一種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 剛度和耐熱性能不能滿足部件的要求，同時(shí)聚丙烯的沖擊性能差，特別是低溫沖 擊性差，而且其成型收縮率大，這些缺點(diǎn)限制了聚丙烯在工程部件中的應(yīng)用與發(fā)展。所以， 目前制備汽車內(nèi)外飾件的材料主要是通過(guò)添加常規(guī)礦粉填充改性聚丙烯制成，其產(chǎn)品具有 尺寸好、易加工成型、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著近幾年來(lái)汽車的輕量化呼聲越來(lái)越高，綜 合性能高、密度低，線性膨脹系數(shù)小的改性塑料越來(lái)越受到重視。其中碳纖維就是一種綜合 性能好、可代替常規(guī)礦粉甚至玻璃纖維來(lái)滿足汽車內(nèi)外飾件材料的要求 近年來(lái)汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，汽車的美觀要求越來(lái)越高，于是"0間隙"的概念被 提出。"0間隙"是指汽車制件在裝配汽車上時(shí)，要求不同制件之間的裝配間隙盡量小，并且 尺寸穩(wěn)定。這就要求聚丙烯材料的線性膨脹系數(shù)較低。用于汽車的改性聚丙烯材料，需要 具有良好的剛性、高流動(dòng)性與沖擊性能，需要添加滑石粉等填料提高剛性，添加彈性體提高 韌性，所以其是一個(gè)多組份的材料。就會(huì)產(chǎn)生在注塑汽車制件時(shí)在熔體流動(dòng)方向與垂直流 動(dòng)方向的線性膨脹系數(shù)產(chǎn)生巨大的差異。所以解決聚丙烯材料線性膨脹系數(shù)大與不同方向 差異大的缺陷問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫。
[0004] 為了滿足汽車制件的要求，人們提出了降低線性膨脹系數(shù)的方法。CN101624459A 公開(kāi)了具有低收縮率和尺寸穩(wěn)定性的聚丙烯樹(shù)脂的組合物。此發(fā)明提供了一種具有相 對(duì)較高的剛性和抗沖擊性以及相對(duì)較低的成型收縮率和線性膨脹系數(shù)的聚丙烯組合物。 CN1834145A公開(kāi)了汽車保險(xiǎn)杠用聚丙烯復(fù)合材料及制備方法，此材料具有高極性與低線 性膨脹系數(shù)。但是無(wú)法判定此發(fā)明是否具有均向的線性膨脹系數(shù)。
[0005] 隨著汽車使用量逐年增加，汽車生產(chǎn)銷售量也逐年增加。這必將帶動(dòng)汽車制件聚 丙烯材料使用。其中具有低并且均向線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復(fù)合材料需求不斷擴(kuò)大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料及其制備 方法，具有高強(qiáng)度、均向性和低線性膨脹系數(shù)的特點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料，它是由以下重量份數(shù)的組分制備而成： 聚丙烯 50-88份； 碳纖維 10-40份； 增韌劑 2-10份； 加工助劑 0. 1-1份； 偶聯(lián)劑 0. 3-0. 5份； 酸稀釋物 0. 3-0. 5份； 熱穩(wěn)定劑 0. 1-1份。
[0008] 所述的聚丙烯為均聚聚丙稀、共聚聚丙烯中的至少一種，其熔融指數(shù)為 10-25g/10min〇
[0009] 所述的碳纖維平均長(zhǎng)度I. 5-20mm。
[0010] 所述的增韌劑為乙烯類彈性體或苯乙烯類彈性體，如聚乙烯（PE)、乙烯-辛烯聚 合物（POE)、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物（EPDM)等。
[0011] 所述的加工助劑為低分子烴類、金屬皂類、硬脂酸復(fù)合酯類和酰胺類加工助劑中 的至少一種，主要指硬脂酸鈣（Ca-St2)、乙撐雙硬脂酰胺（EBS)、改性乙撐雙硬脂酰胺（TAF) 等。
[0012] 所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑如KH550、KH560、KH570等，或鈦酸酯類偶聯(lián)劑如， NDZ-101、NDZ-401等其中的一種。但本發(fā)明優(yōu)選硅烷偶聯(lián)劑，如KH550、KH560、KH570等型 號(hào)。
[0013] 所述的酸稀釋物為鹽酸、硫酸、磷酸中至少一種與水配置而成的水溶液，所述酸稀 釋物的體積百分比為〇. 5-2%。
