CN101638493A - 一种长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料及其制备方法。所述长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的组分按质量百分比含量计算包括：聚丙烯25～55％，长玻璃纤维30～60％，偶联剂0.4～0.8％，热塑性弹性体的接枝物3～8％，熔指改性剂0.1～0.3％，抗氧剂0.2～0.4％，润滑剂1～4％，可选择助剂1～3％。所述材料制备时可直接将除了长玻璃纤维以外的上述组分混合搅拌后加入螺杆挤出机，再加入长玻璃纤维混合挤出后冷却风干造粒，由于加入了熔指改性剂，降低了对聚丙烯原料的要求，可采用回收的各种聚丙烯材料做底料，制备方法简单，成本低；且制备出的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料综合性能好，可替代很多金属零部件用于多个领域。

Description

一种长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及热塑性塑料的增强改性技术，具体的说是一种长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

回收聚丙烯的利用技术目前主要分物理加工和化学加工两个方面。在化学加工利用技术上主要有：聚丙烯的氯化，回收聚丙烯的交联改性，聚丙烯的催化裂解和热裂解等方法。由于化学回收利用技术存在很多技术和设备的限制，一般应用较少。应用比较多的是物理加工利用，目前比较常见的是增强改性。传统的增强改性的方法一般是通过添加碳酸钙、滑石粉等粉体和添加短纤维来实现。这些常用的增强改性的方法都不能满足其高物理性能的需求，使其应用领域受到很大限制。

而制备长玻璃纤维增强聚丙烯材料技术突破解决了以往这些增强改性方法的技术难点。通过该技术可最终制得长玻璃纤维增强热塑性塑料(LFRTP)。该材料不仅具有强度高、刚性高、尺寸稳定性好、低翘曲度、使用寿命长、耐蠕变性能优良等特点，而且具有良好的成型加工性能，它可采用注射、挤出、压制、层压等多种成型方法加工，成型周期短，生产效率高，因此广泛应用于电子电气件、电工零部件、机械及部件、仪器仪表、航空航天、军用产品、建筑装饰材料、输送管道及汽车制造等多个行业。

影响长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料物理性能的主要因素有三种：1、聚丙烯为非极性分子，与玻璃纤维的界面粘结力较差，改善其界面粘结力将对其性能有很大影响；2、玻璃纤维的含量和长度；3、聚丙烯的熔融指数，为了增加玻璃纤维的浸渍效果，通常采用高熔指的聚丙烯。

目前公开的长玻璃纤维增强聚丙烯的专利中均存在一些缺点，例如公开号CN 101338051A专利中，需将长玻璃纤维进行预热干燥，使其表面温度达到60～80℃，接着将长玻璃纤维引入表面处理装置在其表面浸润液态偶联剂，此种方法需要增加配套设备，工艺复杂，使材料成本增加，而且对基础树脂有一定的选择性，要求使用中熔指的聚丙烯。又如公开号为CN 1810870A专利中，在制备长玻纤增强聚丙烯的物料配方中直接使用了不饱和羧酸或其酸酐，这类物质通常会对人体健康构成很大危害，吸入后可引起咽炎、喉炎和支气管炎，对人的眼睛和皮肤有强烈的刺激作用，并且遇高热有引起燃烧的危险，给操作工人和安全操作构成很大隐患；而且此配方中没有使用偶联剂，对改善聚丙烯和玻璃纤维界面粘结力的效果并不明显。再如专利CN1962732A中使用聚丙烯纤维与玻璃纤维的复合混纱来制备连续长玻纤增强聚丙烯材料，这种方法对原料选择性要求较高，不适宜采用粒状或粉状的聚丙烯来制备长玻纤增强聚丙烯材料。

发明内容

本发明需解决的问题在于提供一种成本低且性能优良的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，并进一步公开该材料的制备方法。

本发明采取的技术方案为：长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其组分按质量百分比含量计算包括：聚丙烯25～55％，长玻璃纤维30～60％，偶联剂0.4～0.8％，热塑性弹性体的接枝物3～8％，熔指改性剂0.1～0.3％，抗氧剂0.2～0.4％，润滑剂1～4％。

