CN115651315A - 一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PP注塑技术领域，公开了一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，按质量份数计，包括如下组分：聚丙烯30‑50份，玄武岩纤维20‑40份，抗氧剂0.5‑1.5份，复合成膜剂1.7‑5.5份，阻燃母粒15‑30份，相容剂3‑8份，色母0.5‑2份。本发明中的复合成膜剂包括十八烷基二乙醇胺、芥酸酰胺、丙烯酸二氢二环戊二烯酯、小分子羟基硅油、极性PE蜡以及蒙旦蜡，可在注塑过程中迅速迁移至部件表面，形成一层可将材料与模具隔离开的润滑膜，减少材料与模具表面之间的直接接触和摩擦，且具有润滑作用，可有效减少材料的粘模。
Description
技术领域
本发明涉及PP注塑技术领域，具体而言，涉及一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料。
背景技术
以聚丙烯作为主要材料进行注塑，针对带有抽芯结构或脱模深度较大的注塑部件，通常需要设置脱模角度为1°-2°左右，而对于表面有蚀纹的注塑部件需要进一步增大脱模角度，深度每增加0.25mm时，脱模角度增加约1°脱模角度。然而，针对部分脱模部件而言，其可设置的最大脱模角度较小，且脱模深度较大，在脱模时存在严重的粘模问题。
具体地，目前采用增强聚丙烯材料注塑脱模角度小于1°、且脱模深度大于50mm的带有抽芯结构、没有冷却水道的部件，靠近抽芯底部的材料在脱模时被损坏，且底部表面损坏面积可高达100％。为解决上述问题，现有的处理方式包括如下几种：①改进注塑模具结构，加大脱模角度或减小脱模深度，但显然该方法并不能满足对脱模角度和脱模深度要求较高的部件的生产需求；②增加冷却时间，可缓解粘模的情况，但并不能较大程度地杜绝材料粘模，还降低了生产效率。
从实际注塑生产的角度出发，针对可脱模角度小、脱模深度大、抽芯机构内没有冷却水道的部件，现有的聚丙烯注塑材料及注塑方法并没有有效地解决材料粘模的问题，导致材料表面出现创口，即部件表面的缺陷孔洞较多，部件与外部介质的接触面积增大，导致外界小分子物质更易侵入材料内部，进而影响部件材料性能和使用寿命等。
因此，现急需一种易脱模的增强聚丙烯材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：
针对脱模角度小于1°、脱模深度大于50mm，且有较高强度要求和阻燃要求的聚丙烯注塑部件，尤其是含有抽芯结构的部件，现有的增强聚丙烯材料在注塑脱模时，极易粘连于模具表面，其中，难以设置冷却水道的抽芯结构部件的粘模问题更为严重，造成产品不达标，且通过改进注塑工艺并不能很好地改善此问题。
本发明采用的技术方案：
本发明提供了一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，按质量份数计，包括如下组分：聚丙烯30-50份、玄武岩纤维20-40份、抗氧剂0.5-1.5份、复合成膜剂2.2-7份、阻燃母粒15-30份、相容剂3-8份以及色母0.5-2份。
优选地，按质量份数计，所述复合成膜剂包括十八烷基二乙醇胺0.3-1份、芥酸酰胺0.5-2份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.2-1份、小分子羟基硅油0.2-0.5份、极性PE蜡1-2份以及蒙旦蜡0.3-0.8份。
优选地，按质量份数计，包括聚丙烯40份、玄武岩纤维30份，抗氧剂1份、十八烷基二乙醇胺0.6份、芥酸酰胺1份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.6份、小分子羟基硅油0.35份、极性PE蜡1.5份、蒙旦蜡0.5份、阻燃母粒22份、相容剂5.5份以及色母1.5份。
优选地，按质量份数计，包括聚丙烯35份、玄武岩纤维37份，抗氧剂0.875份、十八烷基二乙醇胺0.6份、芥酸酰胺1份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.6份、小分子羟基硅油0.35份、极性PE蜡1份、蒙旦蜡0.7份、阻燃母粒20份、相容剂5.5份以及色母1.5份。
优选地，所述聚丙烯包括均聚丙烯和嵌段共聚丙烯中的一种或多种。
优选地，按质量百分比计，所述抗氧剂包括20-60％主抗氧剂和40-80％辅抗氧剂。
优选地，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅抗氧剂为包含亚磷酸基团的酯类或盐类抗氧剂。
优选地，所述阻燃剂为膨胀型无卤阻燃剂。
还提供了一种如上述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
