一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料改性领域，更具体地说是涉及一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯长玻纤增强材料由于具有优异的力学性能，尤其是优异的低温缺口冲击性能，良好的尺寸稳定性、优异的耐疲劳性、低翘曲变形性可用于有较高力学性能要求、尺寸稳定性要求的户外塑料制件上。但由于聚丙烯大分子链存在大量不稳定的叔碳原子，导致其在太阳光长期曝晒下，会出现表面龟裂、粉化、发粘、发黄、变色等问题。在一些要求高的，比如汽车外饰件，除了有很高的力学性能要求，还有非常苛刻的长效耐热性能和长效耐候性能要求。

专利(申请公布号CN201811652568.6)公布了“一种超高耐候玻纤矿物复合填充PP材料及其制备方法”，该方法采用光屏蔽剂、UV吸收剂、抗氧剂等用于玻纤矿物中，但未明确其达到的长效耐热和耐候效果。专利(申请公布号20120208374.5)公布了“一种耐候耐老化聚丙烯材料及其制备方法”，该方法采用的是受阻胺类和亚磷酸酯类抗氧剂，与苯并三唑类光稳定剂和受阻胺类光稳定剂。但这些满足不了现代汽车行业对外饰件既有长效耐热又有长效耐候的要求。而且随着改性塑料行业竞争的日益激烈，降低成本迫在眉睫。

因此，如何提供一种高耐热、高耐候长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高耐热、高耐候长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，通过引入长玻纤浸渍模头设备，添加极性改性剂，再选择合适的高效长效抗氧剂和不与酯类抗氧剂反应的光稳定剂，获得高强度高性能的长玻纤增强聚丙烯复合材料，同时保证PP材料长效耐热稳定性(在150℃的粉化时间提高到了1500hr)和长效耐候性(采用波长340nm、辐照强度0.5W/m

其中，长玻纤经熔融浸渍模头工序，冷却、牵引，切粒得到的颗粒长度为6～25mm制件，所述长玻纤不仅能够保持较大的保留长度，还具有更好的耐热性(高温疲劳强度是普通的两倍)、更好的耐翘曲性，更好的耐低温冲击性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯复合材料，主要由下述重量份数的组分组成：

优选的，所述聚丙烯类树脂为等规聚丙烯、无规聚丙烯、间规聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物或交联改性聚丙烯。进一步优选的，所述聚丙烯类树脂为等规聚丙烯。

优选的，所述相容剂至少包括PP接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐、POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物接枝马来酸酐中的一种。

进一步优选的，所述相容剂为PP接枝马来酸酐，其采用溶液法聚合而成，其中马来酸酐含量为5％，超过一般的1～2％。

优选的，所述极性改性剂至少包括乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种。

进一步优选的，所述极性相容剂为乙烯-马来酸酐共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的共混物，其中马来酸酐和醋酸乙烯酯的共聚物的含量在10％以上。

其中需要说明的是，所述长玻纤为表面经过偶联剂和成膜剂处理过的无碱玻纤。

优选的，所述抗氧剂至少包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺]、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)三酮、三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4’-联苯基)双膦酸酯、季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种。

进一步优选的，所述抗氧剂至少为1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)三酮、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种。

优选的，所述光稳定剂至少包括炭黑、氧化锌、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑、2,2'-亚甲基双(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚)、2-(苯并三唑-2-基)-4-(5,5’-二甲基己基)-6-(2’-羟基-3’-特丁基-5’-甲基苄基)酚、1,5,8,12-四[4,6-双(N-丁基-N-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基氨基)-1,3,5-三嗪-2-基]-1,5,8,12-四氮杂十二烷119FL、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、Chimassorb 944、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶硬脂酸酯、N,N’-二甲酰-N,N’-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)-六亚甲基二胺、2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、NOR 116、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸正十六酯中的一种。

进一步优选的，所述光稳定剂为2-(苯并三唑-2-基)-4-(5,5’-二甲基己基)-6-(2’-羟基-3’-特丁基-5’-甲基苄基)酚JAST-500、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸正十六酯2908、1,5,8,12-四[4,6-双(N-丁基-N-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基氨基)-1,3,5-三嗪-2-基]-1,5,8,12-四氮杂十二烷119FL中的两种或三种的复配物。

优选的，所述润滑剂至少包括聚乙烯蜡、N，N’-乙撑双硬脂酸胺、有机硅油、油酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、N，N’-乙撑双硬脂酸胺-接枝马来酸酐、硅酮粉、含氟润滑剂中的一种。

进一步优选的，所述润滑剂至少为有机硅油、N，N’-乙撑双硬脂酸胺-接枝马来酸酐中的一种。

本申请还请求保护一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

S1，将长玻纤穿入专用浸渍模头；

S2，将除长玻纤以外的原料置入高混机中，搅拌混合，转速80-100rpm，时间3-4min混合均匀；

S3，所得混合物通过双螺杆挤出机熔化，然后经过专用玻纤模头，得到聚丙烯复合材料。

优选的，所述双螺杆挤出机各区段控制温度为190～290℃，螺杆转速设定为200-350rpm进行造粒。

进一步优选的，所述主机筒各段温度采用分段控制，从加料口至机头出口温度依次为190℃、200℃、210℃、270℃、270℃、280℃、280℃、290℃、290℃、280℃，且所述双螺杆挤出机的转速为300转/分钟。

