[发明专利]一种短玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于聚丙烯改性技术领域，特别涉及一种短玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

短玻纤增强聚丙烯复合材料由于易加工、成本低以及力学性能优异，部分性能可与工程塑料相媲美使其在电器、电子、汽车市场中竞争力日趋增强，尤其在汽车工业应用中越来越广泛，越来越多的汽车部件采用玻纤增强聚丙烯来制造。

玻纤增强聚丙烯复合材料的方式主要有三种，第一种是连续纤维纱加入到双螺杆挤出机中，利用合理的螺杆设计将连续纤维通过螺杆剪切进行剪断，与熔体混合分散，最后经过模头挤出造粒。此方式在产品成本上有一定优势，但产品中玻纤保留长度及长度分布很难控制，产品中玻纤含量的均一性也差，所以产品质量波动比较大。第二种方式是预浸带工艺，即将连续纤维束通过树脂熔体或溶液的浸渍池（模头）中，得到预浸带，再将预浸带切成需要的长度，一般是10mm左右。此时颗粒的长度即是玻纤的保留长度，经过注塑成型后，制品中玻纤长度1mm以上。由于玻纤保留长度的增加，制品的刚性、强度、冲击强度和耐蠕变性比普通短玻纤增强产品都要高。但此工艺复杂，设备投资大，几十根平行排布的连续长纤维在很短的浸渍机头是要保证玻纤被熔体充分渍浸，需要非常复杂的结构设计才能实践。而此结构设计也是长纤维增强热塑性塑料（LFT）生产企业的高度机密。第三种是目前应用最广泛的短玻纤增强技术，将短纤维与树脂干混合后经过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机进行造粒，或者在双螺杆挤出机中将玻纤从侧喂口加入到已经熔融塑化好的树脂中再进行挤出造粒。此工艺操作简单，设备投入也小，尤其是利用双螺杆挤出机生产时产能也大。但是此方法会导致玻纤在加工过程中严重破损断裂，经过注塑成型后制品中玻纤保留长度只在0.2～0.5mm范围内。相对于LFT产品性能至少降低20%。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种短玻纤增强聚丙烯复合材料。

本发明另一目的在于提供上述短玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法。该方法利用同向双螺杆挤出机，采用特殊的螺杆组合设计和挤出辅助设备，克服现有短玻纤增强聚丙烯存在的不足，即玻纤保留长度低，制备得到一种高性能短玻纤增强聚丙烯材料，替代浸渍法生产的LFT产品。

本发明再一目的在于提供上述短玻纤增强聚丙烯复合材料在汽车工业、建筑材料及电器生产中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种短玻纤增强聚丙烯复合材料，由以下质量分数的组分组成：

所述的聚丙烯（PP）指均聚PP和共聚PP中的至少一种。其中，均聚PP的熔体流动速率为10～100g/10min；共聚PP的熔体流动速率为10～100g/10min。

所述的均聚PP优选为PP1304E1，其熔体流动速率为10～15g/10min；

所述的共聚PP优选为PP BX3920，其熔体流动速率为85～100g/10min。

所述的接枝改性聚丙烯指马来酸酐接枝聚丙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的至少一种。其中，马来酸酐接枝聚丙烯的熔体流动速率在50～120g/10min；甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯的熔体流动速率在50～120g/10min。

所述的接枝改性PP优选为马来酸酐接枝PP KT-1，其熔体流动速率为100～120g/10min。

所述的短切玻纤的初始长度为1.7～4.5mm，平均直径为8～20mm。

所述的短切玻纤优选为ER4305PM-2400。

所述的抗氧剂指受阻酚类、亚磷酸酯类和苯并咪唑类中的至少一种。

所述的抗氧剂优选为(四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯)。

所述的润滑剂指己烯基双硬脂酰胺（EBS）润滑剂，优选为EBS HI-LUBE。

上述复合材料的制备方法，具体包含以下步骤：

将聚丙烯、接枝改性聚丙烯、抗氧剂和润滑剂预混合均匀，从主喂料口中投入双螺杆挤出机，短切玻纤从侧喂料口投入侧喂料机后，熔融挤出，水下模面切粒，得到短玻纤增强聚丙烯复合材料。

挤出后水下模面切粒的方式降低了普通的水冷拉条切料时对玻璃纤维的剪断，保证了玻纤的保留长度。

所述的双螺杆挤出机采用特殊的螺纹元件及螺杆组合，螺杆的玻纤分散区为大导程、非啮合螺纹元件，具体参数如图1所示。采用该特殊螺纹元件，物料在此螺纹元件处受到的是部分剪切场和部分拉伸场，而非完全剪切场。相对于现有技术使用的啮合型元件，减少了剪切对玻纤的损伤和破坏，使玻纤保留长度更长。