S1按质量称取原料；
S2将聚丙烯、抗氧剂、阻燃母粒、相容剂、色母置于高速混合器中，干混，得到初混物；
S3将复合成膜剂原料置于溶剂中混匀，蒸馏干燥，得到粒状复合成膜剂；
S4将复合成膜剂混入初混物中，二次干混；
S5将二次干混得到的原料投入双螺杆挤出机，熔融后挤出并浸渍玄武岩纤维，冷却造粒；其中，熔融过程包括多段加热，加热温度分别为190-230℃。
本发明的作用机理和有益效果：
本发明通过对注塑材料进行改进，以降低材料粘模性，使聚丙烯材料在注塑成型过程中易成型脱模。具体地，聚丙烯材料中包括复合成膜剂，复合成膜剂包括十八烷基二乙醇胺、芥酸酰胺、丙烯酸二氢二环戊二烯酯、小分子羟基硅油、极性PE蜡以及蒙旦蜡，复合成膜剂中的原料组分均为极性小分子物质，与非极性的聚丙烯不相容，且分子量较小，因而可在注塑过程中迅速迁移至部件表面，形成一层可将材料与模具隔离开的润滑膜，减少材料与模具表面之间的直接接触和摩擦，且具有润滑作用，可极大程度改善材料粘模的问题。
附图说明
图1为实施例1中的注塑脱模后模具粘模情况的剖视示意图；
图2为实施例1中的注塑脱模后模具底部的实物图；
图3为对比例1中的注塑脱模后模具粘模情况的剖视示意图；
图4为对比例1中的注塑脱模后模具底部的实物图。
附图标识：1-模具，2-注塑部件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一，本发明提供了一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：聚丙烯30-50份、玄武岩纤维20-40份、抗氧剂0.5-1.5份、复合成膜剂2.2-7份、阻燃母粒15-30份、相容剂3-8份以及色母0.5-2份。
其中，按质量份数计，复合成膜剂包括十八烷基二乙醇胺0.3-1份、芥酸酰胺0.5-2份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.2-1份、小分子羟基硅油0.2-0.5份、极性PE蜡1-2份以及蒙旦蜡0.3-0.8份，其中PE蜡和蒙旦蜡的分子量均小于3500。
本发明中，聚丙烯包括均聚丙烯和嵌段共聚丙烯中的一种或多种。抗氧剂包括20-60％主抗氧剂和40-80％辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅抗氧剂为包含亚磷酸基团的酯类或盐类抗氧剂；阻燃剂为膨胀型无卤阻燃剂。
本发明中，玄武岩长纤维可增强材料强度，玄武岩纤维强度比一般玻璃纤维强度高10％以上；采用膨胀型无卤阻燃剂，实现环保化生产，且可提高材料阻燃等级至UL94 V2级，具有离火自熄性，阻燃性能的提升可以满足材料在更严苛的环境中使用，拓宽材料的使用领域，提高安全性能。
本发明还提供了一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1按质量称取原料；
S2将聚丙烯、抗氧剂、阻燃母粒、相容剂、色母置于高速混合器中，干混10-12min，得到初混物；
S3将复合成膜剂原料置于溶剂中混匀，蒸馏干燥，得到粒状复合成膜剂；
S4将复合成膜剂混入初混物中，二次干混5-8min；
S5将二次干混得到的原料投入双螺杆挤出机，熔融后挤出并浸渍玄武岩纤维，冷却造粒；其中，熔融过程包括多段加热，加热温度为190-230℃。
本发明中的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，可以在不改变模具结构、不改变部件形态，且不增加冷却时间、不降低生产效率的情况下，解决用增强聚丙烯注塑脱角度小于1°、脱模深度大于50mm且抽芯结构内没有冷却水道的部件的粘模问题。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供了一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料及其制备方法：
(1)按质量分数，称取聚丙烯40份、玄武岩纤维30份，抗氧剂1份、十八烷基二乙醇胺1份、芥酸酰胺1份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.6份、小分子羟基硅油0.35份、极性PE蜡1.5份、蒙旦蜡0.7份、焦磷酸哌嗪22份、马来酸酐接枝PP 5.5份以及色母1.5份；
(2)将聚丙烯、抗氧剂、焦磷酸哌嗪、马来酸酐接枝PP、色母置于高速混合器中，干混15min，得到初混物；
(3)将十八烷基二乙醇胺、芥酸酰胺、丙烯酸二氢二环戊二烯酯、小分子羟基硅油、极性PE蜡以及蒙旦蜡溶于丙醚，蒸馏脱水，干燥后制粒，得到复合成膜剂；
(4)将复合成膜剂混入初混物中二次干混8min，投入双螺杆挤出机，熔融后挤出并进行玄武岩纤维，冷却造粒。
