一种玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法和应用 (Glass fiber reinforced polypropylene material and preparation method and application thereof ) 是由 杨桂生 计娉婷 朱敏 廖雄兵 赵鑫 姚晨光 于 2020-03-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法和应用,其由58.2-89.3份聚丙烯、10-40份改性玻璃纤维、0.2-0.8份抗氧剂和0.5-1份润滑剂按照质量份数制备而成,其中,所述改性玻璃纤维为聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸接枝玻璃纤维。该玻璃纤维增强聚丙烯材料能够减少玻璃纤维增强聚丙烯材料的翘曲不良情况。(The invention discloses a glass fiber reinforced polypropylene material and a preparation method and application thereof, wherein the glass fiber reinforced polypropylene material is prepared from 58.2-89.3 parts of polypropylene, 10-40 parts of modified glass fiber, 0.2-0.8 part of antioxidant and 0.5-1 part of lubricant according to parts by mass, wherein the modified glass fiber is polyethylene glycol grafted 3- (triethoxysilyl) propyl isocyanate grafted glass fiber. The glass fiber reinforced polypropylene material can reduce the poor warping condition of the glass fiber reinforced polypropylene material.)
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯因其优异的性能、低廉的价格，目前广泛应用于汽车、家电、电子电器等领域。同时，玻璃纤维增强聚丙烯材料，由于玻纤的加入，其刚性、冲击性能、耐温性都会明显提高，故被广泛应用于以上领域中需有强度要求的结构件中。但是由于玻璃纤维本身较大的长径比，在基体中易产生取向不均的情况，导致制件发生翘曲，从而影响使用。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法和应用，本发明中对玻璃纤维进行接枝改性，使玻璃纤维的表面形成簇状、弹性高分子链，使得材料在注塑成型过程中，减少玻璃纤维的定向取向比例，从而有效减少玻璃纤维增强聚丙烯材料的翘曲不良情况，解决了现有的玻璃纤维增强聚丙烯材料存在的翘曲问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面公开了一种玻璃纤维增强聚丙烯材料，其由58.2-89.3份聚丙烯、10-40份改性玻璃纤维、0.2-0.8份抗氧剂和0.5-1份润滑剂按照质量份数制备而成，其中，所述改性玻璃纤维为聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸接枝玻璃纤维。
进一步的，所述聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的一种或两种的混合。
进一步的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或两种的混合物。
进一步的，所述润滑剂为乙撑双硬质酰胺、硬脂酸季戊四醇酯、硅酮粉中的一种或两种以上的混合。
进一步的，所述改性玻璃纤维具体的制备方法为：
将聚乙二醇单甲醚、异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯和甲基二乙醇胺质量比为1:(0.02-0.05)：(0.01-0.015)加入二氯甲烷中，在惰性气体或氮气的保护下于50-60℃回流反应24-48小时，过滤干燥，得到聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸；
将聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸与玻璃纤维按质量比为1：(20-30)加入蒸馏水中，在惰性气体或者氮气的保护条件下加热至60-80℃反应24-48小时后，过滤干燥，制得所述改性玻璃纤维。具体的反应历程如下：
优选的，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维。
本发明的第二个方面公开了一种如本发明第一个方面所述的玻璃纤维增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂、偶联剂充分混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将改性玻璃纤维从侧喂料口加入，经过熔融挤出造粒干燥后，制得所述玻璃纤维增强聚丙烯材料。
进一步的，所述双螺杆挤出机的主机转速为280-400rpm，机筒内温度为180-230℃。
本发明的第三个方面公开了本发明的第一个方面所述的玻璃纤维增强聚丙烯材料在用于制备汽车内饰件中的应用。
本发明中提出用聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸接枝玻璃纤维作为改性玻璃纤维，在玻纤表面形成簇状、弹性高分子链，使得玻纤与基体结合力增强，可提高材料的力学性能，同时可避免传统相容剂PP-G的使用，从而改善玻纤产品的气味性，克服了传统玻纤产品气味较大的缺点，可应用于汽车内饰。玻纤表面形成簇状、弹性高分子链，由于空间位阻的效应，使得材料在注塑成型的过程中，减少玻纤定向取向的比例，表层的簇状、弹性高分子链在基体聚丙烯结晶的过程中，可根据结晶过程变形，以减少残留应力，可有效减少玻纤增强聚丙烯材料的翘曲不良情况。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
聚丙烯优选PP EA5076巴塞尔、PP T30S中石化、PP 8285E1埃克斯美孚
玻璃纤维优选玻纤-305K-3.0重庆国际；玻纤-248A欧文斯科宁
聚乙二醇单甲醚、异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯、甲基二乙醇胺、二氯甲烷均为市售分析纯，阿拉丁试剂
抗氧剂优选1010、168巴斯夫
润滑剂优选乙撑双硬质酰胺、硅酮E525赢创德固赛。
实施例1
