[发明专利]一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂30～70份，连续玻璃纤维10～20份，连续玄武岩纤维10‑20份，高效相容剂2～10份；本发明的优势在于：引入了高性能、耐剪切的新型玄武岩纤维作为复配的第二纤维增强体，并采用了“熔融浸渍、粒子长切”的长纤维加工工方式，最大限度地保留了增强聚丙烯材料在成型加工后中纤维的有效保留长度。与常规长玻纤增强聚丙烯材料中1.5‑2mm的保留长度相比，这种复合长纤增强的材料在成型加工后具有明显更高的纤维保留长度，最高可达2.5‑4mm，且纤维分散更为均匀，材料的主要刚性指标如拉伸强度、冲击强度同比提高30‑50％，其中拉伸强度可达140MPa以上，冲击强度最高在70kJ/m²以上。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高性能的复合长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)是一种由饱和的碳氢分子链组成的结晶性聚烯烃材料，饱和的碳氢分子链及结晶性赋予了该材料良好的耐化学性及相对较好的力学性能，可作为高性能的热塑性基复合材料的理想选材之一。PP材料最大的优势在于合成工艺简单，聚合单体可自于炼油产业的副产物，因此，对比其他的热塑性基体材料如ABS、PC、PA、PBT等，PP具有非常明显的低成本、高量产性的优势。

随着现代的汽车、工业电子、家用电器等领域产品的不断升级换代，对于低成本、高性能的热塑性复合材料提出了的性能要求，尤其是材料的刚性、强度及抗冲击性等力学性能指标的要求日益严苛，而传统的改性方法比如滑石粉填充、短纤增强所带来的性能增幅相对有限，近年来，一种“在线熔融浸渍、粒子长切”的长玻纤增强(LFT)加工方法已成为增强聚丙烯材料的改性研究热点之一，由于其切粒粒子中纤维保留长度高、排列整齐有序，因此，对于聚丙烯基体材料的力学性能有非常明显改善效果。

然而，近年来的长玻纤增强聚丙烯(LFT-PP)材料的研究大多集中于材料多功能化的改进，如CN108485056、CN108250566、CN107964167均聚焦于阻燃性的LFT-PP材料研究，通过外加不同规格的无卤或有卤阻燃剂体系的方式来实现材料的阻燃性能提升；CN107254104、CN106750950则是关注于LFT-PP材料的低气味、低有机物散发(VOC)等环保特性的改进。由上可知，对于当前的LFT-PP材料研究实际上是陷入了一定的力学性能瓶颈期，其根本原因在于PP基体、玻璃纤维(GF)增强体的性能局限性，尤其是玻璃纤维GF，其刚性、模量同比其他增强体如金属纤维、碳纤维、晶须等都要低很多。针对这一性能缺陷问题，当前已有的解决方式是加入除了PP、GF以外的第三种类高性能基体或者增强体，如CN105623097A中所记述的一种纳米材料复合长玻纤增强聚丙烯材料，1-5％的纳米增强母粒可明显改善LFT-PP材料的力学性能指标,但这种性能的改善程度还依赖于纳米材料的分散状况，因此，必须加工成母粒的方式来进行添加、分散，增加了材料加工的工序流程及成本；CN103709512A则是引入了高性能的尼龙(PA)材料来作为LFT-PP的第二树脂基体，但由于PP、PA之间的材料特性差异，两者的相间相容性并不好，因此，其对于LFT-PP材料力学性能的提升幅度实际上是非常有限的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，针对饱和碳氢分子链结构的聚丙烯刚性、强度等力学性能偏低的固有缺陷，以及单一的长玻纤增强效果有限、易剪切断裂等情况，通过加入第二辅助增强体-玄武岩纤维，来实现聚丙烯增强体系的纤维复配，协调提升对PP基体的增强效果；另外，通过优选特定规格及用量的高效相容剂，实现了良好的相间界面相容性，这对提高聚丙烯复合材料的拉伸强度及抗冲击强度尤其重要。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高性能的复合长纤维增强聚丙烯材料，包括以下重量份的原料：