其中，抗氧剂包括40％受阻酚氧化剂和60％亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；相容剂为马来酸酐接枝PP，也可直接将马来酸酐接枝于原料中的聚丙烯，以实现原料组分间相容。
按上述过程制得增强改性PP材料，并将其用于注塑脱模角度小于1°、脱模深度56mm且含有抽芯结构、抽芯结构内没有冷却水道的部件，脱模后模具表面粘连的材料显著降低，部件底部表面受损的面积小于1％，注塑周期约为90s；本实施例中制得的增强改性PP材料，拉伸强度大于80MPa，弯曲强度大于130MPa，弯曲模量大于7000MPa阻燃等级达到UL94V2级。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，按质量份数计，包括聚丙烯35份、玄武岩纤维37份，抗氧剂0.875份、十八烷基二乙醇胺0.6份、芥酸酰胺1份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.6份、小分子羟基硅油0.35份、极性PE蜡1份、蒙旦蜡0.5份、焦磷酸哌嗪20份、相容剂5.5份以及色母1.5份。
所得到的增强改性PP材料用于注塑脱模角度小于1°、脱模深度56mm且含有抽芯结构、抽芯结构内没有冷却水道的部件，脱模后模具表面粘连的材料显著降低，部件底部表面受损的面积不超过1.5％，部件及材料的其余性能与实施例1相近。
对比例1
如图3和图4所示，本对比例与实施例1的区别在于，原料中未包含复合成膜剂。用于注塑脱模角度小于1°、脱模深度55mm且含有抽芯结构、抽芯结构内没有冷却水道的部件，脱模后部件底部全表面都有不同程度的粘连，底部表面损坏面积达到99％以上，且注塑周期需要120s。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，按质量份数计，所述复合成膜剂包括十八烷基二乙醇胺0.3-1份、芥酸酰胺0.5-2份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.2-1份、小分子羟基硅油0.2-0.5份、极性PE蜡1-2份以及蒙旦蜡0.3-0.8份。
3.根据权利要求2所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，按质量份数计，包括聚丙烯40份、玄武岩纤维30份，抗氧剂1份、十八烷基二乙醇胺0.6份、芥酸酰胺1份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.6份、小分子羟基硅油0.35份、极性PE蜡1.5份、蒙旦蜡0.5份、阻燃母粒22份、相容剂5.5份以及色母1.5份。
4.根据权利要求2所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，按质量份数计，包括聚丙烯35份、玄武岩纤维37份，抗氧剂0.875份、十八烷基二乙醇胺0.6份、芥酸酰胺1份、丙烯酸二氢二环戊二烯酯0.6份、小分子羟基硅油0.35份、PE蜡1份、蒙旦蜡0.7份、阻燃母粒20份、相容剂5.5份以及色母1.5份。
5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯包括均聚丙烯和嵌段共聚丙烯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，按质量百分比计，所述抗氧剂包括20-60％主抗氧剂和40-80％辅抗氧剂。
7.根据权利要求6所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，所述辅抗氧剂为包含亚磷酸基团的酯类或盐类抗氧剂。
8.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料，其特征在于，所述阻燃剂为膨胀型无卤阻燃剂。
9.一种如权利要求1至8中任意一项所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1按质量称取原料；
S2将聚丙烯、抗氧剂、阻燃母粒、相容剂、色母置于高速混合器中，干混，得到初混物；
S3将复合成膜剂原料置于溶剂中混匀，蒸馏干燥，得到粒状复合成膜剂；
S4将复合成膜剂混入初混物中，二次干混；
S5将二次干混得到的原料投入双螺杆挤出机，熔融后挤出并浸渍玄武岩纤维，冷却造粒。
10.根据权利要求9所述的玄武岩纤维增强的注塑用改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，熔融过程包括多段加热，加热温度为190-230℃。
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