上述技术方案中长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的组成组分还包括有优化性能的助剂，可以选择抗紫外线吸收剂、色粉或色母粒中的一种或几种。

上述组分中所述聚丙烯采用回收材料制成，包括粒状、粉状、块状的共聚或均聚聚丙烯；所述长玻璃纤维采用无碱连续无捻粗纱，纤维直径为12～20um，号数为1200～2400号。

所述偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂中的一种或两种。

所述的热塑性弹性体接枝物包括丙烯酸、马来酸酐或丙烯酸缩水甘油酯接枝改性的三元乙丙橡胶EPDM或聚烯烃弹性体POE。

所述熔指改性剂包括过氧化二异丙苯DCP和过氧化苯甲酰中的一种或两种。

抗氧剂主要是指抗氧剂1010和抗氧剂168。

所述润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、亚乙基双硬脂酸胺EBS中的一种或任几种的混合物。

上述长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将回收聚丙烯、偶联剂、热塑性弹性体的接枝物、熔指改性剂、抗氧剂、润滑剂及其它助剂加入到高速搅拌机中搅拌均匀；

(2)将搅拌均匀的物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，将挤出机从料斗到模头分成六段，各段温度分别为：150～170℃、170～190℃、180～200℃、180～200℃、180～200℃、180～210℃；主机的螺杆转速为280～350r/min，料斗进料螺杆的转速为24～32r/min，进而将物料共混熔融挤出，长玻璃纤维通过挤出机模头处的特殊模具加入并与熔体充分浸渍，然后经拉伸牵引，形成聚丙烯包覆的连续长玻璃纤维；

(3)将步骤(2)制得的粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行造粒，制得长玻纤增强回收聚丙烯粒料。

其中，所制得的长玻纤增强聚丙烯粒料的长度为5～50mm。

与现有技术相比，本发明所述的长玻纤增强回收聚丙烯及其制备方法的显著效果在于：(1)所述材料中加入热塑性弹性体的接枝物，其不但可以改善材料的韧性，提高其抗冲性能，还能够与偶联剂连用起到相容剂的作用，大大提高聚丙烯和玻璃纤维的界面结合力，从而改善材料的性能；(2)对聚丙烯底料的熔指要求不高，通过加入少量的熔指改性剂可以很好地提高聚丙烯的流动性，从而提高玻璃纤维的浸渍效果；(3)由于对聚丙烯底料的熔指要求不高，制备过程中主要采用回收聚丙烯做为底料，制造成本低，而且来源非常丰富，同时实现资源循环利用，利于环境保护；(4)采用不同号数的长玻璃纤维可方便的制备不同玻纤含量的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，切粒装置可控制粒料的长度在5～50mm的范围内。

综上所述，本发明公开的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料其制备工艺简洁，制备成本低、成品材料综合性能优异，可替代大部分金属零部件广泛应用于汽车、机械、家电制造等领域。

具体实施方式

本发明公开的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，按质量百分比含量计算包含聚丙烯25～55％，长玻璃纤维30～60％，偶联剂0.4～0.8％，热塑性弹性体的接枝物3～8％，熔指改性剂0.1～0.3％，抗氧剂0.2～0.4％，润滑剂1～4％。其中根据需要还可以添加助剂1～3％。其中，偶联剂作为表面处理剂，与热塑性弹性体接枝物协同使用做为相容剂可以很好地改善聚丙烯和玻璃纤维的界面粘结力，使材料的综合物理性能得到很大改善。另外，由于热塑性弹性体接枝物是采用弹性体做为基体，从而可以大大提高材料的韧性，但是加入过多的这种弹性体接枝物将使材料的强度和刚性降低；加入适量的熔指改性剂可以改善聚丙烯的熔融流动性，从而可以降低对聚丙烯材料熔融指数的要求，但是过量的熔指改性剂将使材料的冲击性能和伸长率大大降低，因此需要控制其添加量；抗氧剂的加入可有效防止材料在加工和使用过程中的氧化降解；加入合适的润滑剂将有效改善材料在加工过程中与机器设备的摩擦，降低能耗，以及提高其流动性和脱模性；其它颜料和紫外吸收剂等助剂可根据需求选择添加。

