具有优异的模塑特性的碳纤维增强聚丙烯树脂组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有改善的模塑特性的碳纤维增强聚丙烯树脂组合物。具体地，通过 向聚丙烯树脂添加作为增容剂的经马来酸酐接枝的改性聚丙烯以增强碳纤维，可制备具有 显著改善的模塑特性、拉伸强度、弯曲强度等的碳纤维增强聚丙烯树脂组合物。
【背景技术】
[0002] -般来讲，包括聚丙烯作为基础树脂的树脂组合物已广泛用于各种工程塑料应 用。
[0003] 为了增强聚丙烯树脂组合物的物理特性，已通过将增强纤维等与树脂组合物混合 而制备纤维增强的复合物，并且该复合物已用于相关领域。由于与典型的工程塑料相比此 种纤维增强聚丙烯的树脂复合物具有改善的物理特性例如刚度和耐热性，因此树脂复合物 已在各种工业领域尤其是在汽车领域、电力工业领域等被广泛用作功能性工程塑料。然而， 其他物理特性仍存在问题，因此，必须继续做出改进。
[0004] 在相关技术中，已引入长纤维增强热塑性树脂的形成方法和形成设备。例如，已引 入包括玻璃纤维的复合材料。
[0005] 当前，纤维增强聚丙烯树脂组合物可能是最广泛使用的树脂中的一种，其通过用 例如玻璃纤维或碳纤维的增强纤维来填充聚丙烯树脂而具有增强的刚度或耐热性。在这之 中，为了改善聚丙烯树脂与增强纤维的相容性，已通过将改性聚烯烃添加至聚丙烯树脂来 改善所需的物理特性例如刚度和耐热性，以增加其与增强纤维的相容性，其中可通过将马 来酸等与聚丙烯接枝制备出改性聚烯烃。例如，已经研制出包括由添加聚丙烯和马来酸而 产生的酸改性聚丙烯以及碳纤维的组合物；以及已经报道包括100重量份的聚丙烯、10至 50重量份的马来酸改性聚丙烯、5至65重量份的碳纤维、和5至65重量份的导电炭黑的树 脂组合物。此外，已经提出包括100重量份的聚丙烯、〇. 5至20重量份的马来酸酐改性聚丙 烯树脂、碳纤维或炭黑、玻璃纤维、和无机填料的树脂组合物。尽管上述聚丙烯组合物可能 具有优异的刚度和耐热性，但它们因其较低的拉伸强度和弯曲强度而不能用于必须经历外 部冲击的部件。因此，前述常规的聚丙烯组合物可能具有较差的冲击能量吸收能力，并且当 其被用于车辆模制产品例如减震器、缓冲器、保险杠（bumper)、外部部件和其他内部部件时 破裂。
[0006] 已经做出一些努力例如通过添加橡胶组分或使用特定聚丙烯来改善物理特性。然 而，由于特定聚丙烯，与改善的其他物理特性例如刚度相比，在拉伸强度或冲击吸收能力等 方面的改善不足，因此，尚未解决产生缺陷产品的问题。
[0007] 在其他实例中，已经研制出将具有全同立构指数为87wt%至92wt% (NMR参照标 准）且熔体指数为0. 5至35g/10min(230°C)的丙烯单体作为聚丙烯基础树脂同时应用橡 胶弹性体的特定使用，但是组合物未能解决拉伸强度或弯曲强度等不佳的问题。
[0008] 上述在该【背景技术】部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能 含有不构成该国本领域中普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
【发明内容】
[0009] 本发明的发明人可提供相关领域中上述问题的解决方案。具体地，当具有特定物 理特性的聚丙烯树脂被用作基体材料；马来酸酐改性聚丙烯与增容剂熔融捏合；并浸渍有 碳纤维时，丙烯树脂组合物可具有改善的物理特性，例如模塑特性、拉伸强度、弯曲强度等。
[0010] 在一个方面，本发明提供一种聚丙烯树脂组合物，其模塑特性和物理特性例如拉 伸强度和弯曲强度可被改善。具体地，提供了具有改善的模塑特性的碳纤维增强聚丙烯树 脂组合物，其中碳纤维可浸渍在聚丙烯中。此外，本发明提供因热塑性树脂渗入碳纤维而具 有改善的碳纤维分布和机械特性的碳纤维增强聚丙烯树脂复合物。
[0011] 在另一个方面，本发明还提供了一种模制产品，该模制产品通过使用具有改善的 模塑特性的碳纤维增强聚丙烯树脂组合物进行模制而制成。
[0012] 在示例性实施方式中，聚丙烯树脂组合物可包括：含量为约50wt%至约80wt% 的作为丙烯均聚物或丙烯-乙烯共聚物的聚丙烯树脂，其具有在约230°C的温度下为约 20g/10min至约100g/10min的熔体指数（MI)、约5至约10的分子量分布（MWD)和约97至 约100的全同立构指数；含量为约lwt%至约10wt%的作为增容剂的具有约0. 5wt%至约 15wt%的马来酸酐接枝率的改性聚丙烯；以及约15wt%至约40wt%的碳纤维。