一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯复合材料通过将改性聚丙烯粒子注塑成ISO样条，注塑机各区段控制温度为150～250℃，进行测试表面能、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等力学性能。

经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过引入长纤专用浸渍模头，使得切粒后的玻纤保持较长的保留长度，添加极性改性剂，再选择合适的高效复配抗氧剂和不与酯类抗氧剂反应的复配光稳定剂，获得力学性能高、耐热性能高、耐候性能强的玻纤增强聚丙烯复合材料。其中，本发明公开保护的技术方案可达到的技术指标为：

1)耐候测试：2000hr灰度等级4～5，

2)耐热测试：150℃/1500hr不粉化，

3)拉伸强度>110MPa，

4)弯曲强度>140MPa，

5)弯曲模量>6000MPa，

6)缺口冲击强度>20kJ/m

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例中所用原料：PP为S2040(赛科，均聚型)，PP接枝马来酸酐为H-1000P(日本东洋纺，共聚型，马来酸酐含量为5％)，乙烯-马来酸酐共聚物为1125AC(美国杜邦，共聚型，马来酸酐含量为25％)，所用玻纤为988(巨石，无碱玻纤，连续型)，所用抗氧剂为1790(韩国松原)、626(上海凯茵化工)和412S(科聚亚)的复配物，所用光稳定剂为2908(美国氰特)、JAST-500(日本城北化学)、119FL(美国Basf)的复配物，所用润滑剂为TAF(市售)。

实施例1

本发明实施例1公开了一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，采用的技术方案如下：

各组分的具体重量分数配比为S2040：77.4份；H-1000P：0.5份；1125AC：0.2份、1790：0.1份、626：0.2份、412S：0.3％、2908:0.2份、JAST-500：0.3份、119FL：0.2份、炭黑0.4份、ZnO：0.2份、长玻纤：20份；

先将PP、H-1000P、1125AC、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂，按上述比例加入高速混合机中混合3min，然后将混合均匀的物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，长玻纤穿入浸渍模头获得改性粒子，挤出机温度各区段设定温度为：190℃、200℃、210℃、270℃、270℃、280℃、280℃、290℃、290℃、280℃，螺杆转速设定为300rpm。

注塑温度为250℃、250℃、250℃、240℃、230℃，制成ISO样条测试。

实施例2

本发明实施例2公开了一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，采用的技术方案如下：

各组分的具体重量分数配比为S2040：66.3份；H-1000P：1份；1125AC：0.5份、1790：0.3份、626：0.1份、412S：0.6份、2908:0.3份、JAST-500：0.2份、119FL：0.2份、炭黑0.5份、玻纤：30份；

先将PP、H-1000P、1125AC、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂，按上述比例加入高速混合机中混合3min，然后将混合均匀的物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，长玻纤穿入浸渍模头，获得改性粒子，挤出机温度各区段设定温度为：190℃、200℃、210℃、270℃、270℃、280℃、280℃、290℃、290℃、280℃，螺杆转速设定为350rpm。

注塑温度为250℃、250℃、250℃、240℃、230℃，制成ISO样条测试。

实施例3

本发明实施例3公开了一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，采用的技术方案如下：

各组分的具体重量分数配比为S2040：52.4份；H-1000P：3份；1125AC：1.0份、1790：0.7份、626：0.2份、412S：0.9份、2908:0.2份、JAST-500：0.5份、119FL：0.3份、炭黑0.8份、玻纤：40份；

先将PP、H-1000P、1125AC、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂，按上述比例加入高速混合机中混合3min，然后将混合均匀的物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，长玻纤穿入浸渍模头，获得改性粒子，挤出机温度各区段设定温度为：190℃、200℃、210℃、270℃、270℃、280℃、280℃、290℃、290℃、280℃，螺杆转速设定为350rpm。

注塑温度为250℃、250℃、250℃、240℃、230℃，制成ISO样条测试。

为进一步验证本申请公开描述的技术方案达到的优异效果，发明人还进行了如下测试实验：

拉伸强度按照ISO527进行测试、弯曲强度和弯曲模量按照ISO178进行测试，缺口冲击强度按照ISO179进行测试，150℃热老化按照大众VW44045标准中5.14进行测试；光照按照SAEJ2527进行测试。

表1

综上所述，本发明公开提供的一种高耐热、高耐候的长玻纤增强聚丙烯复合材料，通过引入长纤浸渍装置、添加极性改性剂，再选择合适的高效复配抗氧剂和不与酯类抗氧剂反应的复配光稳定剂，以最终获得力学性能高、耐热性能高、耐候性能强的玻纤增强聚丙烯复合材料。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。