微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及透波材料技术领域，尤其涉及一种微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着大力推动5g全面协同发展，深入推进5g赋能千行百业，促进形成“需求牵引供给，供给创造需求”的高水平发展模式，驱动生产方式、生活方式和治理方式升级，推动5g应用“扬帆远航”局面逐步形成。
3.而5g的发展需要基础建设的大量投入，5g基站作为5g信号的重要中转站，而5g天线是向5g设备发送信号的，是5g基站的关键组成部分，这要求建造5g天线壳体的材料具有高透波降低5g信号损耗的材质。现在常用的壳体材料有pc(介电常数2.8)、pc/abs合金(介电常数2.9)、ppo(介电常数2.7)、pp玻纤材料(介电常数2.6)等。pp玻纤材料是所述材料中价格最便宜，介电损耗和介电常数最低、密度最轻的材料。因此被广泛使用。但根据更多精细5g应用领域的使用要求，研制一款更高透波率、低损耗、质量轻便、价格低廉的材料成为5g行业的迫切需求。而pp玻纤材料的使用温度范围为是-30～140℃，耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，气密性好、不吸水、绝缘性佳，耐候性优异。
4.玻璃纤维与pp材料共混改性，可以让pp有更高的刚性及强度，但同时也会升高材料的介电常数和密度，因此我们加入发泡微球来降低材料的介电常数和密度，提高材料的透波率。使5g信号得到更好的传输。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，采用热塑性弹性体包覆发泡微球的核壳结构作为发泡剂，受热后膨胀发泡达到发泡效果，本发明能够显著提高材料性能，防止发泡微球破裂对材料性能造成影响。
6.为实现上述目的，本发明提供一种微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份包括：均聚pp：50-70份，马来酸酐接枝pp：3-8份，二氧化硅玻纤：20-30份，微球发泡母粒：5-15份，抗氧剂：0.2-0.5份，光稳定剂：0.5-1份，润滑剂：0.3-1份；所述微球发泡母粒为热塑性弹性体包覆发泡微球的核壳结构。通过包覆热塑性弹性体，对发泡微球起到保护作用，防止其破裂。可通过溶液包覆制备。
7.进一步的，所述二氧化硅玻纤的直径为10-20μm，介电常数为4.0-4.5。
8.进一步的，所述所述二氧化硅玻纤的直径优选为12-16μm。
9.进一步的，所述微球发泡母粒中热塑性弹性体与发泡微球的质量比为1：(0.5-2)。
10.进一步的，所述热塑性弹性体为sebs或poe(聚乙烯辛烯共弹性体)中的一种或两种。
11.进一步的，所述发泡微球为有机硅发泡微球。利用有机硅的弹性作用，防止其破碎。
12.进一步的，所述发泡微球的孔径为0.1-10μm，直径为10-300μm。
13.进一步的，所述有机硅发泡微球是将多孔硅橡胶微球。可通过将多孔硅橡胶破碎得到小粒径多孔硅橡胶微球。
14.一种以上任一项所述的微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括：按重量份称取各原料，将均聚pp和马来酸酐接枝pp混合，然后加入微球发泡母粒、抗氧剂、光稳定剂以及润滑剂，混合均匀后喂入双螺杆挤出机，并加入二氧化硅玻纤，共混挤出造粒，得到微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料。
15.一种以上任一项所述的微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料的应用，用于透波材料的制备。
16.本发明的有益效果如下：
17.本发明提供的微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料，采用热塑性弹性体为壳体，内核为有机硅发泡微球，受热后膨胀发泡达到发泡效果，此产品能够减弱剪切力对发泡微球的破坏，而且即使被破坏时，也不会导致产品性能下降，从而得到高强度和高透波复合材料。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明提供的微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料制备工艺流程示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明的目的在于提供一种高透波率低信号损耗的发泡增强聚丙烯复合材料，保证5g信号从基站信号塔发出的强度损耗降至最低。
22.玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石七种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。
