一种长玻纤增强聚丙烯材料、制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于高分子材料【技术领域】，公开了一种长玻纤增强聚丙烯材料、制备方法及其应用。该材料由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯80~85份，马来酸酐接枝聚丙烯2.0~3.0份，玻璃纤维13~17份，偶联剂0.5~1.5份，复合抗氧剂0.75~1.25份，润滑剂0.5~0.8份，金属钝化剂0.1~0.3份。本发明还公开了上述长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法及上述长玻纤增强聚丙烯材料用作滚筒洗衣机外桶的用途。本发明所制得的玻纤增强聚丙烯材料在保证优异的耐水煮性、高抗热氧化性能的同时，具有良好的力学性能，适合应用于洗衣机滚筒材料。
【专利说明】一种长玻纤增强聚丙烯材料、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料【技术领域】，涉及一种长玻纤增强聚丙烯材料、制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]与波轮洗衣机相比，滚筒洗衣机具有明显的优点:I)洗净度高。滚筒洗衣机可以对水进行加温，使洗衣粉发挥极佳去污能力；2)衣物磨损小。衣物直接与内筒凸槽进行接触，形成揉搓、摔打，如同手洗——这就是滚筒洗衣机的洗涤效果。它避免了因波轮高速旋转水流对衣物的剧烈搅动、缠绕，因此没有结绳现象，衣物磨损小，不会变形，可以洗涤羊毛等高档衣物。不会出现羊毛衫在洗涤后领口套进肩膀的情况；3)节约水电。滚筒洗衣机是通过转动滚筒来达到洗涤效果，而无需依靠大量的水流进行洗涤工作，所以它仅需要水稀释洗涤剂，能够浸透衣物就可以了，因此能大大节约用水量。普通洗衣机是依靠转动水流洗涤衣物，因此用水量比较大；4)节约洗衣粉。由于用水量少，而且滚筒洗衣机可以加温洗涤，洗衣粉的功效能得以充分发挥，因此滚筒洗衣机只需少量的洗衣粉就能达到理想的洗涤浓度。[0003]滚筒洗衣机在脱水时的转速在80(Tl000r/min左右的为中速，在此转速条件下，洗衣机的滚筒材料多采用矿物填充聚丙烯或者短纤增强聚丙烯材料，但是转速达到1200r/min以上，短纤增强聚丙烯材料的强度就很难满足滚筒的工作要求，由于长纤增强聚丙烯具有更高的刚性和韧性，因此国外在高转速滚筒洗衣机中多采用长纤增强聚丙烯材料，但是国外长纤增强聚丙烯的价格较高，限制了该材料在国内滚筒洗衣机上的应用。
[0004]中国专利CN91101408提出了一种改性聚丙烯洗衣机内桶料，该专利将不同性能的聚乙烯、聚丙烯、SBS共混后二次造粒，工艺简单，但是难以满足高转速滚筒洗衣机对材料强度的要求。
[0005]玻纤增强的聚丙烯材料作为一种通用工程塑料，它具有高强度、高刚度、刚冲击强度、低密度、低翘曲蠕变性、抗动态疲劳性能优异的性能，因其性价比高，广泛应用于汽车、家电等结构零部件，取代金属、短玻纤增强尼龙等材料。但是聚丙烯应用到一些高标准部件时，其耐水煮性能和耐热氧化性能就不能满足要求。比如现在市场上出现的洗衣机具有高温洗涤、杀菌和烘干功能，这使得用于生产洗衣机滚筒的聚丙烯材料不仅具有良好的力学性能和强度，还要求具有良好的耐水煮性能和高的耐热氧化性能，因此所有的聚丙烯制品都必须添加抗氧剂。普通的抗氧体系，如抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DSTP协同体系对普通的非填充或者增强聚丙烯材料非常有效，但对填充或增强聚丙烯材料的效果就不是很理想。玻纤增强聚丙烯材料在这一问题上显得尤为突出。这是因为，一方面玻璃纤维所含有的一些组分以及在对玻纤进行表面处理时所使用的一些处理剂组分通常会加速聚丙烯材料的老化；另一方面在玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备过程中，人们通常需要加入一定量的、能够促使玻纤与聚丙烯树脂形成良好界面良好粘接效果的增强剂，如某些有机酸或者酸酐接枝功能化的聚丙烯，这些功能接枝化的相容剂对添加的普通抗氧体系有很大的冲突作用，减弱了抗氧剂在聚丙烯材料中的抗氧老化作用；另外，普通抗氧体系具有一定的水溶性，在水煮过程中抗氧剂会不断析出，材料中残存的抗氧剂越来越少，从而使得材料的抗氧能力不断下降。
[0006]国内聚丙烯改性生产厂家虽然比较多，但是由于材料配方和加工工艺还不完善，因此国内厂家生产的改性聚丙烯材料在力学性能、耐水煮性能和耐热氧化性能上还是跟国外材料有一定的差距。
【发明内容】
[0007]为了克服现有玻纤增强聚丙烯材料存在的问题，本发明的目的是提供一种成本较低、具有优异的力学性能以及耐水煮和高抗热氧化性能的长玻纤增强聚丙烯材料，专用于高转速滚筒洗衣机外桶。
[0008]本发明的另一个目的是提供一种上述长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法。
[0009]本发明的第三个目的是提供一种上述长玻纤增强聚丙烯材料用作滚筒洗衣机外桶的用途。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011]本发明提供了一种长玻纤增强聚丙烯材料，该材料由包括以下重量份的组分制成:
[0012]聚丙烯80~85份，
[0013]马来酸酐接枝聚丙烯2.0-3.0份，
[0014]玻璃纤维13~17份，
[0015]偶联剂0.5~1.5份，
[0016]复合抗氧剂0.75~1.25份，
[0017]润滑剂0.5~0.8份，
[0018]金属钝化剂0.1~0.3份。
