玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種低翅曲、高尺寸穩(wěn)定性、高剛性的 玻纖增強聚丙締復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙締 PP是一種廣泛應(yīng)用的通用塑料，具有優(yōu)良的綜合性能及成型加工型、相對 低廉的價格，加入玻璃纖維GF不僅能有效彌補聚丙締的性能缺陷，且能進一步降低材料成 本，是當(dāng)前汽車用聚丙締材料改性的焦點之一。
[0003] 隨著當(dāng)前汽車輕量化、環(huán)?；枨蟮娜找嫱怀?，高性價比的玻璃纖維增強熱塑性 復(fù)合材料是一種理想的解決方案，具有加工簡便、易注塑、纖維分布均勻等特點，適合用于 汽車中形狀復(fù)雜的次承力結(jié)構(gòu)部件。W前端框架為例，性能要求相對較低、產(chǎn)量更大的小型 乘用車已逐步采用可注塑成型的玻璃纖維增強熱塑性顆粒料，其中杰出范例就是長玻纖增 強材料LFT，但由于粒子中所含纖維長，對部件成型時模具的誘口、流道、結(jié)構(gòu)設(shè)計要求很 高，且加工產(chǎn)量偏低、成本偏高，不利于在汽車上大規(guī)模推廣，而運些正是短玻纖增強材料 SFT的優(yōu)勢所在。
[0004] 然而，短玻纖增強聚丙締復(fù)合材料的自身缺陷也是非常突出，最明顯的就是由于 其粒子中所含增強纖維的分布長度過短(05~0.8mm)，大大低于長玻纖增強聚丙締的2~ 3mm，因而，不僅在纖維增強效果及材料力學(xué)性能方面明顯更低，且對注塑制件的整體支撐 效果也非常有限，制品容易翅曲、變形，尤其是在用于一些低厚度（含2mm)的大型平坦制件 如底護板、發(fā)動機艙罩蓋、后備箱蓋等時尤其突出。因此，傳統(tǒng)的解決方法如 CN201210281373中所述的淺縮痕、低翅曲玻纖增強聚丙締材料，采用各向同性的礦物填充 體來部分替代一維取向的玻纖增強體，雖然能改善其材料的形變程度，但增強效果相對有 效的礦粉的使用，在一定程度上降低了材料的剛性及強度;CN201310465800也采用了類似 的解決方案，雖然玻纖粉的增強效果優(yōu)于礦物體系，但長度的損失使材料的整體力學(xué)性能 仍處于相對較低的水準(zhǔn)；已有的案例表明，各向同性的粉末體系引入能在一定程度上改善 纖維增強材料的取向程度，但是W部分降低材料的力學(xué)性能為代價，且其改性側(cè)重點單純 依賴?yán)w維增強體系，而忽略了纖維增強復(fù)合材料的整體效果，尤其是基體改性的效果，因 此，運并不能真正應(yīng)對當(dāng)前汽車塑代鋼"的輕量化趨勢對所用高性能玻纖增強聚丙締產(chǎn) 品的核屯、需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種玻璃纖維增強聚丙締復(fù)合材料 及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種玻璃纖維增強聚丙締復(fù)合材料，包括W下重量份 的原料： 聚丙稀 50~撕重量份 短玻璃纖維增強體系 10~50重量份
[000引 界面相容劑 5~10重量份 微結(jié)構(gòu)調(diào)整助劑 0.5~3重量份
[0009] 所述的微結(jié)構(gòu)調(diào)整助劑由聚丙締結(jié)晶成核劑和納米功能母粒組成；其中，聚丙締 結(jié)晶成核劑為0.2~1重量份，納米功能母粒為0.3-2重量份。
[0010] 進一步的，所述的聚丙締為均聚聚丙締，在230°c、2.1服g的測試條件下，其烙融指 數(shù)為2~20g/min。
[0011] 進一步的，所述的短玻璃纖維增強體系選自截面呈圓形短切玻璃纖維、楠圓形短 切玻璃纖維、S角形短切玻璃纖維中一種或幾種，纖維直徑為7~13um，短切長度為3~ 4.5um〇
