阅读说明：本技术 一种低气味低voc玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法 (Low-odor low-VOC glass fiber reinforced polypropylene composite material and preparation method thereof ) 是由 梁珊 周建刚 姚远 曾庆文 李炜 刘奇 王艺 何勇 谭家顶 杨小祥 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：一种低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法,包括以下重量份原料：50-90份PP树脂,10-50份短切扁平玻璃纤维,0-1份润滑剂,0-4份相容剂,0-2份抗氧剂,0-2份黑色母粒；利用低气味低VOC短切扁平玻璃纤维代替了普通的圆柱形玻璃纤维,不仅降低玻纤增强聚丙烯复合材料的气味和VOC含量,还能提高双螺杆挤出高玻璃纤维含量牵条切粒的工艺稳定性,提高玻纤增强聚丙烯复合材料的流动性、力学性能与制件外观,并降低玻纤增强聚丙烯复合材料制品的翘曲变形。同时利用低气味高活性马来酸酐接枝PP作为相容剂,充分利用其极高的增容效率和高反应活性基团,在保证性能的前提下,进一步降低了玻纤增强PP复合材料的气味和VOC。(The low-odor low-VOC glass fiber reinforced polypropylene composite material and the preparation method thereof comprise the following raw materials in parts by weight: 50-90 parts of PP resin, 10-50 parts of chopped flat glass fiber, 0-1 part of lubricant, 0-4 parts of compatilizer, 0-2 parts of antioxidant and 0-2 parts of black master batch; the low-odor low-VOC chopped flat glass fiber is used for replacing common cylindrical glass fiber, so that the odor and the VOC content of the glass fiber reinforced polypropylene composite material are reduced, the process stability of double-screw extrusion high-glass-fiber-content strand cutting and granulating can be improved, the flowability, the mechanical property and the appearance of a workpiece of the glass fiber reinforced polypropylene composite material are improved, and the warping deformation of a glass fiber reinforced polypropylene composite material product is reduced. Meanwhile, the maleic anhydride grafted PP with low odor and high activity is used as a compatilizer, and the extremely high compatibilization efficiency and high reaction activity group of the compatilizer are fully utilized, so that the odor and VOC (volatile organic compounds) of the glass fiber reinforced PP composite material are further reduced on the premise of ensuring the performance.)

一种低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，特别是一种低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法。

背景技术

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具备良好的力学性能、加工性能、耐候性能和尺寸稳定性能，广泛应用于汽车、家电等领域，随着人们生活水平的提高尤其是汽车工业的快速发展，世界上各大汽车制造商均在用户的反馈下对汽车内饰材料的低气味低VOC性能提出更高的要求。且现有的玻纤增强聚丙烯复合材料，在制备时，玻璃纤维在树脂中的流动性有限，粒料流动性不好造成了玻璃纤维排布不均匀并导致制件表面质量较差。同时圆柱型玻璃纤维由于在树脂中高度取向，使制成的玻纤增强聚丙烯复合材料在各个方向上收缩率相差较大，最终导致玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制件极易翘曲变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，不仅能克服目前存在的玻纤增强聚丙烯复合材料气味和VOC排放量不达标的缺陷，还能显著提升玻璃纤维增强聚丙烯的熔融指数，改善玻纤增强聚丙烯复合材料的表面质量，复合材料制件不易翘曲变形，满足汽车内饰材料的发展新要求。

本发明技术方案如下：

一种低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料，包括以下重量份原料：50-90份PP树脂，10-50份短切扁平玻璃纤维，0-1份润滑剂，0-4份相容剂,0-2份抗氧剂，0-2份黑色母粒；其中，所述短切扁平玻璃纤维的截面为扁平状，且所述短切扁平玻璃纤维为表面涂覆有低气味低VOC浸润剂的低气味低VOC短切扁平玻璃纤维。

作为优选，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐基团和高反应活性基团形成的低气味高活性相容剂，所述马来酸酐基团和高反应活性基团的接枝率为1.3％-1.6％，所述相容剂在测试条件为2.16kg/230℃时的熔融指数为150g/10min。

作为优选，所述PP树脂为氢调聚合、中熔融指数的聚丙烯树脂，所述PP树脂在测试条件为2.16Kg/230℃时的熔融指数为(30-50)g/10min。

作为优选，所述低气味低VOC短切扁平玻璃纤维的长度为3-6mm，截面宽厚比为(2-10)：1。

作为优选，所述低气味低VOC短切扁平玻璃纤维的长度为3-6mm，截面宽厚比为(3-8)：1。

作为优选，所述PP树脂为PP-HP500P型树脂。

作为优选，所述润滑剂为硬脂酸钙润滑剂、改性聚烯烃蜡润滑剂、硅酮润滑剂中的一种或任两种的混合物或三种的混合物，和/或所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂或两者的混合物，和/或所述黑色母粒为PP载体碳黑母粒或PE载体碳黑母粒。

