本发明属于材料领域，涉及一种新型聚丙烯材料，具体涉及一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚丙烯(pp)自1957年工业化以来发展极迅速。是一种产量及用量都比较大的通用塑料。聚丙烯的加工性能好。具有优良的耐腐蚀性、电绝缘性,它的力学性能,包括拉伸强度、压缩强度、硬度等均比低压聚乙烯好。而且还有很突出的刚性和耐折叠性，并且价格便宜。而聚丙烯急待克服的缺点为：成型收缩率较大。低温易脆裂，耐磨性不足，热变形温度不高，耐光性差等。采用玻璃纤维增强是提高pp的机械性能、耐热性能和尺寸稳定性能的重要措施。
玻璃纤维(gf)是一种一维结构的无机填料，具有高强度和模量，当其加入到聚合物基体时，其作为骨架能够有效的承担应力和载荷，从而可以显著提高聚合物基体的力学性能和耐热性能。目前，已有大量的玻璃纤维增强聚合物等方面研究报道，然而，由于玻璃纤维与聚合物基体之间的相互作用力很弱，很容易从聚合物基体中脱落形成空洞，因此常需要对玻璃纤维进行增容改性，常见的增容改性方法是向聚合物基体中加入一些含有与无机填料极性相似官能团的马来酸酐接枝聚合物或者偶联剂。聚丙烯为非极性大分子，与玻璃纤维难以直接良好界面连接，需要引入极性官能团，商业生产常常使用的方法是加入不饱和羧酸或其酸酐改性的聚丙烯，以改善与玻璃纤维的界面连接，采用接枝改性聚丙烯与未接枝改性聚丙烯的混合物作为浸渍基料的缺陷是一方面仍然需要预先单独制备接枝改性聚丙烯，另一方面未接枝改性聚丙烯需要选用超高熔指的聚丙烯树脂，才能满足玻璃纤维良好浸渍的要求。偶联剂常见的有硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等，其中，主要以硅烷偶联剂为主，现普遍认为硅烷偶联剂改善无机填料与聚合物基体间的相互作用机理是化学键合理论：硅烷水解后与无机物和有机物表面间形成化学键，以桥接的方式使不相容的两相紧密结合。但是，即便玻璃纤维经过硅烷偶联剂改性后，其结果仍不够理想，因为此时pp依然是惰性的，它没有尼龙、饱和聚酯与玻纤之间那样的粘结力。
专利cn101338051a公开了一种长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，材料组分的质量比：聚丙烯35～55wt％，长玻璃纤维35～50wt％，偶联剂0.3～0.8wt％，相容剂5～10wt％，流动改性剂2～4wt％，抗氧剂0.3～0.6wt％，润滑剂1～2wt％。其工艺：先将聚丙烯、流动改性剂、相容剂、抗氧剂及润滑剂进行混合；再将混合物加入到双螺杆挤出机内，加工温度在180～230℃；继而通过挤出机口模挤出熔体形成熔池；将连续长玻璃纤维预热干燥，并对长玻纤表面进行处理；随后引入浸渍装置，使数股长玻璃纤维被引入到熔池中，使长玻璃纤维被熔体充分浸渍，再集束包覆，从喇叭口形的模头出口处出料，最后冷却、切粒，即得到长玻璃纤维增强聚丙烯粒料。工艺简便易行，产品性能较好。该发明中虽然gf经过了偶联剂改性，并且加入了相容剂，但是整体机械性能仍然无法应用于高刚度、高刚性的领域，特别是在汽车工业、航天工业上，限制着聚丙烯塑料的发展。另外，该专利中还是选用了相容剂对聚丙烯进行接枝改性，仍然需要预先单独制备接枝改性聚丙烯，要求工艺路线复杂，影响生产效率。
技术实现要素：
针对以上现有技术的不足，本发明提出一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，通过加入共聚物增韧剂改善聚丙烯的冲击性能、低温脆性等物理性能，并且在不加入相容剂的同时选用中熔指聚丙烯并与玻璃纤维之间形成优异的结合力。
本发明所述的一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于：包括a、b两组分，按照重量份数计，a组分包括聚丙烯45～75份、共聚物增韧剂6～15份、抗氧剂0.15～0.2份；b组分包括玻璃纤维10～30份、硅烷偶联剂1～1.2份、氯化物0.8～1.2份；其中，所述的共聚物增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物或者乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物中的一种。
其中，优选方案如下：
所述的聚丙烯为中熔指聚丙烯。
所述的中熔指聚丙烯为中熔指的均聚丙烯、共聚丙烯的一种或它们的混合物，熔融指数在10～25g/10min。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径6μm～9μm。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1790、抗氧剂1098、抗氧剂168、抗氧剂dltdp中的一种或几种的混合物。
所述的硅烷偶联剂为偶联剂kh-550或者偶联剂kh-560。
所述的氯化物为全氯环戊烷、氯化二甲苯或氯桥酸酐。
本发明所述的一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将a组分加入到混合机中使之充分混合均匀，将上述得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机温度控制共设六段，第一段和第二段挤出温度在180～200℃，其它几段挤出温度在200～230℃；物料在双螺杆挤出机中的停留时间为3～8min，主机转速控制在250～350r.min-1；通过双螺杆挤出机口模挤出熔体，并输送到浸渍装置中形成熔池；
