一种低气味、高性能长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制造方法

摘要

本发明公开了一种低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，按质量百分比计算，其原材料配方如下：聚丙烯：24.5～91.9％；长玻璃纤维：5～50％；化学除味剂：0.5～4％；聚丙烯相容剂：2～15％；抗氧剂：0.5～3.5％；加工助剂：0.1～3％。与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料在保证材料具有特别优秀的低气味的情况下还保持高力学性能、高热稳定性，完全能满足大众、福特等主机厂对长玻纤增强聚丙烯材料气味性能、机械性能的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种长玻纤增强聚丙烯材料，具体地说涉及一种低气味、高性能 长玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制造方法，属于聚丙烯材料改性技术领域。

背景技术

长玻纤增强聚丙烯材料具有重量轻、强度高、抗冲击性好、尺寸稳定性好等 特点，在实际应用中被可用来替代传统的增强工程塑料甚至钢材等金属材料。近 年来，随着汽车轻量化的进展，长玻纤增强聚丙烯材料凭借其性价比高的优势作 为以塑代钢的主要材料越来越广泛的应用在汽车工业，采用长玻纤增强聚丙烯材 料制作汽车零部件性能和钢制零部件性能相当，但重量降低了40％甚至更多， 经济性也更好。

长玻纤增强材料在汽车行业中广泛用来如仪表板骨架、风道、多功能支架等 零部件。现有的长玻纤增强聚丙烯材料为保证材料性能在材料中会包含有浸润 剂、相容剂等其他气味较差的物质，因而长玻纤增强聚丙烯材料的气味也相对较 差。

随着生活理念的提升，人们对汽车的要求也越来越高。高分子材料及高分子 复合材料作为汽车内饰件的主要材料，其气味高低对车内气味有较大的影响。如 果车内气味较大，不仅严重影响消费者的用车体念，还对车内乘员的健康有不利 的影响，因此，各主机厂对车内空气质量也更加重视，对汽车材料尤其是内饰用 塑料材料提出了更高的气味特性要求。只有低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材 料才能满足汽车工业越来越严格的要求。

发明领域

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种气低气味、高性 能长玻璃纤维增强聚丙烯材料。

本发明还提供两种上述低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方 法。

为解决上述技术问题，本发明采取技术方案如下：

一种低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量百分比计算，其原 材料配方如下：

聚丙烯：24.5～91.9％；

长玻璃纤维：5～50％；

化学除味剂：0.5～4％；

聚丙烯相容剂：2～15％；

抗氧剂：0.5～3.5％；

加工助剂：0.1～3％。

所述的聚丙烯的熔体流动速率为40～250g/10min。

所述的长玻璃纤维为连续无碱玻纤，玻纤直径为10～25μm。

所述的化学除味剂为一种或几种化学除味剂的组合物。典型的化学除味剂如 螯合剂等。所述的螯合剂为超支化聚醚改性螯合剂，选自超支化缩水甘油醚改性 二乙基三胺五乙酸、超支化缩水甘油醚改性十二烷四乙酸和超支化缩水甘油醚改 性乙二胺四乙酸。

所述的相容剂为马来酸及其衍生物、丙烯酸、丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯接 枝而成的接枝聚丙烯，接枝率在0.5～2.2％。

所述的抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂168，抗氧剂DSTP，抗氧剂3114， 抗氧剂619F，抗氧剂627中的一种或几种的混合物。

所述的加工助剂包括硬脂酸、硬脂酸盐、聚烯烃蜡、聚硅氧烷中的一种或几 种的混合物。

上述的低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯复合材料的加工制备方法包括以下 两种：

方法一：直接拉挤浸渍法：

1）按照配方将聚丙烯、化学除味剂、相容剂、抗氧剂、加工助剂混匀后先 经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为250～350℃；

2）连续长玻璃纤维在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍， 所得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料。

优选的材料粒子长度为8-18mm。

方法二：批混法：

步骤1：长玻纤增强聚丙烯母粒制备。按照配方将聚丙烯、相容剂、加工助 剂混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 250～350℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍， 所得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，优选的粒子长 度为8-18mm。

步骤2：低气味聚丙烯母粒制备。将聚丙烯、低气味助剂、抗氧剂加入到双 螺杆挤出机中，熔融共混挤出，然后经冷却和切粒制得低气味聚丙烯母粒，优选 的粒子长度为8-18mm。

步骤3：将步骤1制得的长玻纤增强聚丙烯母粒和步骤2制得的低气味聚丙 烯母粒混合均匀即得到低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯复合材料，一般情况下 该材料中长玻纤增强聚丙烯母粒和低气味聚丙烯母粒的粒子长度是相同的。