[0019]所述的聚丙烯为高结晶均聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上，聚丙烯的熔体流动速率(230°C X 2.16Kg)为25~65g/10min，优选25~45g/10min ;其中:嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯乙烯基含量为5lmol%，高结晶均聚聚丙烯的结晶度大于等于75%,等规度大于等于95%。
[0020]所述的马来酸酐接枝聚丙烯的密度为0.89、.91g/cm3,熔点为16(Tl80°C，熔体流动速率(230°C X 2.16Kg)为3(Tl20g/10min，优选为6(Tl00g/10min，马来酸酐的接枝率为0.5~1.5%。
[0021]所述的玻璃纤维为无碱玻纤，纤维直径为10-17微米，线密度为120(T2400teX。
[0022]所述的偶联剂为Y _氛丙基_ 二乙氧基硅烷(KH-550)。
[0023]所述的复合抗氧剂包括质量百分比为15~25%的1，3，5，三(3，5_ 二叔丁基，4一轻基苄基)均三嗪(抗氧剂3114)、质量百分比为15~25%的4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)、质量百分比为35~45%的抗氧剂DSTP (硫代二丙酸二(十八)酯)和质量百分比为15~25%的三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
[0024]所述的润滑剂为芥酸酰胺。
[0025]所述的金属钝化剂为酰肼衍生物，优选为Irganox MD1024。
[0026]所述的长玻纤增强聚丙烯材料的切粒长度为If 13mm，粒径为4.5mm。[0027]本发明还提供了一种上述长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，该方法包括以下步骤:
[0028]将80~85份聚丙烯、2~3份马来酸酐接枝聚丙烯、0.5~1.5份偶联剂、0.75~1.25份抗氧剂、0.5^0.8份润滑剂和0.1~0.5份金属钝化剂依次加入到高混机中，混料时间为3~5分钟，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用；将13~17份玻璃纤维牵引到浸溃模具中(CN1488674，
【公开日】期:2004.04.14)，玻璃纤维在张力辊的作用下分散浸溃树脂，通过选择定型口模的尺寸，同时调整挤出机的主机转速和喂料速度，纤维含量控制为13~17份，调整切粒机的切刀转速，制备得到长玻纤增强聚丙烯材料。
[0029]所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为65mm，螺杆的长径比为40:1，混合熔融温度设定为:第一段160~l70°C，第二段170~l80°C，第三段180~190 °C，第四段190^2000C，第五段 200~210°C，熔体温度 200~210°C，机头温度 215~225°C。
[0030]所述的浸溃模具温度为220~230°C。
[0031]本发明还提供了一种上述长玻纤增强聚丙烯材料用作滚筒洗衣机外桶的用途。
[0032]本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0033]1、本发明使用了高效的抗氧剂体系，所制得的复合材料具有优异的耐水煮性能和高抗热氧化性能。
[0034]2、本发明所制得的玻纤增强聚丙烯材料在保证优异的耐水煮性、高抗热氧化性能的同时，具有良好的力学性能，适合应用于洗衣机滚筒材料。
[0035]3、本发明提出的玻纤增强聚丙烯复合材料的制备工艺简单、成本低。
[0036]4、本发明所得材料的性能已经超过目前国内外现有玻纤增强聚丙烯材料的性能，同时具有更低的材料成本。
【具体实施方式】
[0037]以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0038]以下所用的聚丙烯的熔体流动速率(230°C X2.16Kg)为25~65g/10min ;嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯乙烯基含量为5lmol%，高结晶均聚聚丙烯的结晶度大于等于75%,等规度大于等于95%。
[0039]以下所用的马来酸酐接枝聚丙烯的密度为0.89、.91g/cm3,熔点为160~l80°C，熔体流动速率(230°C X 2.16Kg)为30~l20g/10min，马来酸酐的接枝率为0.5~1.5%。
[0040]以下所用的玻璃纤维为无碱玻纤，纤维直径为10-17微米，线密度为1200~2400tex。
[0041]性能评价方式及实行标准:
[0042]试验条件:纯水浸溃，水温:90°C，水煮时间:800h、1600h、2400h、3200h ；
[0043]水煮以上时间后分别放入烘箱中进行热氧老化:老化温度:150°C，直到样条出现粉化为止。
[0044]拉伸性能测试按照ASTM D638进行，拉伸速度5mm/min,标距40mm,样条尺寸:全长175mm，平行部分:IOmmX 4mm ;弯曲测试按照ASTM D790进行，弯曲速度5mm/min，跨距100mm，样条尺寸:127mmX12.7mmX6.4mm;冲击性能测试按照ASTM D256进行，样条尺寸:80mmX 10mmX4mm (模塑缺口)。[0045]实施例1
[0046]将高结晶均聚聚丙烯83份，马来酸酐接枝聚丙烯2.0份，偶联剂KH-5501.0份，抗氧剂31140.2份，抗氧剂3000.2份，抗氧剂DSTP 0.4份，抗氧剂1680.2份，润滑剂芥酸酰胺0.5份,0.2份金属钝化剂汽巴精化的Irganox MD1024依次加入到高混机中，混合3_5min ；
[0047]将上述混合物加入到双螺杆挤出机中进行熔融塑化，并注入到浸溃模具中；