(2)将玻璃纤维预热干燥，使其表面温度达到60～80℃；将硅烷偶联剂和氯化物混合后均匀浸润玻璃纤维的表面，并促使每一股玻璃纤维有规律的分散和集束；随后引入浸渍装置的熔池中，在熔体压力和张力作用下通过压辊使玻璃纤维被熔体充分浸渍，再进入集束包覆装置进行集束包覆，然后从模头出口处出料，最后冷却、切粒，即得到玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
本发明的优点在于：(1)添加了共聚物弹性体，如乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物或者乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物，其中，优选采用乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物，在a组分中加入共聚物弹性体，可以起到对聚丙烯増韧的作用，可以改善聚丙烯的冲击性能及低温脆性。(2)在使用中熔指聚丙烯的前提下，配方中不再加入相容剂，省去了预先单独制备接枝改性聚丙烯的步骤，降低了生产成本。(3)由于省去了相容剂，为了满足聚丙烯与玻璃纤维之间的结合力要求，同时保障复合材料的物理性能，只单独通过对玻璃纤维表面改性，在使用硅烷偶联剂的基础上，加入氯化物，氯化物与硅烷偶联剂反应出卤代烷基基团，可以与聚丙烯发生反应，提高两个界面间的络合力，从而提高复合材料的物理性能。(4)制备工艺采用常规的浸渍制取法，通过对玻璃纤维的表面处理和熔体浸渍技术，改善玻璃纤维增强聚丙烯的力学性能，有效解决了玻璃纤维与中熔指聚丙烯的浸渍问题以及玻璃纤维的外露问题，提高复合材料的光洁度。(5)所生产的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料可满足高刚度、高刚性的领域制造需要，特别是在汽车工业、航天工业上，有效促进了聚丙烯塑料的发展。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括a、b两组分，按照重量份数计，a组分包括熔融指数在15g/10min的中熔指均聚丙烯60份、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物10份、抗氧剂10100.15份；b组分包括直径8μm的无碱玻璃纤维30份、偶联剂kh-5501份、全氯环戊烷1份。
制备时包括以下步骤：
(1)将a组分加入到混合机中使之充分混合均匀，将上述得到的混合物加入到双螺杆挤出机内，双螺杆挤出机温度控制共设六段，第一段和第二段挤出温度在200℃，其它几段挤出温度在220℃；物料在双螺杆挤出机中的停留时间为8min，主机转速控制在300r.min-1；通过双螺杆挤出机口模挤出熔体，并输送到浸渍装置中形成熔池；
(2)将玻璃纤维预热干燥，使其表面温度达到70℃；将硅烷偶联剂和氯化物混合后均匀浸润玻璃纤维的表面，并促使每一股玻璃纤维有规律的分散和集束；随后引入浸渍装置的熔池中，在熔体压力和张力作用下通过压辊使玻璃纤维被熔体充分浸渍，再进入集束包覆装置进行集束包覆，然后从模头出口处出料，最后冷却、切粒，即得到玻璃纤维增强聚丙烯复合材料。
测试结果见表1。
实施例2：
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括a、b两组分，按照重量份数计，a组分包括熔融指数在15g/10min的中熔指均聚丙烯60份、乙烯-丙烯共聚物10份、抗氧剂10100.15份；b组分包括直径8μm的无碱玻璃纤维30份、偶联剂kh-5501份、全氯环戊烷1份。
制备工艺同实施例1。
测试结果见表1。
实施例3：
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括a、b两组分，按照重量份数计，a组分包括熔融指数在15g/10min的中熔指均聚丙烯60份、苯乙烯-丁二烯共聚物10份、抗氧剂10100.15份；b组分包括直径8μm的无碱玻璃纤维30份、偶联剂kh-5501份、全氯环戊烷1份。
制备工艺同实施例1。
测试结果见表1。
实施例4：
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括a、b两组分，按照重量份数计，a组分包括熔融指数在15g/10min的中熔指均聚丙烯65份、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物12份、抗氧剂10100.15份；b组分包括直径8μm的无碱玻璃纤维23份、偶联剂kh-5501份、氯化二甲苯1份。
制备工艺同实施例1。
测试结果见表1。
对比例1：
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括a、b两组分，按照重量份数计，a组分包括熔融指数在15g/10min的中熔指均聚丙烯70份、聚丙烯接枝马来酸酐5份、抗氧剂10100.15份；b组分包括直径8μm的无碱玻璃纤维30份、偶联剂kh-5501份。
制备工艺同实施例1。
测试结果见表1。
对比例2：
一种玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，包括a、b两组分，按照重量份数计，a组分包括熔融指数在15g/10min的中熔指均聚丙烯70份、聚丙烯接枝马来酸酐5份、抗氧剂10100.15份；b组分包括直径8μm的无碱玻璃纤维30份、偶联剂kh-5501份、全氯环戊烷1份。
制备工艺同实施例1。
测试结果见表1。
表1：上述所有实施例及对比例的试样测试结果。