[0014] 所述的熱穩(wěn)定劑為受阻酚類、受阻胺類、亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑中的至少一種；其中 受阻酚類熱穩(wěn)定劑有2,6-三級(jí)丁基-4-甲基苯酚、雙（3, 5-三級(jí)丁基-4-羥基苯基)硫醚或 四〔β-(3, 5-三級(jí)丁基-4-羥基苯基）丙酸〕季戊四醇酯（1010)等；亞磷酸脂類熱穩(wěn)定劑 有三（2,4_二叔丁基苯基）亞磷酸酯（168)、三辛酯、三癸酯或三(十二碳醇）酯和三（十六 碳醇）酯；受阻胺類熱穩(wěn)定劑有萘胺、二苯胺、對(duì)苯二胺等。
[0015] -種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，具體包括有以下步驟： (1) 、制備活性碳纖維預(yù)混物： 按重量份比稱取碳纖維、偶聯(lián)劑和加工助劑并放入高混機(jī)中，同時(shí)通過(guò)高壓噴霧裝置 將相應(yīng)重量份的酸稀釋物均勻噴灑到高混機(jī)中的混合物料中，然后進(jìn)行高速混合，得活性 碳纖維預(yù)混物； (2) 、復(fù)合材料的制備： 按重量份比稱取聚丙烯、增韌劑和熱穩(wěn)定劑并混合均勻，然后在長(zhǎng)徑比為35-50 :1的 雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融、混合和分散，再將步驟（1)制備的活性碳纖維預(yù)混物從雙螺桿擠 出機(jī)的側(cè)喂料加入，在210-225Γ溫度下進(jìn)行塑化，最后通過(guò)雙螺桿擠出造粒，得到活性碳 纖維改性聚丙烯復(fù)合材料。
[0016] 所述的步驟（1)中高混機(jī)高速混合的溫度為100-120°C，時(shí)間為5-10min。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為： (1) 、本發(fā)明通過(guò)優(yōu)選低線性膨脹系數(shù)碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料，碳纖維產(chǎn)品的重量 向輕量化發(fā)展，有利于降低材料的使用量，總體上降低社會(huì)材料的使用成本； (2) 、本發(fā)明使用的碳纖維，因其具有較高的強(qiáng)度和模量而被廣泛應(yīng)用于塑料改性材料 中，使通用塑料向工程化方向發(fā)展，大幅度提高使用范圍和深度； (3) 、本發(fā)明通過(guò)偶聯(lián)劑對(duì)碳纖維進(jìn)行活化處理，增強(qiáng)了碳纖維和聚丙烯樹(shù)脂的相容 性，同現(xiàn)有的直接填充相比，有利于提高碳纖維在基體中的均勻分散程度。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面給出實(shí)施例以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只 用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練 人員根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019] 實(shí)施例1 一種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料，它是由以下重量份數(shù)的組分制備而成： 共聚聚丙烯 48份； 均聚聚丙烯 32份； 碳纖維 10份； 增韌劑乙烯-辛烯聚合物 10份； 加工助劑改性乙撐雙硬脂酰胺 〇. 3份； 加工助劑硬脂酸鈣 〇. 4份； 硅烷偶聯(lián)劑KH550 〇. 3份； HCl稀釋物 0. 5份； 熱穩(wěn)定劑1010 0.2份； 熱穩(wěn)定劑168 0.2份。
[0020] 一種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，具體包括有以下步驟： (1) 、制備活性碳纖維預(yù)混物： 按重量份比稱取碳纖維、偶聯(lián)劑和加工助劑并放入高混機(jī)中，同時(shí)通過(guò)高壓噴霧裝置 將相應(yīng)重量份的酸稀釋物均勻噴灑到高混機(jī)中的混合物料中，然后在100-120 °C下高速混 合5-10min，得活性碳纖維預(yù)混物； (2) 、復(fù)合材料的制備： 按重量份比稱取聚丙烯、增韌劑和熱穩(wěn)定劑并混合均勻，然后在長(zhǎng)徑比為35 :1的雙 螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融、混合和分散，再將步驟（1)制備的活性碳纖維預(yù)混物從雙螺桿擠出 機(jī)的側(cè)喂料加入，在210-225Γ溫度下進(jìn)行塑化，最后通過(guò)雙螺桿擠出造粒，得到活性碳纖 維改性聚丙烯復(fù)合材料。
[0021] 實(shí)施例2 一種活性碳纖維改性聚丙烯復(fù)合材料，它是由以下重