[0013] 应当理解，除非另外指明，否则如本文所公开的树脂组合物的重量百分数是基于 树脂组合物的总重量。
[0014] 在示例性实施方式中，可通过将约15wt%至约40wt%的量的碳纤维浸渍在熔融 混合物中来制备碳纤维增强聚丙烯树脂复合物，其中熔融混合物包括含量为约50wt%至约 80wt%的作为丙烯均聚物或丙烯-乙烯共聚物的聚丙烯树脂和含量为约lwt%至约10wt% 的作为增容剂的改性聚丙烯。具体地，聚丙烯树脂可具有在约230°C的温度下为约20至约 100g/10min的熔体指数（MI)，约5至约10的分子量分布（MWD)和约97至约100的全同立 构指数。此外，改性聚丙烯可具有约〇. 5wt%至约15wt%的马来酸酐接枝率。
[0015] 在示例性实施方式中，本发明还提供一种模制产品，该模制产品通过使用聚丙烯 树脂组合物进行模制而制成。
[0016] 根据本发明的各个示例性实施方式的碳纤维增强聚丙烯树脂组合物可以各种方 式用作工程塑料，因为树脂组合物可具有改善的刚度或不同的机械强度并且还可具有低的 熔体粘度和改善的模塑特性、弹性模量等。具体地，通过使用上述丙烯树脂和与作为增容剂 的马来酸酐接枝的改性聚丙烯，可获得显著改善的物理特性例如拉伸强度和弯曲强度。
[0017] 此外，因为在制备碳纤维复合物的过程中，丙烯树脂可具有改善的强度和流动性 并且可容易地渗入至碳纤维束，所以可获得因分散性改善所致的物理特性增强的附加效 果。此外，当部件经注塑成型或挤压成型工序而模制时，可改善可加工性并且还可减少循环 时间，从而增强外观质量。
[0018] 因此，当丙烯树脂被应用至各种工业产品时，或具体地当PP树脂被应用至车辆部 件时，可显著改善物理特性。
[0019] 此外，因为在相对低的碳纤维含量和少量昂贵的碳纤维材料下可获得所需的强 度，所以本发明中所提供的技术可减少材料成本。
[0020] 下文讨论了本发明的其他方面和各个示例性实施方式。
【附图说明】
[0021] 现在将参考在附图中图示的示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详 细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：
[0022] 图1是示出根据本发明示例性实施方式的将增强纤维浸渍在树脂中的示例性过 程的示意图；
[0023] 图2是示出根据本发明的示例性实施方式当在图1的浸渍工序中可使用典型的浸 渍模具时的示例性内部结构的示意图；且
[0024] 图3示出聚丙烯树脂复合物的示例性拉伸试样的断裂截面的微观图。图3(a)是 在比较例2中制备的聚丙烯树脂组合物的断裂截面的微观图；且图3(b)是根据本发明的示 例性实施方式在实施例2中的断裂截面的微观图。通过扫描电镜（SEM)捕捉微观图。
[0025] 应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理 的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如， 具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。
[0026] 在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
【具体实施方式】
[0027] 应理解，本文使用的术语"车辆"或"车辆的"或其它类似术语包括通常的机动车， 例如，包括多功能运动车（SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶 的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其 它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。如本文所提到的，混合动力车是具 有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
[0028] 本文使用的术语仅仅是为了说明【具体实施方式】，而不是意在限制本发明。如本文 所使用的，单数形式"一个、一种、该（a、an、the)"也意在包括复数形式，除非上下文中另外 清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语"包括（comprises和/或comprising) " 是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个 其它特征、整数、步骤、操作、元件、