一种低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，按照上述的重量份准备原料，具体步骤为：

步骤1，将扁平玻璃纤维表面涂覆低气味低VOC浸润剂得到低气味低VOC扁平玻璃纤维，并将所述低气味低VOC扁平玻璃纤维切成指定长度，形成低气味低VOC短切扁平玻璃纤维，或直接取表面涂覆有低气味低VOC浸润剂的低气味低VOC短切扁平玻璃纤维；

步骤2，将PP树脂、润滑剂、相容剂、抗氧剂和黑色母粒在高速混合机均匀混合得到预混料；

步骤3，将步骤2得到的预混料加入到长径比为(30-60):1双螺杆挤出机的主喂料口，同时将步骤1所述的低气味低VOC短切扁平玻璃纤维加入到该双螺杆挤出机的侧喂料口，所述预混料和所述低气味低VOC短切扁平玻璃纤维经该双螺杆挤出机熔融挤出后冷却成型并切粒得到低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料，所述双螺杆挤出机各段加工温度控制在180-210℃，真空度为-0.1MPa。

作为优选，双螺杆挤出机的长径比为48:1。

作为优选，步骤3中，所述预混料以21公斤/小时的速率输送到所述双螺杆挤出机中熔融分散，同时将所述低气味低VOC短切扁平玻璃纤维通过失重称从双螺杆挤出机侧喂料口以9公斤/小时的速率加入。

本发明相对于现有技术优势在于：

本发明所述的低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，利用低气味低VOC短切扁平玻璃纤维代替了普通的圆柱形玻璃纤维，不仅降低玻纤增强聚丙烯复合材料的气味和VOC含量，还能提高双螺杆挤出高玻璃纤维含量牵条切粒的工艺稳定性，提高玻纤增强聚丙烯复合材料的流动性、力学性能与制件外观，并降低玻纤增强聚丙烯复合材料制品的翘曲变形。同时利用低气味高活性马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)作为相容剂，充分利用其极高的增容效率和高反应活性基团，在保证性能的前提下，进一步降低了PP复合材料的气味和VOC。满足了汽车内饰材料低气味低VOC、高尺寸稳定性、高力学性能、高表面质量的发展要求。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合具体实施例和对比例，对本发明进行更详细的说明。

实施例1

低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料1，包括以下原料：

66.5公斤PP(聚丙烯)树脂，型号为PP-HP500P；

30公斤短切扁平玻璃纤维，型号为ECS305K-3-M4，其截面为扁平状，横截面宽厚比为4:1，且表面涂覆有低气味低VOC浸润剂；

0.14公斤聚丙烯蜡润滑剂；

2.8公斤普通相容剂，为马来酸酐基团接枝PP形成(PP-g-MAH)；

0.14公斤酚类抗氧剂，型号为Irganox 1010，和0.14公斤亚磷酸酯类抗氧剂，型号为Irganox168；

0.28公斤黑色母粒，型号为CABOT-UN2014。

低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料1的制备方法，按照上述重量准备原料，

步骤1：确认型号为ECS305K-3-M4的短切扁平玻璃纤维是否为表面涂覆有低气味低VOC浸润剂的低气味低VOC短切扁平玻璃纤维，若是，则进行下一步，若不是，则将该短切扁平玻璃纤维涂覆低气味低VOC浸润剂得到低气味低VOC短切扁平玻璃纤维；

步骤2：将66.5公斤型号为PP-HP500P的PP(聚丙烯)树脂、2.8公斤普通相容剂、0.14公斤型号为Irganox 1010的酚类抗氧剂和0.14公斤型号为Irganox 168的亚磷酸酯类抗氧剂、0.28公斤型号为CABOT-UN2014的黑色母粒和0.14公斤聚丙烯蜡润滑剂在高速混合机中充分混合均匀，得到预混料1；

步骤3：将步骤2得到的预混料1以21公斤/小时的速率从长径比为48:1双螺杆挤出机的主喂料口进入，同时将步骤1所述的低气味低VOC短切扁平玻璃纤维以9公斤/小时的速率从该双螺杆挤出机的侧喂料口加入预混料1中，所述预混料1和所述低气味低VOC短切扁平玻璃纤维经该双螺杆挤出机熔融挤出后，冷却成型，并切粒，得到玻璃纤维含量为30％的低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料1。其中，所述双螺杆挤出机各段加工温度控制在180-210℃，真空度为-0.1MPa。

经测试，玻璃纤维含量为30％的低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料1的性能如下：熔融指数为14(g/10min)，流动方向收缩率为0.22％，垂直流动方向收缩率为0.34％，气味等级为3.5级。即该低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料1具有低气味低VOC、高流动性、高力学性能、高尺寸稳定性。满足汽车内饰材料的新发展要求。

实施例2

低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料2，包括以下原料：

67.2公斤PP(聚丙烯)树脂，型号为PP-HP500P；

30公斤短切扁平玻璃纤维，型号为ECS305K-3-M4，其截面为扁平状，横截面宽厚比为4:1，且表面涂覆有低气味低VOC浸润剂；

0.14公斤聚丙烯蜡润滑剂；

2.1公斤低气味高活性低聚物相容剂，高活性低聚物相容剂为马来酸酐基团和高反应活性基团接枝PP(PP-g-MAH)形成，且马来酸酐基团的接枝率和高反应活性基团的接枝率为1.3％-1.6％，熔融指数为150g/10min(230℃，2.16kg)；

