本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种抗浮纤母粒、低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
玻纤增强聚丙烯(gfrpp)具有质轻、抗冲、疲劳韧性好、成型周期短、可循环利用等优点，很大程度上解决了纯pp易老化、耐低温冲击性差等一系列不足，在70年代投入使用后便在机电工业、防腐工程、建筑工业以及航空航天、船舶、车辆等许多领域得到了广泛的应用。但是，在工程应用方面，gf外露的现象又很大程度上限制了gfrpp材料的使用。近年来，随着对高分子材料使用环境、美观性要求的提高，人们对gfrpp复合材料的表面浮纤情况提出了更高的要求。众多研究将玻纤与聚丙烯混合制成抗浮纤母粒，再与聚丙烯二次混合制成复合材料，取得了一定的成果，但仍存在一定的局限性，其生产工艺复杂且生产周期长。
如中国专利cn102070843a公布了利用长玻纤增强聚丙烯母粒和高抗冲、低纤维母粒批混生产高抗冲、低浮纤长玻纤增强聚丙烯复合材料，可以提高复合材料的表面性能，但是对于短切玻纤增强聚丙烯复合材料表面浮纤问题没有解决。
如中国专利cn103772813a公开了一种短切纤维或连续纤维增强高流动速率聚丙烯母粒与低流动速率聚丙烯混合制备低浮纤复合材料，降低了复合材料浮纤状况，但是工艺复杂、生产周期长，不适合企业高批量生产。
现有技术中，人们预通过制备抗浮纤母粒来改善玻璃纤维增强树脂过程中出现的浮纤现象。但目前的抗浮现母粒除了以氧化锌或聚苯硫醚作为主要成分，还需加入多种抗氧剂、偶联剂、相容剂等多种助剂，制备过程复杂，成产周期长，同样不适合规模化生产。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料浮纤问题严重，生产过程复杂，不能满足外观件和批量生产的要求，本发明第一个目的是提供一种制备简单、原料易得的抗浮纤母粒，以应对现有技术中对于短切玻璃纤维增强树脂材料的浮纤问题一直没有得到有效解决的问题，同时提出了一种生产工艺简单，生产周期短，价格低廉，环境友好的低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，以用于汽车、航天、电器等对浮纤要求较高的制造行业。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗浮纤母粒，由玻璃纤维和聚丁烯-1组成，其中玻璃纤维15～30份，聚丁烯-16～20份。
所述的聚丁烯-1是指在190℃/2.16kg条件下的熔融指数为0.48g/10min的低流动速率聚丁烯-1或16g/10min的高流动速率聚丁烯-1中的任一种。
所述玻璃纤维为纤维直径为8～20μm，长度为3.0～4.5mm的无碱短切玻璃纤维。选择无碱玻璃纤维可以提高材料强度。
该抗浮纤母粒的制备方法是：
将玻璃纤维与聚丁烯-1压制成薄片，自然冷却12h使薄片具备一定硬度，然后用高速混合机将薄片打碎混合均匀，得到直径在15mm以下的小薄片，完成pb-1/gf母粒的制备过程。为保证聚丁烯-1具备极佳的粘度，达到较好的包覆效果，其中，所述开炼机的加工温度为130-140℃。
上述抗浮纤母粒可用于制备低浮纤复合材料，如玻璃纤维增强聚丙烯、玻璃纤维增强尼龙、玻璃纤维增强聚酯、玻璃纤维增强聚碳、玻璃纤维增强abs、玻璃纤维增强as、玻璃纤维增强pps、玻璃纤维增强pbt、玻璃纤维增强ppa等。
一种低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份数原料：
所述聚丙烯选自无规立构聚丙烯、等规立构聚丙烯或间规立构聚丙烯中的一种或几种，聚丙烯为在190℃/2.16kg条件下熔融指数为21.26g/10min的高流动速率聚丙烯或2.0-4.0g/10min的低流动速率聚丙烯。
所述相容剂为接枝率为0.3～1.0％的pp-g-mah或pp-g-gma。
所述抗氧剂为1010、168、bht、164、dltp的一种或几种的混合物。
所述润滑剂为pe蜡、微晶石蜡、低分子量聚丙烯、stca的一种或几种的混合物。
本发明同时请求保护上述低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法：
将聚丙烯45～70份、玻璃纤维0～15份、相容剂3份、润滑剂0.2～0.7份、抗氧剂0.2～0.5份和抗浮纤母粒21～50份一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
