本发明涉及一种聚丙烯复合材料的改性技术领域，尤其涉及一种高强度玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术：
聚丙烯材料作为五大通用塑料之一，在日常生活及工农业生产中具有广泛的应用，如应用于家电外壳、洗衣机滚筒、电动工具等。但随着工业化发展，如何降低成本成为很多公司开发新产品所竭力追求的目标，因此，一些之前常用的工程塑料制件慢慢地被玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制件所取代。
玻璃纤维作为增强填料，由于玻纤本身可在材料遭外力产生变形时传递受力，所以材料的强度和玻璃纤维在聚丙烯基体中的分散程度以及两者结合力的强弱有很大关系。本发明利用负载成核剂的表面处理玻璃纤维作为增强填料，成核剂的加入使得熔融共混后的复合改性材料具有更高的结晶度，更均匀细小的结晶局域会促使玻璃纤维更均匀地分布嵌入在非晶区域，而玻璃纤维表面负载的成核剂同时可促使基体聚丙烯晶胞在垂直于玻纤方向上生长，使得玻纤与基体具有更高的结合强度，从而使得改性材料具有更高的强度，极大地扩展了其应用领域。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高强度玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其由以下组分按重量百分比制备而成：
聚丙烯树脂47-84.2％
改性玻璃纤维10-40％
相容剂5-10％
稳定剂0.4-1％
光稳定剂0.1-1％
加工助剂0.3-1％；
所述改性玻璃纤维为表面负载成核剂的玻璃纤维，其由玻璃纤维、碱性化合物和成核剂按质量比为100：0.3-2：0.2-1混合制备而成。
进一步方案，所述碱性化合物为碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、碳酸氢钠、碳酸钠和碳酸钾中的至少一种。
所述成核剂为山梨醇类成核剂；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
所述山梨醇类成核剂优选为二亚(3，4-二甲基)苄基山梨糖醇(dmdbs)。
所述稳定剂选自酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯热稳定剂中的至少一种；所述光稳定剂为紫外光稳定剂。
所述紫外光稳定剂优选为邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯中的至少一种。
所述加工助剂为低分子酯类加工助剂、金属皂类加工助剂、硬脂酸复合酯类加工助剂和酰胺类加工助剂中的至少一种。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，先将玻璃纤维、碱性化合物和成核剂按质量比为100：0.3-2：0.2-1放入高混机中，加热至40-80℃再搅拌5-30分钟，即得表面负载成核剂的改性玻璃纤维；然后将聚丙烯树脂、相容剂，稳定剂、光稳定剂、加工助剂按配比加入混合设备中进行均匀混合；最后将得到的混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将改性玻璃纤维从双螺杆挤出机侧喂料口加入，经熔融混炼、造粒得复合材料。
进一步方案，所述熔融温度为200-270℃。
本发明采用传统熔融共混双螺杆挤出造粒工艺制备复合材料，改性方法简单易行，适合大规模量产；
本发明利用负载成核剂的改性玻璃纤维作为增强填料，由于成核剂的加入使得熔融共混后的复合改性材料具有更高的结晶度，更均匀细小的结晶局域会促使玻璃纤维更均匀地分布嵌入在非晶区域，使聚丙烯基体的结晶区域均匀一致；而改性玻璃纤维表面还可促使基体聚丙烯晶胞在垂直于玻纤方向上生长，使得玻纤与基体具有更高的结合强度，从而使得改性材料具有更高的强度，极大地扩展了其应用领域。
具体实施方式
实施例1：
将质量比为普通玻璃纤维：氢氧化镁：二亚(3，4-二甲基)苄基山梨糖醇＝100：1：0.5的比例称好，放入高混机中，加热至60℃，混合搅拌15分钟即得表面负载成核剂的改性玻璃纤维。
将聚丙烯树脂71.3％、相容剂接枝马来酸酐7％，受阻酚稳定剂10100.2％、亚磷酸酯类热稳定剂pep-360.2％、光稳定剂2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑0.7％、加工助剂低分子酯类-硬脂酸锌0.6％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将上述改性制得的玻璃纤维20％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为200-220℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例1：
将聚丙烯树脂71.3％、相容剂接枝马来酸酐7％，受阻酚稳定剂10100.2％、亚磷酸酯类热稳定剂pep-360.2％、光稳定剂2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三氮唑0.7％、加工助剂低分子酯类-硬脂酸锌0.6％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将普通玻璃纤维20％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为200-220℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例2：
将质量比为普通玻璃纤维：碱性化合物(氢氧化铝：氢氧化锌＝1:1)：二亚(3，4-二甲基)苄基山梨糖醇(dmdbs)＝100：0.3：0.2的比例称好，放入高混机中，加热至40℃，混合搅拌5分钟即得表面负载成核剂的改性玻璃纤维。
