[发明专利]一种改性碳纤增强聚丙烯组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种改性碳纤增强聚丙烯组合物及其制备方法。

背景技术

聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，分子量约8万-15万，密度只有0.90-0.91g/cm³，是目前所有塑料中最轻的品种之一。另外，聚丙烯对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.01％。虽然聚丙烯的成型性好，但因其收缩率大，约为1％～2.5％，所以制成厚壁制品易出现凹陷，故对一些尺寸精度较高零件，很难于达到要求。

目前主要通过添加玻璃纤维增强聚丙烯，可提高聚丙烯材料的强度、热变形温度和尺寸稳定性，扩大了聚丙烯材料的应用领域，广泛应用于电子电器、汽车、建筑等领域。但加入玻纤后则容易出现浮纤的现象，浮纤现象一般是由玻纤外露造成，白色玻纤在塑料熔体充模流动过程中浮露于外表，待冷凝成型后便在塑件表面形成放射状白色痕迹，当塑件为黑色时会因色泽差异加大而更加明显。所以浮纤现象不仅影响PP制件的外观美观性，还影响其作为耐压制件的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性碳纤增强聚丙烯组合物及其制备方法，改善了其浮纤现象，并提高制件的相关性能。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种改性碳纤增强聚丙烯组合物，其由以下组分按重量份制备而成：

进一步方案，所述的碳纤维为短切碳纤维，其长度为2-5mm、直径为7-13微米。

所述的硅灰石的平均粒径为100μm、抗压强度为100Mpa、密度为0.25g/cc。

所述的增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物或乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。

所述成核剂为苯甲酸钠。

所述表面改善剂为乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)和硅酮按质量比为1：1进行混合而成的混合物。

本发明还提供了一种上述改性碳纤增强聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯和聚乙烯分别进行干燥；

(2)按配比，将干燥的30-60份的聚丙烯、1-10份的聚乙烯和25-45份的碳纤维、5-15份的硅灰石、0-5份的增韧剂、5-10份的成核剂、5-10份的表面改善剂，加入高速混合机中，在高速混合机中搅拌3-5min；

(3)将混合均匀的物料从双螺杆挤出机的加料口加入，经双螺杆挤出机熔融挤出、造粒，制备得改性碳纤增强聚丙烯组合物。

所述的干燥的聚丙烯是在温度为50-80℃，干燥4-5h；聚乙烯在温度50-80℃，干燥4-5h。

所述的双螺杆挤出机的加工工艺为：双螺杆挤出机一区温度160-170℃，二区温度165-175℃，三区温度180-190℃，四区温度195-205℃，五区温度195-205℃，六区温度200-210℃，机头温度200-210℃，主机转速是15-35HZ。

本发明同现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明的改性碳纤维增强聚丙烯中加入硅灰石和表面改善剂，由于表面改善剂中TAF是在乙撑双脂肪酸酰胺的基础上引进极性基团，其与硅灰石混合后增强了聚丙烯与碳纤维之间的相容性；并在碳纤维、聚丙烯之间形成了类似锚固结点，即交联点，改善了碳纤与聚丙烯之间的粘结状态，减少碳纤与聚丙烯的分离。

2、硅灰石和表面改善剂之间相互配合，提高了碳纤维的分散性，增加聚丙烯与碳纤维界面粘接强度，减少碳纤与树脂的分离，从而大大地减少碳纤的外露。

3、本发明制备的改性碳纤增强聚丙烯组合物具有优异的力学性能；另外，由于聚乙烯具有优良的耐低温性能，其最低使用温度可达-100～-70℃，其加入可以提高聚丙烯组合物的耐低温性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

机械性能测试方法：

本发明制备的聚丙烯组合物采用GB标准使用塑料注塑机在230-270℃下注塑成测试试样，其测试样条尺寸(长度×宽度×厚度)分别为：拉伸样条(哑铃型)，170.0×10.0×4.0；弯曲样条，80.0×10.0×4.0；无缺口冲击样条，80.0×10.0×4.0；缺口冲击样条，80.0×10.0×4.0，V型缺口，缺口深度为1/5。

成型后测试试样在温度为(23±2)℃、湿度为(50±5)％的标准环境中放置16h后进行测试其相关性能，测试环境为(23±2)℃、湿度为(50±5)％。

拉伸强度和断裂伸长率：按GB 1040测试，拉伸速度为5mm/min。