本发明涉及聚丙烯复合材料领域，具体涉及一种抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：随着国民经济的快速发展，高性能、低成本热塑性树脂基复合材料得到了广泛应用。通过向热塑性树脂中添加增强纤维，同时对树脂进行改性等技术来制备纤维增强热塑性树脂基复合材料(新型结构复合材料、功能复合材料等)是新材料发展的一条行之有效的捷径。这已成为科技界、产业界的共识，这也是实现通用塑料工程化、工程塑料功能化、特种工程塑料实用化的最佳技术路线。长纤维增强热塑性复合材料(LFT)表现出比短纤维增强复合材料更佳的刚性和耐蠕变性，它的拉伸强度、弯曲强度以及热变形温度都比短纤维增强材料高。同时长纤维增强能使复合材料的冲击强度成倍的提高，并且在高温高湿下仍能保持良好的力学性能。长纤维增强聚丙烯复合材料(LFT-PP)具备短纤维增强聚丙烯难于达到的力学性能，其较高的拉伸、弯曲强度及模量实行了聚丙烯通用塑料工程化，已在汽车制造领域获得广泛应用，成为汽车工业实现低成本高效益目标的理想材料，是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种之一。随着汽车轻量化的不断推广和应用，长纤维增强聚丙烯复合材料在汽车前端模块中的应用越来越广泛。传统长纤维增强聚丙烯复合材料在制成前端模块制件在加工和使用过程中容易积累静电，当静电的累积到一定程度，导致制件吸尘，造成材料破坏，甚至产生静电火花，影响了制件和储存和安装，也存在着较大的安全隐患。为解决这问题，需要材料有优异的抗静电能力。申请公布号为CN101864141A(申请号为201010202218.7)中国发明专利申请公开了一种改性的ABS抗静电材料及其制备方法，所述抗静电材料的组份按照重量配比为：ABS树脂70％～90％、聚醚酯酰胺5％～15％、相容剂1％～5％、氧化锌晶须1％～15％、偶联剂0.01％～1％、热稳定剂0.1％～0.5％、润滑剂0.1％～0.4％，该技术方案通过添加14.55％的四针状氧化锌晶须使ABS的表面电阻由1.0×1016Ω，下降到了1.72×109Ω。公开号为CN101402753A(申请号为200810122062.4)中国发明专利申请公开了一种本色阻燃抗静电聚丙烯母粒，所用抗静电剂为四针状氧化锌晶须，使聚丙烯的表面电阻大幅度下降。公开号为CN101423666A(申请号为200810218776.5)中国专利申请公开了一种高韧性与抗静电性的无卤阻燃聚酰胺6的组合物，公开聚酰胺6、阻燃剂、抗静电剂四针状氧化锌晶须、增塑剂及其它助剂各组分含量，通过添加四针状氧化锌晶须抗静电剂实现增无卤阻燃聚酰胺6的组合物的抗静电效果。虽然本发明中使用的主要原料四针状氧化锌晶须抗静电剂在上述三篇对专利中有些已经使用，但是未发现通过添加四针状氧化锌晶须来改善长玻纤增强聚丙烯的抗静电能力的专利。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供了一种抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，可应用于汽车前端模块。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分制成：本发明中，加入氧化锌晶须不仅能使复合材料达到理想的抗静电效果，消除材料表面的积尘现象，提高材料表面质量，而且与连续玻璃纤维、聚丙烯等其他材料复合材一起，能够显著提高材料的力学性能。进一步优选，所述的抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分制成：作为优选，所述的抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分制成；所述的抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，由以下重量份的组分制成；本发明中，采用氧化锌晶须、甘油单硬脂酰酯、乙氧化胺三者复合，三种抗静电剂复合，能够产生协同作用，甘油单硬脂酰酯抗静电剂，建立导电通道将电荷带到接地线，在挤出后期起到润滑和脱模作用，甘油单硬脂酰酯抗静电剂在挤出过程中分散入聚合物中。挤出后，甘油单硬脂酰酯抗静电剂会迁移至聚合物表面–因为它与聚合物的不相容性–在聚合物表面形成均一的一层，这一层亲水物质覆盖在聚合物表面吸收空气中的水份形成导电通道,以提高聚合物表面的导电性。乙氧化胺抗静电剂均匀分散到熔融的聚合物中，分子随时间逐渐迁移到材料表面，吸附空气中水分子，减小表面电阻，降低材料表面电荷密度，从而使材料具有持久的抗静电作用。氧化锌晶须、甘油单硬脂酰酯、乙氧化胺三者复配会有协同作用，不但能够进一步降低表面电阻，而且还能提高力学性能。以下作为本发明的优选技术方案：所述的聚丙烯为BX3920、BX3900、HX3900、HJ311MO、EA5076、K7760、K7100、Y2600T、BJ368MO中的一种或者几种以上不同牌号聚丙烯的掺混物；所述的长玻璃纤维为泰山T838T型、欧文斯科宁SE4805型、SE4305型中的一种；所述的相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物(PP-g-MAH)、聚丙烯-丙烯酸接枝物(PP-g-MAA)、聚丙烯-甲基丙烯酸接枝物(PP-g-MAA)中的一种或者几种。上述相容剂可以有效改善聚合物和长玻纤的相容性。所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]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、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸、1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、季戊四醇类十二硫代丙酯、硫代二丙酸双月桂酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或者两种以上(包括两种)。所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺、聚乙烯蜡粉、马来酸接枝PE蜡中的一种或者两种以上(包括两种)。所述的偶联剂为KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)、KH570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)中的一种或者两种以上(包括两种)，具体可选用硅烷偶联剂KH550。