一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、与其他通用热塑性树脂相比，聚丙烯材料具有相对密度小、价格低、加工性能好等优点，常用于汽车热管理系统零件。汽车热管理系统零件通常设置在汽车发动机周边，长期处于高温环境中。例如汽车水室一旦发生变形和开裂，会导致漏液，使水室不能发挥降低机舱温度的作用。而热管理系统零件的抗变形能力以及抗开裂能力，取决于聚丙烯材料。因此，对用于制备汽车热管理系统零件的聚丙烯材料有高刚性的实际需求。

2、聚丙烯材料的分子链柔性大，使聚丙烯材料存在拉伸强度较低、熔接痕强度低的缺点。添加玻璃纤维虽然能够提高材料的拉伸强度，但是在材料制备过程中，玻璃纤维熔体和聚丙烯熔体在两者的交汇处无法实现穿插效果，导致材料在熔接痕位置处的强度低，在经过≥100℃的高温老化后熔接痕强度保持率通常小于70％，无法满足热管理系统零件的应用要求。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，本发明通过引入聚乙烯醇和适当尺寸的玻璃纤维，既可以保证玻璃纤维在基体树脂中的分散性，又能改善玻璃纤维与聚丙烯熔体之间的穿插效果，从而在保证聚丙烯复合材料的拉伸强度的同时，提高聚丙烯复合材料的熔接痕强度，提高聚丙烯复合材料在经过≥100℃的高温老化后熔接痕强度的保持率。

2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供的一种聚丙烯复合材料，包括以下重量份的组分：

4、均聚聚丙烯树脂58-73份、聚乙烯醇2-5份、玻璃纤维20-35份、相容剂2-4份；所述玻璃纤维的平均直径为8-12μm；所述聚乙烯醇的粘度小于7mpa·s，醇解度不大于90％。

5、本发明采用显微镜法测试玻璃纤维的平均直径。所述玻璃纤维的平均长度为3-4cm。

6、发明人研究发现，聚乙烯醇对均聚聚丙烯具有异相成核作用。本发明引入的适量聚乙烯醇，既能使聚丙烯的结晶速度适当变慢，又能有效降低聚丙烯熔体的冷却速度，使玻璃纤维更容易穿插聚丙烯熔体，从而在保证聚丙烯复合材料的拉伸强度的同时，提高聚丙烯复合材料的熔接痕强度，提高聚丙烯复合材料在经过≥100℃的高温老化后熔接痕强度保持率。

7、发明人还发现，将玻璃纤维的直径控制在适当范围内，可以保证玻璃纤维在基体树脂中的分散性，改善其与聚丙烯熔体之间的穿插效果，从而提高聚丙烯复合材料的拉伸强度和熔接痕强度。

8、在本发明中，所述均聚聚丙烯树脂在所述聚丙烯复合材料中的重量百分比不小于60％。

9、作为本发明的优选实施方式，所述聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：均聚聚丙烯树脂61-68份、聚乙烯醇3-4份、玻璃纤维25-30份、相容剂2-3份。若满足这一条件，所述聚丙烯复合材料具有更高的拉伸强度和熔接痕强度。

10、作为本发明的优选实施方式，所述聚乙烯醇的粘度为3.5-5.5mpa·s；所述聚乙烯醇的醇解度为70-90％，进一步优选为70-85％。采用的聚乙烯醇符合这一条件，聚乙烯醇与聚丙烯的相容性好，能够有效地降低聚丙烯熔体的冷却速度，使玻璃纤维更容易穿插聚丙烯熔体，从而在保证聚丙烯复合材料的拉伸强度的同时，提高聚丙烯复合材料的熔接痕强度及其在高温老化后的熔接痕强度保持率。

11、在本发明中，所述粘度的检测方法为旋转粘度计法，检测温度为20℃。

12、在本发明中，所述醇解度是指分子链上羟基与醇解前分子链上乙酰基总数的百分比。

13、本发明采用滴定法测定聚乙烯醇的醇解度，滴定温度为25℃，其测定方法为：

14、(1)样品滴定：准确称取干燥至恒重的聚乙烯醇样品15g，精确到1mg；置于250ml锥型瓶中，加入80ml蒸馏水；回流至全部溶解后，加入25ml浓度为0.5mol/l的naoh水溶液，在水浴上回流1h，冷却至室温(25℃)；用10ml蒸馏水冲洗冷凝管；加入几滴0.1％的甲基橙溶液；用浓度为0.5mol/l的盐酸标准溶液滴定至出现黄色，记录消耗的盐酸标准溶液的体积；

15、(2)空白滴定：与步骤(1)的不同之处在于，本步骤未加入聚乙烯醇样品；

16、(3)通过下公式计算聚乙烯醇的醇解度：

17、

18、其中，v1为样品滴定消耗的盐酸标准溶液的体积，单位为ml；v2为空白滴定消耗的盐酸标准溶液的体积，单位为ml；m为盐酸标准溶液的浓度，单位为mol/l；m为聚乙烯醇样品质量，单位为g。

19、作为本发明的优选实施方式，所述均聚聚丙烯树脂根据iso1133-2011在230℃、2.16kg负荷下的熔体质量流动速率为45-90g/10min，进一步优选为50-85g/min。发明人研究发现，当均聚聚丙烯树脂的熔体质量流动速率在50-85g/10min范围内，能够有效保障聚丙烯复合材料的拉伸强度，还能降低聚丙烯在高温下的熔体强度，使玻璃纤维在熔接痕区域更容易穿插聚丙烯熔体。

20、作为本发明的优选实施方式，所述相容剂包括马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中至少一种。

21、进一步优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯中马来酸酐的接枝率不小于0.8％，所述接枝率通过酸碱滴定法测得。

22、作为本发明的优选实施方式，所述聚丙烯复合材料还包括如下重量份的组分：助剂1-3份，所述助剂包括抗氧剂、耐候剂和色粉中的至少一种。

23、在本发明中，所述抗氧剂可以是受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述耐候剂可以是受阻胺类化合物，所述色粉可以是酞青蓝、炭黑、酞青绿、联苯胺黄、钛白粉中的至少一种。

24、基于实际应用的需要，本领域技术人员可以在不影响聚丙烯复合材料性能的前提下适当引入一些常见助剂组分，例如提升材料耐老化性能的抗氧剂，提升材料加工性能的润滑剂、以及赋予材料颜色的色粉等等。

25、第二方面，本发明提供的一种如第一方面所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

26、将除玻璃纤维外的其他组分混合后经主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻璃纤维经侧喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒后得到所述聚丙烯复合材料。

27、作为本发明的优选实施方式，所述双螺杆挤出机的温度区间为220-235℃，螺杆转速为100-300r/min。

28、第三方面，本发明提供的一种如第一方面所述聚丙烯复合材料在制备汽车热管理系统零件中的应用。

29、所述汽车热管理系统零件可以是汽车水室、汽车风扇等等。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，

31、本发明通过引入聚乙烯醇和适当尺寸的玻璃纤维，既可以保证玻璃纤维在基体树脂中的分散性，又能改善玻璃纤维与聚丙烯熔体之间的穿插效果，从而在保证聚丙烯复合材料的拉伸强度的同时，提高聚丙烯复合材料的熔接痕强度，提高聚丙烯复合材料在经过≥100℃的高温老化后熔接痕强度的保持率，因此，本发明提供的聚丙烯复合材料适用于制备汽车热管理系统零件。