实施例1

按以下质量百分比组成进行配比：回收聚丙烯39.2％，用乙醇稀释的硅烷偶联剂KH5600.5％，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体POE-g-MAH5％，用丙酮稀释的过氧化二异丙苯DCP 0.1％，抗氧剂10100.1％，抗氧剂1680.1％，聚乙烯蜡3％，硬脂酸1％，色母粒1％。

制备时，首先将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌均匀；

然后将混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，挤出机从料斗到模头分成六段，设置各段温度分别为165℃，170℃，180℃，190℃，200℃，200℃，控制主机的螺杆转速为280r/min，料斗进料螺杆的转速为30r/min；

再将占总质量百分比为50％的长玻璃纤维从挤出机模头处的模具中加入，与熔体充分浸渍后经拉伸牵引形成聚丙烯包覆的长玻璃纤维，然后冷却、切粒，制得长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料。

上述制得的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的物理性能如下表所示：

测试项目

熔体流动速率

拉伸强度

弯曲强度

弯曲模量

热变形温

	(g/10min)	(MPa)	(MPa)	(MPa)	度(℃)
						测试方法	GB/T 3682	GB/T 1040.2	GB/T 9341	GB/T 9341	GB/T 1634.2
	0.09	84	123	6630	135

从上述表格数据中可以看出，利用本发明专利所述方法和配方比例制得的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料无论从拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等方面都具有较好的性能。

实施例2

按以下质量百分比组成进行配比：回收聚丙烯粒料44.5％，用乙醇稀释的硅烷偶联剂KH5501％，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体POE-g-MAH 8％，用丙酮稀释的过氧化二异丙苯DCP 0.2％，抗氧剂10100.2％，抗氧剂1680.1％，聚乙烯蜡3％，硬脂酸1％，色母粒2％。

同实施例1相似，制备时：

首先将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌均匀；

然后将混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，挤出机从料斗到模头分成六段，设置各段温度分别为165℃，170℃，180℃，190℃，200℃，200℃，控制主机的螺杆转速为260r/min，料斗进料螺杆的转速为30r/min；

再将占总质量百分比为40％的长玻璃纤维从挤出机模头处的模具中加入，与熔体充分浸渍后经拉伸牵引形成聚丙烯包覆的长玻璃纤维，然后冷却、切粒，制得长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料。

上述制得的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的物理性能如下表所示：

测试项目	熔体流动速率(g/10min)	拉伸强度(MPa)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)	热变形温度(℃)
						测试方法	GB/T 3682	GB/T 1040.2	GB/T 9341	GB/T 9341	GB/T 1634.2
	0.17	72	111	5360	121

实施例3

按以下质量百分比组成进行配比：回收聚丙烯48.8％，用乙醇稀释的硅烷偶联剂KH5501.2％，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体POE-g-MAH 8％，用丙酮稀释的过氧化二异丙苯DCP 0.2％，抗氧剂10100.15％，抗氧剂1680.15％，聚乙烯蜡3％，硬脂酸1.5％，色母粒2％。

同实施例1相似，制备时：

首先将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌均匀；

然后将混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，挤出机从料斗到模头分成六段，设置各段温度分别为165℃，170℃，180℃，190℃，200℃，200℃，控制主机的螺杆转速为320r/min，料斗进料螺杆的转速为31r/min；

再将占总质量百分比为35％的长玻璃纤维从挤出机模头处的模具中加入，与熔体充分浸渍后经拉伸牵引形成聚丙烯包覆的长玻璃纤维，然后冷却、切粒，制得长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料。

上述制得的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的物理性能如下表所示：

测试项目	熔体流动速率(g/10min)	拉伸强度(MPa)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)	热变形温度(℃)
						测试方法	GB/T 3682	GB/T 1040.2	GB/T 9341	GB/T 9341	GB/T 1634.2
	0.30	65	97	5100	117