[0012] 進一步的，所述的界面相容劑為馬來酸酢接枝聚丙締 PP-MAH，接枝率為1.0%。
[0013] 進一步的，所述的聚丙締結(jié)晶成核劑選自聚丙締6、有機憐酸鹽類成核劑、芳香胺 類成核劑、稀±化學(xué)物的中一種或幾種。
[0014] 進一步的，所述的納米功能母粒為W聚丙締 PP為載體的400-80化m納米級分散尺 度無機礦物增強粒子，其固體含量為5~20wt %。
[0015] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種玻璃纖維增強聚丙締復(fù)合材料的制備方法，所述 方法包括W下步驟：
[0016] (1)先按如下重量份稱取聚丙締、界面相容劑、微結(jié)構(gòu)調(diào)整助劑，混合均勻，得到混 合原料，然后稱取短玻璃纖維增強體系； 聚丙婦 50~80重量份 短玻璃纖維增強體系 10~50重量份
[0017] 界面相容劑 5~10重量份 微結(jié)構(gòu)調(diào)整助劑 化5~3重量份
[0018] 所述的微結(jié)構(gòu)調(diào)整助劑由聚丙締結(jié)晶成核劑和納米功能母粒組成；其中，聚丙締 結(jié)晶成核劑為0.2~1重量份，納米功能母粒為0.3-2重量份；
[0019] (2)將上述混合原料干燥后，置于曬合同向雙螺桿擠出機的主喂料倉中，經(jīng)喂料螺 桿加入到擠出機的機筒內(nèi)，將短玻璃纖維增強體系從側(cè)喂料口加入到擠出機中，擠出機螺 桿直徑為35mm，長徑比L/D為40，主機筒從加料口到機頭出口的各分區(qū)溫度設(shè)定為:60°C、 180 °C、200 °C、210 °C、220 °C、220 °C、220 °C，主機轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，經(jīng)烙融擠出、冷卻、造 粒、烘干處理，制得玻璃纖維增強聚丙締復(fù)合材料。
[0020] 通過本發(fā)明的技術(shù)方案制備得到的高性能玻纖增強聚丙締復(fù)合材料，具有極其優(yōu) 異的抗翅曲特性及尺寸穩(wěn)定性，同時，避免加入粉體對復(fù)合材料剛性指標(biāo)的降低，較好應(yīng)對 了汽車輕量化設(shè)計下大型結(jié)構(gòu)制件對原材料的性能指標(biāo)要求。發(fā)明的側(cè)重點在于選擇的不 同形狀、直徑的短切玻纖增強體復(fù)配，在納米功能母粒的輔助分散作用下，纖維的取向及分 散分布狀況均有了明顯的改善，因此，良好分布的增強體系對聚丙締基體的支撐效果更好， 從而賦予復(fù)合材料更好的尺寸穩(wěn)定性及抗翅曲形變能力。玻纖含量在20%時，復(fù)合材料翅 曲量同比常規(guī)材料降低40%~50%，而隨著玻纖含量的進一步提升至50%，復(fù)合材料的翅 曲變形量趨近于零，且在環(huán)境交變條件下也保持了類似的尺寸效果;更重要的是，運種尺寸 特性的獲得并不是W犧牲復(fù)合材料的剛性為代價，相反材料的彎曲性能指標(biāo)較常規(guī)材料有 30 %~40 %的提高幅度，彎曲強度最高可到170M化，彎曲模量在9500MPa W上，其各項性能 指標(biāo)及加工成型表現(xiàn)已經(jīng)趨近同等玻纖含量的長玻纖增強聚丙締復(fù)合材料，表明研究所得 的高性能短玻纖增強聚丙締復(fù)合材料在前端框架、天窗框架、儀表板骨架、發(fā)動機艙罩蓋、 發(fā)動機底部護板等大型結(jié)構(gòu)制件或功能件方面有著良好的應(yīng)用前景。
