一种长玻纤增强聚丙烯复合材料、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复合材料、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55～75份，连续玻璃纤维20～40份，偶联剂0.1～0.5份，主抗氧剂0.01～0.1份，辅助抗氧剂0.01～0.1份，润滑剂0.5～1份，相容剂3.5～4.2份。本发明还提供了一种上述长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法及上述的长玻纤增强聚丙烯复合材料用作汽车零部件的用途。本发明提供的长玻纤增强聚丙烯复合材料广泛应用在汽车仪表板、车门板、内护板等汽车零部件，具有成本低、注塑成型周期短、制件残余应力低、翘曲变形小、产品不良率低等特点。
【专利说明】—种长玻纤增强聚丙烯复合材料、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】，涉及一种专用于汽车门板低压注塑成型的长玻纤增强聚丙烯复合材料、制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]目前汽车零部件生产厂家普遍采用高压注塑成型来生产汽车门板，低压注塑工艺起源于欧洲的汽车工业，到目前为止在欧美、日韩等的汽车工业领域和电子电气领域已经成功应用了十几年，在我国目前尚处在初步阶段。这种成型加工技术包括:在控制注射速度和压力的同时，向模腔注入完全塑化的均一的熔融料，以便在整个充模过程中，保证获得完整平滑的熔流锋面或熔流前缘。上述途径无须成型件外部保压，可节省原料多达5%，并降低了制件的模塑残余应力。
[0003]与常规的高压高速成型法相比，低压注塑使用先进的计算机控制注射过程，在整个充模过程，精确量的熔体被平稳的注入到模具腔体中，在到达模腔边缘前保持连续的熔流锋面，这种加工方法与常规方法适用的常识相反，无须告诉高压充模，熔体在充模时即逐步冷却、变硬。高压力保压会将应力带入最终制品中，导致制件翘曲变形较大，而且高速和高压，要求较大锁模力的设备和成本更高的模具。
[0004]汽车用车门护板最初采用钣金件，为降低车身重量和材料成本，目前通常采用长玻纤增强聚丙烯材料。长玻纤增强聚丙烯材料作为一种新型通用工程塑料，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，目前不仅应用在汽车外部结构部件，如发动机罩盖、前端支架等，而且因为其优异的力学性能和高的性价比，也开始广泛应用在汽车内饰部件，如内护板、仪表板、安全气囊壳体等部件，取代金属、短玻纤增强尼龙等材料。
[0005]但是，长玻纤增强聚丙烯`材料由于纤维长度较长，材料的流动性较低，国内生产的长玻纤增强聚丙烯材料刚性可以满足门护板的要求，但是在低压注塑时存在缺料，注塑不良率高的问题，而国外长玻纤增强聚丙烯虽然可以同时满足刚性和低压注塑的要求，但是材料成本较高。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种专用于汽车门板低压注塑成型的长玻纤增强聚丙烯复合材料。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种上述长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法。
[0008]本发明的第三个目的是提供一种上述长玻纤增强聚丙烯复合材料材料的用途。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]本发明提供了一种长玻纤增强聚丙烯复合材料，该材料由包括以下重量份的组分制成:
[0011]聚丙烯55~75份，[0012]连续玻璃纤维 20-40份，
[0013]偶联剂0.1~0.5份，
[0014]主抗氧剂0.01~0.1份，
[0015]辅助抗氧剂0.01~0.1份，
[0016]润滑剂0.5~1份，
[0017]相容剂3.5~4.2份。
[0018]所述的聚丙烯为高融指嵌段共聚聚丙烯。
[0019]所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2~4mol%，聚丙烯的熔体流动速率(230°C，2.16Kg)为 10(Tl30g/10min，优选 ll(Tl20g/10min。
[0020]所述的连续玻璃纤维选自连续无碱玻璃纤维，纤维直径10-22μπι，线密度100(T4800tex。
[0021]所述的偶联剂选自Y _氨丙基二乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)或Y _2，3环氧丙氧-丙基二甲氧基硅烷(KH560),优选Y -氣丙基二乙氧基硅烷。
[0022]所述的主抗氧剂选自四[甲基-β_(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β- (3,5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N，N’ -双-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，优选四[甲基-β- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)。
·[0023]所述的辅助抗氧剂选自三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯，优选三[2.4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