本发明低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料使用时，可直接注塑成零件， 无需其他复杂工序。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料在保证材料具有特别优秀的低 气味的情况下还保持高力学性能、高热稳定性，完全能满足大众、福特等主机厂 对长玻纤增强聚丙烯材料气味性能、机械性能的要求。

本发明低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法灵活，既可采取直 接拉挤浸渍法，又可以采取分别制作长玻纤增强聚丙烯母粒、低气味聚丙烯母粒、 再将两者批混均匀的批混法。这样灵活的制备方法不但效率高，经济性更好，还 可以满足不同原材料的加工要求，因此工艺可控性极强，材料性能更加稳定。

具体实施方式

下面通过实施例和对比例进一步说明本发明的技术特点，在不违反本发明的 宗旨下，本发明应不限于以下实施例具体明示的内容。

实施例所用原材料如下：

PP-1：熔体流动速率为40g/10min；

PP-2：熔体流动速率为120g/10min;

PP-3：熔体流动速率为240g/10min；

长玻纤：362K，巨石集团；

化学除味剂A：超支化缩水甘油醚改性二乙基三胺五乙酸；

化学除味剂B：超支化缩水甘油醚改性十二烷四乙酸

化学除味剂C：超支化缩水甘油醚改性乙二胺四乙酸

相容剂：马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率：1.0%，熔指：150；

抗氧剂：619F和1010：瑞士汽巴精化公司；

加工助剂：硬脂酸钙。

产品性能测试方法：

拉伸性能：按ISO 527标准，速度5mm/min。

弯曲性能：按ISO 178标准，速度2mm/min。

缺口冲击强度：按ISO 179标准。

热变形温度：按照ISO 75标准，载荷为1.8MPa。

气味：按照福特FLTM BO 131-03标准，温度为80℃。

冷凝组分：按照福特SAE J1756标准。

实施例1：

采取直接挤浸渍法制备，按照表1中的配方将除玻纤以外的原料混匀后先经 过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为250℃。连续长玻 纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所得物料牵引出浸渍 槽并冷却切粒，制得低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料，该材料中玻纤含量 为5%，粒子长度为8mm。采用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表1。

实施例2：

采取直接挤浸渍法制备，按照表1中的配方将除玻纤以外的原料混匀后先经 过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为280℃。连续长玻 纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所得物料牵引出浸渍 槽并冷却切粒，制得低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料，该材料中玻纤含量 为20%，粒子长度为11mm。采用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表1。

实施例3：

采取直接挤浸渍法制备，按照表1中的配方将除玻纤以外的原料混匀后先经 过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为310℃。连续长玻 纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所得物料牵引出浸渍 槽并冷却切粒，制得低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料，该材料中玻纤含量 为45%，粒子长度为14mm。采用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表1。

实施例4：

采取直接挤浸渍法制备，按照表1中的配方将除玻纤以外的原料混匀后先经 过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为350℃。连续长玻 纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所得物料牵引出浸渍 槽并冷却切粒，制得低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料，该材料中玻纤含量 为50%，粒子长度为18mm。采用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表1。

实施例5：

采取批混法制备，包括三个步骤。

步骤1：制备长玻纤增强聚丙烯母粒1。按照表2中的配方将除玻纤以外的 原料混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 300℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所 得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，该母粒长度为 8mm。

步骤2：制备低气味聚丙烯母粒1。按照表3中的配方将所有原料混合均匀 后采用双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却切粒，制得低气味聚丙烯母粒1，该母粒 长度为8mm。

步骤3：将步骤1制得的长玻纤增强聚丙烯母粒1和步骤2制得的低气味聚 丙烯母粒1按照表4中的配方混匀，混匀后的材料中玻纤含量为5%，采用注塑 机制备标准测试试样，测试结果见表4。

实施例6：

采取批混法制备，包括三个步骤。

步骤1：制备长玻纤增强聚丙烯母粒2。按照表2中的配方将除玻纤以外的 原料混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 320℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所 得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，该母粒长度为 12mm。

步骤2：制备低气味聚丙烯母粒2。按照表3中的配方将所有原料混合均匀 后先采用双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却切粒，制得低气味聚丙烯母粒2，该母 粒长度为12mm。

步骤3：将步骤1制得的长玻纤增强聚丙烯母粒2和步骤2制得的低气味聚 丙烯母粒2按照表4中的配方混匀，混匀后的材料中玻纤含量为15%，采用注塑 机制备标准测试试样，测试结果见表4。

实施例7：

采取批混法制备，包括三个步骤。

步骤1：制备长玻纤增强聚丙烯母粒2。按照表2中的配方将除玻纤以外的 原料混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 320℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所 得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，该母粒长度为 12mm。

步骤2：制备低气味聚丙烯母粒3。按照表3中的配方将所有原料混合均匀 后采用双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却切粒，制得低气味聚丙烯母粒3，该母粒 长度为12mm。