按重量百分比计，将聚丙烯树脂84.2％、相容剂接枝马来酸酐5％，半受阻酚抗氧剂ao-800.4％、光稳定剂2，4-二羟基二苯甲酮0.05％、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.05％、加工助剂(油酯酰胺、三聚甘油单硬脂酸脂和硬脂酸钙按照重量比1:1:1进行混合复配而成)0.3％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将上述改性制得的玻璃纤维10％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为200-250℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例2
按重量百分比计，将聚丙烯树脂84.2％、相容剂接枝马来酸酐5％，半受阻酚抗氧剂ao-800.4％、光稳定剂2，4-二羟基二苯甲酮0.05％、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.05％、加工助剂(油酯酰胺、三聚甘油单硬脂酸脂和硬脂酸钙按照重量比1:1:1进行混合复配而成)0.3％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将普通玻璃纤维10％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为200-250℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例3：
将质量比为普通玻璃纤维：碳酸氢钠：二亚(3，4-二甲基)苄基山梨糖醇(dmdbs)＝100：2：1的比例称好，放入高混机中，加热至80℃，混合搅拌30分钟即得表面负载成核剂的改性玻璃纤维。
按重量百分比计，将聚丙烯树脂47％、相容剂接枝马来酸酐10％，热稳定剂(由杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯＝1:1)1％、光稳定剂(由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯＝1:1:1)1％、加工助剂(由山梨醇酐单硬脂酸酯、硬脂酸单甘油酯、及硬脂酸镁按照重量比1:1:1进行混合复配)1％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将上述改性制得的玻璃纤维40％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为240-270℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例3
按重量百分比计，将聚丙烯树脂47％、相容剂接枝马来酸酐10％，热稳定剂(由杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯＝1:1)1％、光稳定剂(由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯＝1:1:1)1％、加工助剂(由山梨醇酐单硬脂酸酯、硬脂酸单甘油酯、及硬脂酸镁按照重量比1:1:1进行混合复配)1％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将普通玻璃纤维40％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为240-270℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
实施例4：
将质量比为普通玻璃纤维：碱性化合物(由质量比碳酸钠：碳酸钾＝1:1复配)：二亚(3，4-二甲基)苄基山梨糖醇(dmdbs)＝100：1.5：0.6的比例称好，放入高混机中，加热至70℃，混合搅拌15分钟即得表面负载成核剂的改性玻璃纤维。
按重量百分比计，将聚丙烯树脂61.2％、相容剂接枝马来酸酐7％，热稳定剂(由杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯＝1:1)0.7％、光稳定剂(由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯＝1:1:1)0.6％、加工助剂(由山梨醇酐单硬脂酸酯、硬脂酸单甘油酯、及硬脂酸镁按照重量比1:1:1进行混合复配)0.5％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将上述改性制得的玻璃纤维30％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为220-250℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
对比例4
按重量百分比计，将聚丙烯树脂61.2％、相容剂接枝马来酸酐7％，热稳定剂(由杯芳烃类热稳定剂和硫代二丙酸二月桂酯＝1:1)0.7％、光稳定剂(由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3,5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑和单苯甲酸间苯二酚酯＝1:1:1)0.6％、加工助剂(由山梨醇酐单硬脂酸酯、硬脂酸单甘油酯、及硬脂酸镁按照重量比1:1:1进行混合复配)0.5％加入混合设备中进行均匀混合，将混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，将普通玻璃纤维30％从双螺杆挤出机侧喂料口加入，再将得到的混合物和玻璃纤维通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，熔融温度范围为220-250℃，并通过造粒加工方式得到所述的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
将上述实施例1-4和对比例1-4所制得的聚丙烯复合材料分别注塑成样条，然后按照本行业的测试标准分别测试其机械强度，具体如下表1所示：
表1
从上表1可见，本发明实施例1-4所制得的高强度玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比于传统玻纤增强聚丙烯材料，明显具有更高的强度和冲击性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。