有益效果：本发明通过将聚丁烯-1和玻璃纤维熔炼制备了一种新的抗浮纤母粒，聚丁烯-1具有高剪切变稀性，流动性极好，低结晶温度的特点，由于聚丁烯-1具备极佳的流动性，熔体质量流动速率低，在注塑时更易到达模具的表面，对玻璃纤维可以起到一定覆盖的作用。同时在制备玻璃纤维增强聚丙烯复合材料时，其对复合材料中的纤维也起到包覆效果，使该复合材料综合性能优良，且表面具有极少的浮纤，以用于汽车、航天、电器等对浮纤要求较高的制造行业。
附图说明
图1为本发明制备的复合材料sem照片。其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4，e为实施例5，f为实施例6，g为对比例1，h为对比例2，i为对比例3。
具体实施方式
为进一步了解本发明，结合以下实例对本发明实施方案进行描述，但是，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征，而不是对本发明权利要求书的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
下面实施例中所选用的无碱短切玻璃纤维优选泰山玻璃纤维有限公司，纤维直径为8～20μm，长度为3.0～4.5mm。聚丙烯优选大连西太平洋石油化工有限公司。聚丁烯-1优选山东瑞达化工有限公司。当然可以也选择其他市售的短切玻璃纤维，聚丙烯原料，聚丁烯-1。
实施例1
1、玻璃纤维的包覆处理：
将玻璃纤维30份与熔融指数为0.48的聚丁烯-1为6份经过双辊开炼机均匀混合，压制成厚度为5mm的薄片，自然冷却12h使薄片具备一定硬度，然后用高速混合机将薄片打碎混合均匀，得到直径在15mm以下的小薄片，完成pb-1/gf母粒的制备过程。其中，所述开炼机的加工温度为130℃。
2、低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备：
将熔融指数为21.26的聚丙烯59.4份、接枝率0.8％的相容剂pp-g-mah为3份、经表面包覆处理的抗浮纤母粒36份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
实施例2
1、玻璃纤维的包覆处理：
将玻璃纤维30份与熔融指数为0.48的聚丁烯-1为6份经过双辊开炼机均匀混合，压制成厚度为5mm的薄片，自然冷却12h使薄片具备一定硬度，然后用高速混合机将薄片打碎混合均匀，得到直径在15mm以下的小薄片，完成pb-1/gf母粒的制备过程。其中，所述开炼机的加工温度为130℃。
2、低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备：
将熔融指数为2.8的聚丙烯55.4份、接枝率0.8％的相容剂pp-g-mah为3份、经表面包覆处理的抗浮纤母粒40份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
实施例3
1、玻璃纤维的包覆处理：
将玻璃纤维15份与熔融指数为0.48的聚丁烯-1为10份经过双辊开炼机均匀混合，压制成厚度为5mm的薄片，自然冷却12h使薄片具备一定硬度，然后用高速混合机将薄片打碎混合均匀，得到直径在15mm以下的小薄片，完成pb-1/gf母粒的制备过程。其中，所述开炼机的加工温度为130℃。
2、低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备：
将熔融指数为21.26的聚丙烯55.4份、玻璃纤维15份、接枝率0.8％的相容剂pp-g-mah为3份、经表面包覆处理的抗浮纤母粒25份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
实施例4
1、玻璃纤维的包覆处理：
将玻璃纤维15份与熔融指数为0.48的聚丁烯-1为15份经过双辊开炼机均匀混合，压制成厚度为5mm的薄片，自然冷却12h使薄片具备一定硬度，然后用高速混合机将薄片打碎混合均匀，得到直径在15mm以下的小薄片，完成pb-1/gf母粒的制备过程。其中，所述开炼机的加工温度为130℃。
2、低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备：
