng)力低、翹曲變形小、產(chǎn)品不良率低等特點(diǎn)。
[0057]將上述方法制得的聚丙烯復(fù)合材料注塑成ASTM標(biāo)準(zhǔn)樣條，進(jìn)行如下性能的測(cè)試(見(jiàn)表1)，其測(cè)試結(jié)果如表2所示。
[0058]表1為本發(fā)明實(shí)施例中產(chǎn)品所測(cè)試的項(xiàng)目以及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。
[0059]將實(shí)施例得到的材料在低壓注塑門(mén)板模具進(jìn)行注塑和制件剛性測(cè)試；
[0060]表1
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:該材料由包括以下重量份的組分制成: 聚丙烯55~75份， 連續(xù)玻璃纖維20-40份， 偶聯(lián)劑0.1~0.5份， 主抗氧劑0.Ο1~Ο.1份， 輔助抗氧劑0.Ο1~Ο.1份， 潤(rùn)滑劑0.5^1份， 相容劑3.5~4.2份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的聚丙烯為高融指嵌段共聚聚丙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚單體為乙烯，乙烯基含量為2~4mol%，聚丙烯的熔體流動(dòng)速率為10(Tl30g/10min，優(yōu)選 ll(Tl20g/10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的連續(xù)玻璃纖維選自連續(xù)無(wú)堿玻璃纖維，纖維直徑10~22 μ m,線密度100(T4800tex。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的偶聯(lián)劑選自Y-氨丙基二乙氧基硅烷或Y _2，3環(huán)氧丙氧-丙基二甲氧基硅烷,優(yōu)選Y-氨丙基二乙氧基硅烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的主抗氧劑選自四[甲基(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N，N’ -雙-(3- (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺，優(yōu)選四[甲基(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的輔助抗氧劑選自三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯或二亞磷酸季戊四醇二硬脂醇酯，優(yōu)選三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯； 所述的潤(rùn)滑劑選自乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟或季戊四醇硬脂酸脂中的一種或者一種以上，優(yōu)選乙撐雙硬脂酰胺； 所述的相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯，密度為0.89、.91g/cm3，熔點(diǎn)為16(Tl80°C，熔體流動(dòng)速率為6(Tl20g/10min，優(yōu)選為9(Tll0g/10min，馬來(lái)酸酐的接枝率為0.8~1.2% ；所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的切粒長(zhǎng)度為ll_13mm，粒徑為3.0-4.0mm。
8.權(quán)利要求1至7任一所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:該方法包含以下步驟: (1)將55~75份聚丙烯、0.1~0.5份偶聯(lián)劑、0.01~0.1份主抗氧劑、0.01~0.1份輔助抗氧劑、0.5^1份潤(rùn)滑劑、3.5^4.2份相容劑，依次加入到高混機(jī)中，混料溫度控制為4(T60°C，混料時(shí)間為3飛分鐘，然后將混好的聚丙烯混合樹(shù)脂加到擠出機(jī)的料斗中備用； (2)采用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性材料的浸潰設(shè)備，將步驟(1)中混好的聚丙烯混合樹(shù)脂擠入與擠出機(jī)機(jī)頭相連接的浸潰設(shè)備中，然后連續(xù)玻璃纖維在牽引機(jī)的作用下進(jìn)入到浸潰設(shè)備，在此與熔融的聚丙烯混合樹(shù)脂進(jìn)行浸潰分散，通過(guò)選擇定型口模的尺寸來(lái)調(diào)整復(fù)合材料中連續(xù)玻璃纖維在復(fù)合材料中的含量為20-40份，調(diào)整切粒機(jī)的切刀轉(zhuǎn)速，制備得到長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，螺桿直徑為2(T65mm，螺桿的長(zhǎng)徑比為40:1，混合熔融溫度設(shè)定為:第一段 16(Tl80°C，第二段 18(Tl90°C，第三段 19(T200°C，第四段 20(T210°C，第五段21(T220°C，熔體溫度205~215°C，機(jī)頭溫度215~225°C ； 所述的浸潰設(shè)備溫度為22(T230°C ； 所述的定型口模的尺寸為3.0^4.0mm。
10.權(quán)利要求1至7任一所述的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料用作汽車(chē)零部件的用途。
【文檔編號(hào)】C08L51/06GK103589103SQ201210288635
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】楊桂生, 蔣超杰, 孫利明 申請(qǐng)人:合肥杰事杰新材料股份有限公司