[0024]所述的润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、聚乙烯蜡或季戊四醇硬脂酸脂中的一种或者一种以上，优选乙撑双硬脂酰胺。
[0025]所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89、.91g/cm3,熔点为16(Tl80°C，熔体流动速率(2300C，2.16Kg)为 6(Tl20g/10min，优选为 90~110g/10min,马来酸酐的接枝率为0.8^1.2%。
[0026]所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的切粒长度为11-13臟，粒径为3.0^4.0mm。
[0027]本发明还提供了一种上述长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包含以下步骤:
[0028](I)将55~75份聚丙烯、0.1~0.5份偶联剂、0.01~0.1份主抗氧剂、0.01~0.1份辅助抗氧剂、0.5^1份润滑剂、3.5^4.2份相容剂，依次加入到高混机中，混料温度控制为4(T60°C，混料时间为3飞分钟，然后将混好的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
[0029]( 2)采用连续纤维增强热塑性材料的浸溃设备，将步骤(1)中混好的聚丙烯混合树脂挤入与挤出机机头相连接的浸溃设备中，然后连续玻璃纤维在牵引机的作用下进入到浸溃设备，在此与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸溃分散，通过选择定型口模的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为20-40份，调整切粒机的切刀转速，制备得到长玻纤增强聚丙烯复合材料。
[0030]所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为2(T65mm，螺杆的长径比为40:1，混合熔融温度设定为: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，熔体温度205~215°C，机头温度215~225°C。
[0031]所述的浸溃设备温度为22(T230°C。[0032]所述的定型口模的尺寸为3.0-4.0mm。
[0033]本发明还提供了一种上述长玻纤增强聚丙烯复合材料用作汽车零部件的用途。
[0034]本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0035]1、采用本发明生产的长玻纤增强聚丙烯复合材料不仅具有良好的刚韧性，同时具有良好的流动性，既可以满足汽车门板对材料的刚性要求，又可以满足低压注塑的成型工艺。
[0036]2、本发明采用连续玻璃纤维增强聚丙烯树脂，粒子的切粒长度在If 13mm，粒子中纤维在树脂中沿切粒方向有序排列，纤维长度与粒子等长，此材料同时具备优异的刚性、冲击韧性和良好的耐热温度，特别是具有优异的低温冲击性能。
[0037]3、本发明具有设计简单、成本低、产能高的特点。
[0038]4、本发明提供的长玻纤增强聚丙烯复合材料广泛应用在汽车仪表板、车门板、内护板等汽车零部件，具有成本低、注塑成型周期短、制件残余应力低、翘曲变形小、产品不良率低等特点。
【具体实施方式】
[0039]以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0040]实施例1
[0041]聚丙烯65份，
[0042]连续玻璃纤维30份，
`[0043]偶联剂0.5份，
[0044]主抗氧剂0.05份，
[0045]辅助抗氧剂0.05份，
[0046]润滑剂0.5份，
[0047]相容剂3.9份，
[0048]其中，聚丙烯为高融指嵌段共聚聚丙烯，嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2~4mol%，聚丙烯的熔体流动速率为110g/10min，测试条件为230°C，2.16Kg ;连续玻璃纤维为连续无碱玻璃纤维，纤维直径17 μ m，线密度2400tex ；
[0049]偶联剂为硅烷偶联剂KH550 ；
[0050]主抗氧剂为四[甲基-β- (3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯，即抗氧剂1010 ；
[0051]辅助抗氧剂为三[2.4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯，即抗氧剂168 ；
[0052]润滑剂为乙撑双硬脂酰胺EBS ；
[0053]相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89、.91g/cm3，熔点为16(Tl80°C，马来酸酐的接枝率为1.0%，熔体流动速率为100g/10min，测试条件为230°C，2.16Kg。⑴混料准备；将65份聚丙烯、0.5份偶联剂、0.05份主抗氧剂、0.05份辅助抗氧剂、0.5份润滑剂、0.5份相容剂，依次加入到高混机中，混料温度控制在50°C，混料时间4min后停止，然后将混好的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用；
[0054]⑵聚丙烯复合材料的制备；采用连续纤维增强热塑性材料的浸溃设备，将步骤(O中混好的聚丙烯混合树脂挤入与双螺杆挤出机机头相连接的浸溃设备中，然后连续玻璃纤维在牵引机的作用下进入到浸溃设备，在此与熔融的聚丙烯树脂进行浸溃分散，通过选择定型口模的尺寸(3.5mm)来调整复合材料中玻纤在复合材料中的含量，同时调整挤出机的主机转速和喂料速度，使复合材料中连续纤维含量控制为30份，调整切粒机的切刀转速，使制备得到的聚丙烯复合材料的切粒长度控制在ll_13mm,粒径3.5mm。