将熔融指数为21.26的聚丙烯50.4份、玻璃纤维15份、接枝率0.8％的相容剂pp-g-mah为3份、经表面包覆处理的抗浮纤母粒30份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
实施例5
1、玻璃纤维的包覆处理：
将玻璃纤维30份与熔融指数为16的聚丁烯-1为10份经过双辊开炼机均匀混合，压制成厚度为5mm的薄片，自然冷却12h使薄片具备一定硬度，然后用高速混合机将薄片打碎混合均匀，得到直径在15mm以下的小薄片，完成pb-1/gf母粒的制备过程。其中，所述开炼机的加工温度为130℃。
2、低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备：
将熔融指数为21.26的聚丙烯55.4份、接枝率0.8％的相容剂pp-g-mah为3份、经表面包覆处理的抗浮纤母粒40份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
实施例6
1、玻璃纤维的包覆处理：
将玻璃纤维30份与熔融指数为16的聚丁烯-1为10份经过双辊开炼机将薄片打碎均匀混合，压制成厚度为5mm的薄片，自然冷却12h使薄片具备一定硬度，然后用高速混合机混合均匀，得到直径在15mm以下的小薄片，完成pb-1/gf母粒的制备过程。为保证聚丁烯-1具备极佳的粘度，达到较好的包覆效果，其中，所述开炼机的加工温度为130-140℃。
2、低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备：
将聚熔融指数为21.26的丙烯55.4份、接枝率0.8％的相容剂pp-g-gma为3份、经表面包覆处理的抗浮纤母粒40份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
对比例1
将熔融指数为21.26的聚丙烯55.4份、相容剂pp-g-mah为3份、玻璃纤维30份、熔融指数为0.48的pb-1为10份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
对比例2
将熔融指数为21.26的聚丙烯55.4份、相容剂pp-g-mah为3份、玻璃纤维30份、熔融指数为16的pb-1为10份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
对比例3
将熔融指数为2.8的聚丙烯65.4份、相容剂pp-g-mah为3份、玻璃纤维30份和润滑剂pe蜡0.5份、润滑剂stca为0.2份，抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂168为0.2份，一起加入高速混合机中混合均匀后，加入双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、水冷、切粒成长度为2～5mm的粒料，得到低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。其中，所述挤出机的加工温度由下料口到机头依次为199℃、230℃、230℃、230℃、231℃、230℃，主机转速为100rpm。
性能评价方式：
将上述实施例1-6与对比例1-3所制备的低浮纤玻璃纤维增强聚丙烯复合材料均按照统一工艺注塑成国标样条，按照表1中所列的测试标准和条件对其分别进行机械性能测试，测试数据如表2所示。样品表面微观形貌采用sem(日本电子公司，jsm-6460lv)进行扫描电镜分析。
表1复合材料的性能测试标准和条件
表2实施案例中各复合材料的性能测试结果
从表2和图1中可以看出，在相同条件下对比增强聚丙烯复合材料的力学性能和外观情况可以得出以下结论：1、相同配方组成和加工工艺条件下，采用抗浮纤母粒制备的样品较pp/gf/pb-1直接混合造粒样品机械强度可以达到应用级别；2、采用抗浮纤母粒制备的复合材料较pp/gf/pb-1直接造粒浮纤情况有显著改善，材料表面浮纤明显减少，即使有部分gf也被树脂紧紧包裹住。
从上述结论中可以看出，采用抗浮纤母粒制备的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能满足要求，且表面没有或者仅有轻微的浮纤，使一直以来纤维增强复合材料制件表面浮纤现象得到了解决，可以满足用于汽车、航天、电器等对浮纤要求较高的制造行业，且材料的生产工艺简单，成本低廉，无二次污染。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。