[0021] 通過獨特的多形狀玻纖增強體的選擇及復(fù)合搭配，輔W界面增容劑、微結(jié)構(gòu)調(diào)整 劑對復(fù)合材料基體、界面的有效調(diào)整，使制得改性后的玻纖增強聚丙締復(fù)合材料具備分布 尺寸更小、分散程度更高、取向合理增強體系，加上助劑對聚丙締基體結(jié)晶性能的有效調(diào) 整，其晶體規(guī)整性高、結(jié)晶速率快，從而保證了材料具備極好的抗翅曲特性及高低溫環(huán)境中 的尺寸穩(wěn)定性，同時，由于避免使用低增強效果的礦物體系，材料的主要剛性、強度指標(biāo)如 彎曲強度及模量、無缺口沖擊強度等不僅沒有降低，反而有部分程度的改善，尤其沖擊性能 的改善尤為明顯，材料的各項性能指標(biāo)能滿足各大品牌主機廠的相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果如下：
[0023] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)的短玻纖增強聚丙締材料因玻纖長度低、分布不均勻，加上聚丙 締結(jié)晶速率低，晶體結(jié)構(gòu)不完整而導(dǎo)致易翅曲、易變形，剛性不足的缺陷，采用了結(jié)構(gòu)、直徑 有差異的玻纖增強體系搭配，并在高效界面增容及快速的結(jié)晶成核輔助作用下，共同構(gòu)建 分布均勻、界面粘結(jié)良好的有機-無機兩相增強體系。所得的聚丙締復(fù)合材料的翅曲形變較 傳統(tǒng)材料降低30%~60%，尤其是低含量的玻纖增強體系表現(xiàn)的更加突出，材料剛性指標(biāo) 如彎曲強度、彎曲模量同比提升30%，同時材料收縮率更低，在高低溫環(huán)境中均具備優(yōu)異的 尺寸穩(wěn)定性，是一種尺寸穩(wěn)定性好、剛性高的汽車大型結(jié)構(gòu)件專用改性材料。
【具體實施方式】
[0024] 下面通過具體的實施方式對本發(fā)明做進一步的說明，所述實施例僅用于說明本發(fā) 明而不是對本發(fā)明的限制。
[0025] 本發(fā)明實施例所用原料：
[0026] PP-1:均聚丙締，結(jié)晶度乂(3>65%，韓國化17]\1^曰6，烙融指數(shù)1。1?為12邑/1〇111111(230 °C、2.16Kg)。
[0027] PP-2:均聚丙締，結(jié)晶度Xe >60%，北方華錦，烙融指數(shù)MFR為5g/10min(230°C、 2.16Kg)〇
[0028] 短切玻纖-1:ECS-305H，直徑為13皿，短切長度4.5111111，重慶玻纖〔口1(：。
[0029] 短切玻纖-2: SS-10-420，粉狀玻纖，短切長度0.3mm，直徑11微米，日本東洋紡織公 司。
[0030] 短切玻纖-3:CSG 3Pk820,異性玻纖，異性比為2,直徑13um，短切長度3mm，日本東 洋紡織公司。
[0031 ]界面相容劑:馬來酸酢接枝聚丙締 CMG-5001，南通日之升新材料有限公司，化學(xué)測 試接枝率為0.8%。
[0032]聚丙締結(jié)晶成核劑-1 :TMA-5,有機憐酸鹽類成核劑，山西化工研究所。
[0033] 聚丙締結(jié)晶成核劑-2: PA6,黏度2.45,寧波亨潤集團；
[0034] 聚丙締結(jié)晶成核劑-3:WBG-II，稀±類成核劑，廣東巧林納新材料科技股份有限公 司。
[0035] 納米功能母粒:M2005，納米碳化娃纖維增強母粒，上海超威納米科技有限公司。
[0036] 產(chǎn)品性能測試：
[0037] 拉伸性能:按IS0527-2標(biāo)準(zhǔn)進行，測試速率為5mm/min。
[003引彎曲性能:按IS178標(biāo)準(zhǔn)進行，跨距為64mm，測試速率為2mm/min。
[0039] 沖擊性能:按IS0179-1標(biāo)準(zhǔn)在簡支梁沖擊試驗機上進行，樣條缺口為A型。
[0040] 翅曲性能測試:在注塑機上制備尺寸為355X70X3.2的樣板，將其一段固定于平 面上，測試另一端于平面直徑的高度差(cm)。
[0041 ] 收縮率測試:按ISO 294-4標(biāo)準(zhǔn)進行測試，標(biāo)準(zhǔn)樣板為210X 140X3.2mm，測試垂直 流動方向分別測試。
[0042] 線性膨