[0048]将15份的连续玻璃纤维牵引到浸溃模具中，在熔融的聚丙烯混合物中分散浸溃后，通过4.5mm的定型口模拉出，过水冷却，吹干料条表面的水分,然后切成长度为11~13_的粒子，粒径为4.5mm，得到专用于高转速滚筒洗衣机外桶的长玻纤增强聚丙烯材料；
[0049]所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径65mm，螺杆的长径比为40:1，混合熔融温度设定为:第一段16(Tl70°C，第二段17(Tl80°C，第三段18(Tl90°C，第四段19(T200°C，第五段20(T21(rC，熔体温度20(T21(rC，机头温度215~225°C ；
[0050]所述的浸溃模具温度为22(T230°C ；
[0051]一种上述长玻纤增强聚丙烯材料用作滚筒洗衣机外桶的用途。
[0052]对按照实施例1得到的本发明材料、以及现有的滚筒材料PP-LGF15 (KingFa)进行初期基本物性确认、90°C温水浸溃+150°C热氧老化，通过以下试验的评价比较，来确认本发明材料的性能。经比较国内的同类材料均不能达到本发明的特点，因此重点对本发明与国外同等材料进行试验比较，试验方法、试验结果参照如下资料:
[0053]1.通过实施例1与国外同等材料的初期基本物性比较，表1结果表明:实施例1得到的材料的初期性能优于P P-LGF15 (KingFa)材料。
[0054]表1
[0055]
【权利要求】
1.一种长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于:该材料由包括以下重量份的组分制成:
2.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于:所述的聚丙烯为高结晶均聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上，聚丙烯的熔体流动速率为25飞5g/10min,优选25~45g/10min ;其中:嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯乙烯基含量为5 8mol%,闻结晶均聚聚丙稀的结晶度大于等于75%,等规度大于等于95%。
3.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于:所述的马来酸酐接枝聚丙烯的密度为0.89~0.91g/cm3,熔点为16(Tl80°C，熔体流动速率为3(Tl20g/10min，优选为6(Tl00g/10min，马来酸酐的接枝率为0.5~1.5%。
4.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于:所述的玻璃纤维为无碱玻纤，纤维直径为10~17微米，线密度为120(T2400tex。
5.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于:所述的偶联剂为Y _氛丙基_ 二乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于:所述的复合抗氧剂包括质量百分比为15~25%的1，3，5，三(3，5- 二叔丁基，4一羟基苄基)均三嗪、质量百分比为15~25%的4，4’ -硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、质量百分比为35~45%的抗氧剂DSTP和质量百分比为15~25%的三[2.4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
7.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于:所述的润滑剂为芥酸酰胺； 所述的金属钝化剂为酰肼衍生物，优选为Irganox MD1024 ； 所述的长玻纤增强聚丙烯材料的切粒长度为If 13mm，粒径为4.5mm。
8.权利要求1至7任一所述的长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 将80-85份聚丙烯、2~3份马来酸酐接枝聚丙烯、0.5^1.5份偶联剂、0.75^1.25份抗氧剂、0.5~0.8份润滑剂和0.1~0.5份金属钝化剂依次加入到高混机中，混料时间为3飞分钟，然后将混好的物料加到挤出机的料斗中备用；将13~17份玻璃纤维牵引到浸溃模具中，玻璃纤维在张力辊的作用下分散浸溃树脂，通过选择定型口模的尺寸，同时调整挤出机的主机转速和喂料速度，纤维含量控制为13~17份，调整切粒机的切刀转速，制备得到长玻纤增强聚丙烯材料。
9.根据权利要求8所述的长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于:所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为65mm，螺杆的长径比为40:1，混合熔融温度设定为:第一段 16(Tl70°C，第二段 17(Tl80°C，第三段 18(Tl90°C，第四段 19(T20(TC，第五段 2(KT210°C，熔体温度20(T210°C，机头温度215~225°C ；所述的浸溃模具温度为220-230°C。
10.权利要求1至7任一所述的长玻纤增强聚丙烯材料用作滚筒洗衣机外桶的用途。
【文档编号】C08L51/06GK103589053SQ201210288577
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月14日 优先权日:2012年8月14日
【发明者】杨桂生, 蒋超杰, 孙利明 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司