步骤3：将步骤1制得的高性能长玻纤增强聚丙烯母粒2和步骤2制得的低 气味聚丙烯母粒3按照表4中的配方混匀，混匀后的材料中玻纤含量为30%，采 用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表4。

实施例8：

采取批混法制备，包括三个步骤。

步骤1：制备长玻纤增强聚丙烯母粒3。按照表2中的配方将除玻纤以外的 原料混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 350℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所 得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，该母粒长度为 18mm。

步骤2：制备低气味聚丙烯母粒4。按照表3中的配方将所有原料混合均匀 后采用双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却切粒，制得低气味聚丙烯母粒4，该母粒 长度为18mm。

步骤3：将步骤1制得的高性能长玻纤增强聚丙烯母粒3和步骤2制得的低 气味聚丙烯母粒4按照表4中的配方混匀，混匀后的材料中玻纤含量为40%，采 用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表4。

实施例9：

采取批混法制备，包括三个步骤。

步骤1：制备长玻纤增强聚丙烯母粒3。按照表2中的配方将除玻纤以外的 原料混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 350℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所 得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，该母粒长度为 18mm。

步骤2：制备低气味聚丙烯母粒5。按照表3中的配方将所有原料混合均匀 后采用双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却切粒，制得低气味聚丙烯母粒5，该母粒 长度为18mm。

步骤3：将步骤1制得的高性能长玻纤增强聚丙烯母粒3和步骤2制得的低 气味聚丙烯母粒5按照表4中的配方混匀，混匀后的材料中玻纤含量为50%，采 用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表4。

对比例1：

采取拉直接挤浸渍法制备，按照表1中的配方将除玻纤以外的原料混匀后先 经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为270℃。连续长 玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所得物料牵引出浸 渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯材料，该材料中玻纤含量为15%，粒子 长度为8mm。采用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表1。

对比例2：

采取拉直接挤浸渍法制备，按照表1中的配方将除玻纤以外的原料混匀后先 经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为300℃。连续长 玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所得物料牵引出浸 渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯材料，该材料中玻纤含量为30%，粒子 长度为13mm。采用注塑机制备标准测试试样，测试结果见表1。

对比例3：

采取批混法制备，包括三个步骤。

步骤1：制备长玻纤增强聚丙烯母粒2。按照表2中的配方将除玻纤以外的 原料混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 320℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所 得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，该母粒长度为 12mm。

步骤2：制备聚丙烯母粒6。按照表3中的配方将所有原料混合均匀后采用 双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却切粒，制得聚丙烯母粒6，该母粒长度为12mm。

步骤3：将步骤1制得的长玻纤增强聚丙烯母粒2和步骤2制得的聚丙烯母 粒6按照表4中的配方混匀，混匀后的材料中玻纤含量为20%，采用注塑机制备 标准测试试样，测试结果见表4。

对比例7：

采取批混法制备，包括三个步骤。

步骤1：制备长玻纤增强聚丙烯母粒3。按照表2中的配方将除玻纤以外的 原料混匀后先经过挤出机塑化熔融，然后将熔体输入浸渍槽，浸渍槽温度设为 350℃。连续长玻纤在传动装置作用下进入浸渍槽、分散并被熔体完全浸渍，所 得物料牵引出浸渍槽并冷却切粒，制得长玻纤增强聚丙烯母粒，该母粒长度为 18mm。

步骤2：制备聚丙烯母粒7。按照表3中的配方将所有原料混合均匀后先采 用双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却切粒，制得聚丙烯母粒7，该母粒长度为18mm。

步骤3：将步骤1制得的长玻纤增强聚丙烯母粒2和步骤2制得的聚丙烯母 粒7按照表4中的配方混匀，混匀后的材料中玻纤含量为45%，采用注塑机制备 标准测试试样，测试结果见表4。

表1：直接拉挤浸渍法实施例1-4、对比例1-2的配方和性能测试结果

表2：批混法的长玻纤增强聚丙烯母粒制备

表3：批混法的低气味聚丙烯母粒制备

表4：批混法实施例5-9、对比例3-4的配方和性能测试结果

由实施例1-4和对比例1-2的性能测试结果可以看出：本发明低气味、高性 能长玻纤增强聚丙烯材料中采用添加化学除味剂后，材料的具有更低的气味，更 低的冷凝组分。由实施例5-9和对比例3-4的性能测试结果可以看出：同样使用 批混法，添加了化学除味剂后，材料具有更低的气味，更低的冷凝组分。

从以上实施例测试结果可以看到，通过本发明制得的低气味、高性能长玻纤 增强聚丙烯材料不仅具有十分低的气味，还具有优异的力学性能、耐热性。这种 低气味、高性能长玻纤增强聚丙烯材料尤其适合用于制造对气味性能、力学性能 均要求较高的汽车零件，如仪表板骨架、风道、多功能支架、门板等。