23.玻璃纤维在改性材料中的作用：1.增加材料的刚性和强度，玻纤的增加可以提高塑料的拉伸强度、弯曲强度及刚性。2、提高材料的耐高温性和耐低温性，可以调高并降低材料使用温度30℃-50℃，甚至更高，可以使pp基材的耐低温性降到-40℃以下，耐高温使用性能到160℃。3、增加材料的硬度，让材料具有更好的耐刮擦性能。
24.但加入玻纤也会有一些缺点，如：升高介电损耗和介电常数(普通玻纤介电常数为
6.8左右，我们选用介电常数为4.3二氧化硅玻纤)，玻纤材料会增加材料的蠕变性能，使其制品翘曲变形，还降低了材料的流动性，增加了材料成型难度和制品的美观性。因此解决玻纤材料的蠕变翘曲问题可以大大提高玻纤材料的使用领域。
25.玻璃纤维可在改性pp材料中起骨架作用，结合接线盒特殊的使用环境，我们选择单丝直径在13-14微米的无碱中性玻纤(二氧化硅玻纤)与pp材料共混改性，使材料在提高刚性的同时，具有较高的韧性。
26.微发泡改性，微发泡是指泡孔尺寸在0.1-10μm的发泡材料，微发泡是降低介电常数最有效的方法，以hdpe微发泡改性为例，其介电常数下降52％，典型微孔材料为气凝胶，如纳米二氧化硅的介电常数为4，而二氧化硅气凝胶的介电常数可低到1.1左右；其他微孔材料有空心玻璃微珠、沸石、分子筛、硅酸钙、和硅藻土等，空心玻璃微珠的介电常数为1.2-2.2，但玻璃微珠在共混加工中易碎；本发明选用包覆有机硅发泡微球的热塑性弹性体来降低材料的密度和介电常数。
27.pp材料具有无臭无毒、耐热、耐腐蚀、密度小的优点，通过改性来提高一些物理性能，可扩大pp材料的应用范围。目前pp材料常见的改性方法有填充改性、共聚改性、交联改性等。填充改性一般是指在pp树脂中添加碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石粉以及此项目提及的玻纤等材料，不仅可以显著提高pp材料的刚性、耐热性、尺寸稳定性、硬度等等，还能起到降本的作用。pp原料分为均聚材料和共聚材料。均聚pp是指聚丙烯单体通过催化剂等规聚合的具有高结晶性，高刚性的材料；共聚pp是以丙烯单体为主与其它烯烃类单体在聚合阶段通过特殊催化剂进行聚合反应，其特点是pp材料具有较好的低温韧性、冲击性能、加工流动性等。例如在丙烯、乙烯共聚得到的聚合物中，由于乙烯和丙烯链段的无规则分布使得物的结晶度降低。本发明选择刚性更强的均聚pp与马来酸酐接枝pp及玻纤材料共混改性，增加材料的耐低温冲击性，及降低材料的介电常数。
28.本发明基于玻纤增强pp材料的发泡降介电常数降介电损耗改性方案，因其特殊的使用环境，材料需要在高低温环境下保持材料的物理性能，通过玻纤选材、材料微发泡降低材料的介电常数和介电损耗，保证5g通讯信号通过材料时有较低的损耗，保证5g信号快速传输使用。
29.因为加入玻璃纤维改性，为了保证材料具有更高的性能，需要保持玻纤在pp材料中的长度。因此通过螺杆挤出，既能保持一定的玻纤长度保证材料性能，还能满足正常生产机头料孔玻纤长度。
30.如图1所示，制备方法，包括：按重量份称取各原料，将均聚pp和马来酸酐接枝pp在高混机混合，然后加入微球发泡母粒、抗氧剂、光稳定剂以及润滑剂，在高混机混合均匀后喂入双螺杆挤出机，并加入二氧化硅玻纤，共混挤出造粒，得到微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料。
31.实施例1-4
32.实施例1-4提供的微球发泡玻纤增强聚丙烯复合材料组成如下：
33.均聚pp：50-70；
34.马来酸酐接枝pp:3-8；
35.二氧化硅玻纤:20-30；
36.微球发泡母粒:5-15；sebs包覆有机硅发泡微球；
37.抗氧剂:0.2-0.5；
38.光稳定剂:0.5-1；
39.润滑剂：0.3-1。
40.具体如表1所示。
41.对比例1
42.与实施例2相比，不同之处在于，采用普通玻纤和空心玻璃微珠(替换微球发泡母粒)，具体含量如表1所示。
43.对比例2
44.与实施例2相比，不同之处在于，采用普通玻纤和硅藻土(替换微球发泡母粒)，具体含量如表1所示。
45.对比例3
46.与实施例2相比，不同之处在于，采用普通玻纤和碳酸氢钠改性pe母粒发泡材料。
47.对比例4
48.与实施例2对比，不同之处在于，采用二氧化硅玻纤，未加材料。
49.表1实施例1-4及对比例1-4的组成配方
[0050][0051][0052]
表2实施例1-4及对比例1-3的性能测试结果
[0053][0054]
从表2实施例1-4与对比例4对比实验结果可以看出，当微球发泡母粒添加量升高时，介电常数降幅明显。对比例1、对比例2与对比列4对比可以看出，当采用常规空心玻璃微珠和硅藻土时，介电常数显著降幅不明显，且材料性能下降很多，空心玻璃微珠、硅藻土对介电常数改善并不像文献中所说的那么明显，可能是空心玻璃微珠、硅藻土被玻纤及螺杆的剪切力使其空心结构破坏有关。对比例3与对比例4可以看出碳酸氢钠改性pe母粒对材料机械性能影响跟微球发泡母粒相差不大，但其对材料的介电常数改善不及微球发泡母粒。
[0055]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。