[0055]双螺杆挤出机，螺杆直径42mm，螺杆的长径比为40:1，混合熔融温度设定为: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，熔体温度205~215°C，机头温度215~225°C ;浸溃设备温度为22(T230°C ；
[0056]长玻纤增强聚丙烯复合材料可以作为汽车仪表板、车门板、内护板等汽车零部件，具有成本低、注塑成型周期短、制件残余应力低、翘曲变形小、产品不良率低等特点。
[0057]将上述方法制得的聚丙烯复合材料注塑成ASTM标准样条，进行如下性能的测试(见表1)，其测试结果如表2所示。
[0058]表1为本发明实施例中产品所测试的项目以及测试标准。
[0059]将实施例得到的材料在低压注塑门板模具进行注塑和制件刚性测试；
[0060]表1
[0061]
【权利要求】
1.一种长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:该材料由包括以下重量份的组分制成: 聚丙烯55~75份， 连续玻璃纤维20-40份， 偶联剂0.1~0.5份， 主抗氧剂0.Ο1~Ο.1份， 辅助抗氧剂0.Ο1~Ο.1份， 润滑剂0.5^1份， 相容剂3.5~4.2份。
2.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述的聚丙烯为高融指嵌段共聚聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯基含量为2~4mol%，聚丙烯的熔体流动速率为10(Tl30g/10min，优选 ll(Tl20g/10min。
4.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述的连续玻璃纤维选自连续无碱玻璃纤维，纤维直径10~22 μ m,线密度100(T4800tex。
5.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述的偶联剂选自Y-氨丙基二乙氧基硅烷或Y _2，3环氧丙氧-丙基二甲氧基硅烷,优选Y-氨丙基二乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述的主抗氧剂选自四[甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N，N’ -双-(3- (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，优选四[甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
7.根据权利要求1所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于:所述的辅助抗氧剂选自三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯，优选三[2.4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯； 所述的润滑剂选自乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、聚乙烯蜡或季戊四醇硬脂酸脂中的一种或者一种以上，优选乙撑双硬脂酰胺； 所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度为0.89、.91g/cm3，熔点为16(Tl80°C，熔体流动速率为6(Tl20g/10min，优选为9(Tll0g/10min，马来酸酐的接枝率为0.8~1.2% ；所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的切粒长度为ll_13mm，粒径为3.0-4.0mm。
8.权利要求1至7任一所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于:该方法包含以下步骤: (1)将55~75份聚丙烯、0.1~0.5份偶联剂、0.01~0.1份主抗氧剂、0.01~0.1份辅助抗氧剂、0.5^1份润滑剂、3.5^4.2份相容剂，依次加入到高混机中，混料温度控制为4(T60°C，混料时间为3飞分钟，然后将混好的聚丙烯混合树脂加到挤出机的料斗中备用； (2)采用连续纤维增强热塑性材料的浸溃设备，将步骤(1)中混好的聚丙烯混合树脂挤入与挤出机机头相连接的浸溃设备中，然后连续玻璃纤维在牵引机的作用下进入到浸溃设备，在此与熔融的聚丙烯混合树脂进行浸溃分散，通过选择定型口模的尺寸来调整复合材料中连续玻璃纤维在复合材料中的含量为20-40份，调整切粒机的切刀转速，制备得到长玻纤增强聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求8所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于:所述的挤出机为双螺杆挤出机，螺杆直径为2(T65mm，螺杆的长径比为40:1，混合熔融温度设定为: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，熔体温度205~215°C，机头温度215~225°C ； 所述的浸溃设备温度为22(T230°C ； 所述的定型口模的尺寸为3.0^4.0mm。
10.权利要求1至7任一所述的长玻纤增强聚丙烯复合材料用作汽车零部件的用途。
【文档编号】C08L51/06GK103589103SQ201210288635
【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