[发明专利]高熔流纤维增强丙烯聚合物材料组合物

说明书

本发明涉及丙烯聚合物组合物，进一步说，涉及纤维增强的由丙烯派生的高分子聚合物。

由丙烯作为唯一的单体聚合而成的合成树脂称为聚丙烯。尽管“聚丙烯”有时用于包括丙烯和少量的另一种单体，比如乙烯，组成的共聚物的技术中，该术语在这里就不是这么用了。

商业上的聚丙烯一般为固体的、主要地是由丙烯通过齐格勒-纳塔催化剂聚合而成的等规的、半结晶的、热塑性的高分子混合物。在这种催化体系中，催化剂是由元素周期表I-III族的金属有机化合物，比如烷基铝，以及元素周期表中IV-VIII族的过渡金属化合物，比如卤化钛来形成。由此产生的聚丙烯的结晶度通过X-射线衍射法测得一般为60％。这里所用的“半结晶”是指用X-射线衍射法规定的结果结晶度至少为5-10％，同样，典型的商业上的一般固体聚丙烯的重均分子量(Mw)为100,000至4,000,000，而其典型的数均分子量(Mw)为25,000至600,000。典型的分子量散布或聚合度分散性为4至7。大多数商业上聚合级的一般固体聚丙烯的熔融流动速率(MFR)由ASTM D1238测得为从小于1至约20dg/min的范围。最一般地，熔流率为4dg/min。五年前，具有约20dg/min的熔融流动速率的聚丙烯，聚合级的，已经可以得到。在1980年在下半年，商业上可以得到一种通常的固体聚丙烯，为有从50至430dg/min的聚合级MFR重均分子量和数均分子量，以致使其多分散性约为4-5。

通过在聚合级的具有至多为20dg/min的MFR的聚丙烯中结合进短纤维制成纤维增强聚丙烯。纤维加入量一般为总组成的20-30％(重量)，极少数是以40％的纤维含量制成的。当在这聚丙烯中的纤维增强物的量增加时，翘曲的程度也增加，这是因为加入了纤维引起了熔融流动速率(MFR)的降低而由此必需在纤维增强产品制备过程中提高所使用的温度和压力。这个在制备过程中提高的应力引起了翘曲问题。所以，关于在此之前的含有40％纤维含量的纤维增强聚丙烯是特别难模塑这点就不足为奇了。

已知的纤维毡增强聚丙烯，其中聚丙烯是聚合级的具有特征MFR聚丙烯以及玻璃纤维毡是用作为纤维增强剂。这种产品典型地是通过加压模塑玻璃毡和聚丙烯来制备。然而，这些纤维增强产品不能应用注射成型工艺，因为玻璃毡是不流动的。

因为具有至多为20dg/min的MFR商业聚丙烯在反应器中不能容易地控制其分子量分布，还因为所得的聚合级聚丙烯不能在所有的纤维生产工艺中成功地纺成纤维，通过将聚合物减粘裂解的方法改进使聚合级聚丙烯的分子量分布变窄并增加其MFR。目前最常用的方法是将这些商业聚合级聚丙烯用自由基引发剂处理，比如过氧化物，由此引发自由基反应。在该自由基反应过程中，链断裂的结果是分子量分布变窄以及MFR增高。如果在特别的反应条件下发生的链断裂得越多，那末所得的聚丙烯分子量分布就越窄以及MFR越高。已知由于减粘裂解的结果，聚丙烯具有窄的分子量分布，即多分散性典型地为2至3，以及高的MFR即直到多达1000dg/min。

遗憾的是，减粘裂解的工艺对聚合级聚丙烯初始材料的物理性能有不利的影响，这个不利影响随减粘裂解的程度的提高而增加。因此经减粘裂解的聚丙烯的MFR越高，其物理性能降低得就越多以致于一般要比原先的聚合级聚丙烯来得更脆弱且不及它硬。

具有50dg/min或更高些的MFR的经减粘裂解的聚丙烯用在制备纤维增强聚丙烯中是不切实际的，因为让该聚合物经减粘裂解的操作以及随后的绞合成股或制丸操作是费时而麻烦并且困难的，这些操作在使得经减粘裂解的材料能与纤维并合之前是必需的。

本发明提供一种包括具有熔融流动速率(MFR为约55至430，较好地为60至400dg/min的聚合级丙烯聚合物比如丙烯均聚物的组合物，其中分散有以所述聚合物材料和增强剂总量为基准的约20至65％，较好地为30至50％重量份的诸如玻璃纤维的纤维增强剂。该组合物在大型或复杂的注射模塑制品的生产中是有用的。

本发明的组合物比由低MFR聚合级聚合物制成的纤维增强组合物有更好的流动特性，同时，在其强度和硬度方面随熔融流动速率增加与未经增强的聚丙烯的所期望的性能相比没有不利的影响。

在本发明的组合物中有用的丙烯聚合物材料一般是固体，主要是等规的、半结晶的、具有在聚合级状态中，即当其为反应器产物时MFR为约55至430dg/min的热塑性聚合物，以及其多分散性典型地在4至5的范围内。因此，其分子量分布比通常的经减粘裂解的聚丙烯宽。