0.14公斤酚类抗氧剂，型号为Irganox 1010，和0.14公斤亚磷酸酯类抗氧剂，型号为Irganox168；

0.28公斤黑色母粒，型号为CABOT-UN2014。

低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料2的制备方法，按照上述重量准备原料，

步骤1：确认型号为ECS305K-3-M4的短切扁平玻璃纤维是否为表面涂覆有低气味低VOC浸润剂的低气味低VOC短切扁平玻璃纤维，若是，则进行下一步，若不是，则将该短切扁平玻璃纤维涂覆低气味低VOC浸润剂得到低气味低VOC短切扁平玻璃纤维；

步骤2：将67.2公斤型号为PP-HP500P的PP(聚丙烯)树脂、2.1公斤低气味高活性低聚物相容剂、0.14公斤型号为Irganox 1010的酚类抗氧剂和0.14公斤型号为Irganox 168的亚磷酸酯类抗氧剂、0.28公斤型号为CABOT-UN2014的黑色母粒和0.14公斤聚丙烯蜡润滑剂在高速混合机中充分混合均匀，得到预混料2；

步骤3：将步骤2得到的预混料2以21公斤/小时的速率从长径比为48:1双螺杆挤出机的主喂料口进入，同时将步骤1所述的低气味低VOC短切扁平玻璃纤维以9公斤/小时的速率从该双螺杆挤出机的侧喂料口加入预混料2中，所述预混料2和所述低气味低VOC短切扁平玻璃纤维经该双螺杆挤出机熔融挤出后，冷却成型，并切粒，得到玻璃纤维含量为30％的低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料2。其中，所述双螺杆挤出机各段加工温度控制在180-210℃，真空度为-0.1MPa。

经测试，玻璃纤维含量为30％的低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料2的性能如下：熔融指数为15(g/10min)，流动方向收缩率为0.2％，垂直流动方向收缩率为0.3％，气味等级为3级。即该低气味低VOC玻纤增强聚丙烯复合材料1具有低气味低VOC、高流动性、高力学性能、高尺寸稳定性。满足汽车内饰材料的新发展要求。

对比例

按照以下成分取原料：

66.5公斤PP(聚丙烯)树脂，型号为PP-HP500P；

30公斤普通圆柱形玻璃纤维，型号为ECS305K-3-K；

0.14公斤聚丙烯蜡润滑剂；

2.8公斤普通相容剂，为马来酸酐基团接枝PP形成(PP-g-MAH)；

0.14公斤酚类抗氧剂，型号为Irganox 1010，和0.14公斤亚磷酸酯类抗氧剂，型号为Irganox168；

0.28公斤黑色母粒，型号为CABOT-UN2014。

按照与实施例1的步骤2与步骤3相同的方式制备对比例的玻纤增强聚丙烯复合材料：即将66.5公斤型号为PP-HP500P的PP(聚丙烯)树脂、2.8公斤普通相容剂、0.14公斤型号为Irganox 1010的酚类抗氧剂和0.14公斤型号为Irganox 168的亚磷酸酯类抗氧剂、0.28公斤型号为CABOT-UN2014的黑色母粒和0.14公斤聚丙烯蜡润滑剂在高速混合机中充分混合均匀，得到对比例预混料；

将对比例预混料以21公斤/小时的速率从长径比为48:1双螺杆挤出机的主喂料口进入，同时将普通圆柱形玻璃纤维以9公斤/小时的速率从该双螺杆挤出机的侧喂料口加入对比例预混料中，经该双螺杆挤出机熔融挤出后，冷却成型，并切粒，得到玻璃纤维含量为30％的对比例玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，所述双螺杆挤出机各段加工温度控制在180-210℃，真空度为-0.1MPa。

经测试，玻璃纤维含量为30％的对比例玻纤增强聚丙烯复合材料的性能如下：熔融指数为9(g/10min)，流动方向收缩率为0.12％，垂直流动方向收缩率为0.44％，气味等级为4级。

实施例1，实施例2和对比例的测试结果对照表如下所示

分析可知，采用低气味低VOC短切扁平玻璃纤维代替普通的圆柱形玻璃纤维，不仅降低玻纤增强聚丙烯复合材料的气味和VOC含量，还能提高双螺杆挤出高玻璃纤维含量牵条切粒的工艺稳定性，提高玻纤增强聚丙烯复合材料的流动性、力学性能与制件外观，并降低玻纤增强聚丙烯复合材料制品的翘曲变形。同时利用低气味高活性马来酸酐基团和高反应活性基团接枝PP(聚丙烯)作为相容剂，充分利用其极高的增容效率和高反应活性基团，在保证性能的前提下，进一步降低低气味低VOC玻纤增强PP复合材料的气味和挥发性有机化合物(VOC，volatile organic compounds)的排放量。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。