[发明专利]一种双组分改性玻纤填充聚丙烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能工程塑料技术领域，更具体地，涉及一种双组分改性玻纤填充聚丙烯复合材料的制备方法。

背景技术

现代社会快速发展的科技和增长迅速的人口，对生活和生产中使用的材料提出了更高的要求，传统的的木材、石材、金属等材料，在当今社会已不能完全满足生产和生活的需要。木材的大量使用会对生态环境造成破坏，供应量和性能也难以满足现代要求；传统的金属材料有着易腐蚀，密度大，疲劳效应等不足。自上世纪人类首次制备得酚醛树脂以来，经过一百多年的发展，高分子材料已经广泛应用于日常生活和工业生产的诸多领域，甚至已经在部分场合中取代了传统的金属材料。

聚丙烯(PP)是一种通用塑料，具有低密度，耐腐蚀，化学稳定性好，加工性能优越等优点，且原料丰富，产量巨大，性价比高，可重复利用，因此得到了广泛的应用。尽管PP具有优良的综合性能，但是其冲击性能及吸湿性较差，成型收缩率大，易发生熔体破裂，低温性能不足，力学强度相对于工程塑料尚有不足。为了弥补聚丙烯材料的这些不足，使其能应用到更多器件中，已有很多关于聚丙烯改性的研究。一般在聚丙烯基体中加入填料以增强其力学性能，制成多种改性聚丙烯复合材料，以满足各种应用的需求。常见的填料包括玻璃纤维(GF)，植物纤维/粉，炭黑，碳纳米管等。其中玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有能与工程塑料相媲美的力学性能，而且生产成本低廉，因此得到了广泛的应用，尤其在汽车、建筑行业应用较多。除了加入填料之外，还可以采用拉伸取向的方法提高材料的强度，对制品进行单轴或双轴拉伸取向，使大分子分子链定向排列，可明显提高材料的拉伸强度。同时，经过拉伸后的制品中的填料分散情况也能得到明显改善。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术中的不足，提供了一种双组分改性玻纤填充聚丙烯复合材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种双组分改性玻纤填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将玻璃纤维加入到含有硅烷偶联剂的乙醇水溶液中浸泡，得到改性玻纤；

S2.将S1中改性玻纤加入引发剂、单体进行接枝反应一定时间，然后过滤，洗涤，干燥后得到表面接枝聚合物的超短玻纤；

S3.将S2中超短玻纤、S1中改性玻纤、抗氧化剂和聚丙烯共混制成母料；

S4.将S3中母料挤出成型，牵伸后得到双组份改性玻纤填充聚丙烯复合材料；

步骤S2中，引发剂、单体和改性玻纤的混合质量比为(0.001～0.1)：(0.05～0.2)：1；

步骤S3中，超短玻纤、S1中改性玻纤、抗氧化剂和聚丙烯的混合质量比为(1～30)：(1～30)：(1～5)：100。

本发明将两种不同表面改性以及不同长径比的玻纤材料同时填充于聚丙烯中，经共混和后牵伸取向后得到双组份改性玻纤填充聚丙烯复合材料。其中，方法步骤S2中为表面接枝聚合物的超短玻纤，采用接枝法(例如球磨接枝法)将聚合单体接枝到步骤S1中预先进行硅烷偶联剂改性的玻纤表面得到，其添加目的是对聚丙烯材料起到增韧作用；而步骤S1中的改性玻纤仅为进行硅烷偶联剂改性的玻纤，保留原玻纤较高的长径比，可对聚丙烯材料起到增强作用。本发明旨在改善玻纤与聚合物界面相互作用的前提下，同时兼顾不同长径比玻纤对聚丙烯复合材料的改性特点，通过后牵伸取向手段，得到具有高强度同时具有良好韧性的玻纤聚丙烯复合材料。

本发明步骤S2中，利用改性玻纤加入引发剂、单体进行接枝反应，此时玻纤长径比大幅减小。反应一定时间后，过滤，洗涤，去除溶剂、未反应的聚合单体等杂质，干燥后，得到表面接枝聚合物的超短玻纤。

优选地，步骤S3中，超短玻纤与S1中改性玻纤的混合比为1：(1～3)。步骤S3中，超短玻纤和S1中改性玻纤的混合量占母料的10％。在该比例下，能够得到最佳的具有高强度和良好韧性的聚丙烯复合材料。

优选地，步骤S3中共混温度为190～220℃，密炼机转子转速为60～80rpm，共混时间为6～15min。

优选地，步骤S4中挤出成型的温度为200～220℃，挤出转速为40～80rpm。

优选地，步骤S1中，乙醇水溶液中乙醇的浓度为50～95％。

优选地，步骤S1中，硅烷偶联剂的质量浓度为0.5～2％。

优选地，步骤S1中，玻璃纤维与含有硅烷偶联剂的乙醇水溶液的混合比为1：(1～5)。其中玻璃纤维的量按g计，乙醇水溶液的量按ml计。