按照重量份称取68.7份聚丙烯PP EA5076、30份改性纤维、0.2份抗氧剂1010和0.3份抗氧剂168和0.8份润滑剂乙撑双硬质酰胺，将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将改性玻璃纤维从侧喂料口加入，控制双螺杆挤出机的主机转速为320rpm，双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为180℃，二区为180℃，三区为200℃，四区为210℃，五区为200℃。
本实施例中的改性纤维的制备方法为：将1g聚乙二醇单甲醚、0.03g异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯和0.012g甲基二乙醇胺加入二氯甲烷中，在氦气的保护下于55℃回流反应40小时，得到的产物过滤干燥；将1g前述产物与25g短切玻璃纤维玻纤-305K-3.0加入蒸馏水中，在氦气的保护条件下加热至70℃反应40小时制得。
实施例2
按照重量份称取78.9份聚丙烯PP T30S、20份改性纤维、0.4份抗氧剂1010和0.7份润滑剂乙撑双硬质酰胺，将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将改性玻璃纤维从侧喂料口加入，控制双螺杆挤出机的主机转速为360rpm，双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为180℃，二区为185℃，三区为190℃，四区为200℃，五区为210℃。
本实施例中的改性纤维的制备方法为：将20g聚乙二醇单甲醚、0.8g异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯和0.28g甲基二乙醇胺加入二氯甲烷中，在氦气的保护下于58℃回流反应35小时，得到的产物过滤干燥；将10g前述产物与230g短切玻璃纤维玻纤-248A加入蒸馏水中，在氦气的保护条件下加热至65℃反应26小时制得。
实施例3
按照重量份称取83.8份聚丙烯PP 8285E1、15份改性纤维、0.3份抗氧剂1010和0.3份抗氧剂168和0.6份润滑剂硅酮E525，将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将改性玻璃纤维从侧喂料口加入，控制双螺杆挤出机的主机转速为380rpm，双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为200℃，二区为210℃，三区为210℃，四区为220℃，五区为220℃。
本实施例中的改性纤维的制备方法为：将26g聚乙二醇单甲醚、0.78g异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯和0.338g甲基二乙醇胺加入二氯甲烷中，在氦气的保护下于58℃回流反应45小时，得到的产物过滤干燥；将25g前述产物与700g短切玻璃纤维玻纤-305K-3.0加入蒸馏水中，在氦气的保护条件下加热至75℃反应45小时制得。
实施例4
按照重量份称取89.3份聚丙烯PP 8285E1、10份改性纤维、0.2份抗氧剂168和0.5份润滑剂硅酮E525，将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将改性玻璃纤维从侧喂料口加入，控制双螺杆挤出机的主机转速为280rpm，双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为210℃，二区为210℃，三区为220℃，四区为220℃，五区为230℃。
本实施例中的改性纤维的制备方法为：将12g聚乙二醇单甲醚、0.24g异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯和0.12g甲基二乙醇胺加入二氯甲烷中，在氦气的保护下于50℃回流反应24小时，得到的产物过滤干燥；将10g前述产物与200g短切玻璃纤维玻纤-305K-3.0加入蒸馏水中，在氦气的保护条件下加热至60℃反应24小时制得。
实施例5
按照重量份称取58.2份聚丙烯PP EA5076、40份改性纤维、0.4份抗氧剂1010和0.4份抗氧剂168和1份润滑剂硅酮E525，将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将改性玻璃纤维从侧喂料口加入，控制双螺杆挤出机的主机转速为400rpm，双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为190℃，二区为195℃，三区为200℃，四区为200℃，五区为210℃。
本实施例中的改性纤维的制备方法为：将30g聚乙二醇单甲醚、1.5g异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯和0.45g甲基二乙醇胺加入二氯甲烷中，在氦气的保护下于60℃回流反应48小时，得到的产物过滤干燥；将20g前述产物与600g短切玻璃纤维玻纤-248A加入蒸馏水中，在氦气的保护条件下加热至80℃反应48小时制得。
对比例1
按照重量份称取73.9份聚丙烯PP EA5076、20份玻璃纤维玻纤-305K-3.0、5份PP-G接枝马来酸酐、0.2份抗氧剂1010和0.3份抗氧剂168和0.6份润滑剂硅酮E525，将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将玻璃纤维从侧喂料口加入，控制双螺杆挤出机的主机转速为260rpm，双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为180℃，二区为180℃，三区为200℃，四区为210℃，五区为200℃。
对比例2
按照重量份称取60.9份聚丙烯PP T30S、30份玻璃纤维玻纤-248A、8份PP-G接枝马来酸酐、0.2份抗氧剂1010和0.3份抗氧剂168和0.6份润滑剂乙撑双硬质酰胺，将聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合均匀后，从主料口加入双螺杆挤出机中，同时将玻璃纤维从侧喂料口加入，控制双螺杆挤出机的主机转速为260rpm，双螺杆挤出机的各区加工温度为：一区温度为180℃，二区为180℃，三区为200℃，四区为210℃，五区为200℃。
将实施例1-5和对比例1-2中制得玻璃纤维增强聚丙烯材料进行相关性能的测试，结果如表1中所示的：
表1实施例和对比例中玻璃纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果
从表1中的测试结果可以看出，本发明中制备的聚乙二醇接枝3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸接枝玻璃纤维改性增强聚丙烯材料，制得的改性聚丙烯具有比常规玻纤增强聚丙烯材料更高的强度和冲击性能，具有更优异的机械性能。制件平整、无翘曲情况，气味性更佳。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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