实施例4

按以下质量百分比组成进行配比：回收聚丙烯59％，用乙醇稀释的硅烷偶联剂KH5600.5％，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶EPDM-g-MAH5％，用丙酮稀释的过氧化二异丙苯DCP 0.2％，抗氧剂1010 0.2％，抗氧剂1680.1％，聚乙烯蜡3％，硬脂酸1％，色母粒1％。

制备时，首先将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌均匀；

然后将混合物加入到双螺杆挤出机的料斗中，挤出机从料斗到模头分成六段，设置各段温度分别为150℃，170℃，180℃，180℃，18℃，180℃，控制主机的螺杆转速为320r/min，料斗进料螺杆的转速为33r/min；

再将占总质量百分比为30％的长玻璃纤维从挤出机模头处的模具中加入，与熔体充分浸渍后经拉伸牵引形成聚丙烯包覆的长玻璃纤维，然后冷却、切粒，制得长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料。

上述制得的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的物理性能如下表所示：

测试项目	熔体流动速率(g/10min)	拉伸强度(MPa)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)	热变形温度(℃)
						测试方法	GB/T 3682	GB/T 1040.2	GB/T 9341	GB/T 9341	GB/T 1634.2
	0.35	58	86	4500	110

上述仅为本发明优选实施例，这些实施例仅仅用于解释本发明而不能理解为对本发明的限制，在不背离本发明权利要求中所请求保护的范围的情况下，可以对上述实施方案进行各种改进和变化。

Claims (10)

1、长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，按质量百分比含量计算包括有：聚丙烯25～55％，长玻璃纤维30～60％，偶联剂0.4～0.8％，热塑性弹性体的接枝物3～8％，熔指改性剂0.1～0.3％，抗氧剂0.2～0.4％，润滑剂1～4％。

2、根据权利要求1所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其特征在于：其组成组分还包括有优化性能的助剂，可以选择抗紫外线吸收剂、色粉或色母粒中的一种或几种。

3、根据权利要求2所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯采用回收材料制成，包括粒状、粉状、块状的共聚或均聚聚丙烯；所述长玻璃纤维采用无碱连续无捻粗纱，纤维直径为12～20um，号数为1200～2400号。

4、根据权利要求2所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂中的一种或两种。

5、根据权利要求2所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其特征在于：所述的热塑性弹性体接枝物包括丙烯酸、马来酸酐或丙烯酸缩水甘油酯接枝改性的三元乙丙橡胶EPDM或聚烯烃弹性体POE。

6、根据权利要求2所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其特征在于：所述熔指改性剂包括过氧化二异丙苯DCP和过氧化苯甲酰中的一种或两种。

7、根据权利要求2所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂包括抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或两种。

8、根据权利要求2所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料，其特征在于：所述润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、亚乙基双硬脂酸胺EBS中的一种或任几种的混合物。

9、一种制备权利要求1～8任一项所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的方法，包括以下步骤：

(1)将回收聚丙烯、偶联剂、热塑性弹性体的接枝物、熔指改性剂、抗氧剂、润滑剂及其它助剂加入到高速搅拌机中搅拌均匀；

(2)将搅拌均匀的物料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，将挤出机从料斗到模头分成六段，各段温度分别为：150～170℃、170～190℃、180～200℃、180～200℃、180～200℃、180～210℃；主机的螺杆转速为280～350r/min，料斗进料螺杆的转速为24～32r/min，进而将物料共混熔融挤出，长玻璃纤维通过双螺杆挤出机模头处的模具加入并与熔体充分浸渍，然后经拉伸牵引，形成聚丙烯包覆的连续长玻璃纤维；

(3)将步骤(2)制得的粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行造粒，制得长玻纤增强聚丙烯粒料。

10、根据权利要求9所述的长玻璃纤维增强回收聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所制得的长玻纤增强聚丙烯粒料的长度为5～50mm。