所述的氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须，针状体长度为10-50μm，针状体根部为0.5-5μm，长径比为20-50，表观密度为0.2±0.1g/cm3，真实密度5.4±0.2g/cm3，耐热大于800℃。一种抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化锌晶须干燥，得到干燥后的氧化锌晶须；(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂、偶联剂、干燥后的氧化锌晶须以及选择性加入的甘油单硬脂酰酯、乙氧化胺，混合均匀，得到混合物料；(3)将步骤(2)中的混合物料置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，经水冷、牵引、切粒得到抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。连续玻璃纤维的含量和粒料尺寸通过浸渍模头的出料孔直径和单束纤维根数进行控制。得到的抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的长度为8-14mm。步骤(1)中，所述的干燥的条件为：70℃～90℃干燥3h～5h，80℃干燥4h。步骤(2)中，所述的混合均匀在高速混合机中进行，转速为500-3000r/min，时间为5-20分钟。步骤(3)中，双螺杆挤出机加工温度第一区到第八区温度设定分别为100～120℃、120～140℃、160～180℃、180～200℃、200～220℃、220～240℃、240～260℃、260～280℃，浸渍模头温度为260～360℃。双螺杆挤出机的主机转速为300-400转/min。该抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料特别适合用于制备汽车前端模块。与现有技术相比，本发明具有如下优点：与传统双螺杆挤出玻纤增强聚丙烯相比，本发明采用连续长纤维增强热塑性材料的浸渍包覆设备，所得连续长玻纤增强聚丙烯复合材料颗粒中，长玻纤沿复合材料颗粒长度方向平行排列，玻纤长度与颗粒长度相同，具备更好的机械性能、尺寸稳定性。采用四针状氧化锌晶须作为抗静电剂，不仅能大大降低复合材料表面电阻，达到抗静电效果，而且由于其特殊的立体四针状结构，是复合材料保持甚至提高机械性能。本发明采用四针状氧化锌晶须作为抗静电剂，不仅能使复合材料达到理想的抗静电效果，消除材料表面的积尘现象，提高材料表面质量，同时由于四针状氧化锌特殊的立体结构，使复合材料能够保持甚至提高力学性能、耐热性等。氧化锌晶须、甘油单硬脂酰酯、乙氧化胺三者复配会有协同作用，不但能够进一步降低表面电阻，而且还能提高力学性能。具体实施方式下面结合实施例进一步说明本发明。实施例1～4以及对比例1～4抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，实施例1～6以及对比例1～2的原料配比如表1和表2所示，除另有说明外，份是指重量份，氧化锌晶须采用四针状氧化锌晶须，针状体长度为10-50μm，针状体根部为0.5-5μm，长径比为20-50，表观密度为0.2±0.1g/cm3，真实密度5.4±0.2g/cm3，耐热大于800℃。抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化锌晶须80℃干燥4h，得到干燥后的氧化锌晶须；(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、润滑剂、偶联剂、干燥后的氧化锌晶须以及选择性加入的甘油单硬脂酰酯、乙氧化胺，混合均匀，混合均匀在高速混合机中进行，转速为2500r/min，时间为15分钟，得到混合物料；(3)将步骤(2)中的混合物料置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，长玻璃纤维经浸渍模头与混合物料融合、充分浸渍，再经水冷牵引、切粒，得到粒料长度为8-14mm的抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机加工温度第一区到第八区温度设定分别为105～115℃、125～135℃、165～175℃、185～195℃、205～215℃、225～235℃、245～255℃、265～275℃，浸渍模头温度为290～330℃。双螺杆挤出机的主机转速为350转/min。表1表2实施例1～6和对比例1～2制备的抗静电剂长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料注塑成型，测量力学性能和体积电阻率，其结果如表3和表4所示表3表4测试项目实施例5实施例6对比例1对比例2拉伸强度MPa124127105106弯曲强度MPa163165143146弯曲模量MPa6570663058696190简支梁缺口冲击强度KJ/m235373130简支梁非缺口冲击强度KJ/m2616353561.8MPa热变形温度℃155155155154体积电阻率Ω·cm1*1090.9*1094.6*10143.7*1014从以上实施例和对比例可以看出，与传统长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相比(对比例1～2，本发明为抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(实施例1-4)，所得复合材料具有更好的机械性能；与不加入四针状氧化锌晶须所得的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(对比例1-2)相比，本发明通过加入抗静电剂四针状氧化锌晶须(实施例1-4)，所制备的阻燃抗静电连续长玻纤增强耐高温尼龙复合材料具有更低的体积电阻率，更高的强度，是一种综合性能优良的抗静电长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。同时，实施例5～6采用氧化锌晶须、甘油单硬脂酰酯、乙氧化胺三者复配，能够产生协同作用，不但能够进一步降低表面电阻，而且还能提高力学性能。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。当前第1页1 2 3