一种连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料板领域，具体涉及一种连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带及其制备方法。
技术背景
由于复合材料的性能随着增强纤维的长度的增加而提升，连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料具有极其优异的力学性能，在某些场合甚至可以替代金属材料。相比以玻璃纤维毡、短玻璃纤维或长玻璃纤维为增强材料的聚丙烯复合材料，连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料中玻璃纤维呈单向排列，具有更高的强度、模量、断裂韧性以及优异的抗蠕变性能。
连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的物理性能主要受聚合物熔体的流动性能和聚丙烯树脂与玻璃纤维的界面结合状态的影响。聚合物熔体的流动性能影响聚丙烯树脂与玻璃纤维的浸渍情况，浸渍充分会改善连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料物理性能；聚丙烯树脂与玻璃纤维的界面结合状态直接影响连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的最终性能。
在连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带制备方法中，主要通过使用高流动性聚丙烯树脂或添加助剂增加树脂流动性的方法，保证树脂与玻璃纤维的充分浸渍，从而解决聚丙烯树脂与玻璃纤维充分浸渍的问题。本领域技术人员普遍采用向复合材料体系中添加相容剂的方法，增强聚丙烯树脂与玻璃纤维界面的结合状态。专利CN%20105670107%20A公开了一种高表面张力的连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该方法使用马来酸酐接枝聚丙烯为相容剂，制备的连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料弯曲强度超过150MPa，但是由于树脂与玻璃纤维结合不牢，复合材料依旧有很高的孔隙率，微观显微镜下显示树脂与玻璃纤维也并未完全有机的结合，影响材料最终的性能。虽然，向复合材料体系中添加相容剂可以一定程度上增强聚丙烯树脂与玻璃纤维界面的结合状态，但是制备的复合材料依旧具有很高的孔隙率，影响复合材料的性能。
发明内容
本发明为了解决连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料孔隙率高，树脂与玻璃纤维结合差的问题，提供了一种连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带及其制备方法。
本发明的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带的微米孔隙被填补，树脂与玻璃纤维结合牢度高，复合材料孔隙率小，材料的热稳定性、韧性、强度和表面光洁度好，复合材料的性能优良。
本发明是通过如下具体方案实现的：
一方面，本发明提供了一种连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，其中，包括以下重量份的原料：30～70重量份的连续玻璃纤维、30～70重量份的聚丙烯、0.1～5重量份的相容剂、0.1～5重量份的抗氧剂、0.1～10重量份的润滑剂、0～5重量份的有机过氧化物、0.1～5重量份的纳米二氧化硅。
本发明的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带的配方科学合理，并且引入了适量的纳米二氧化硅，不仅可填补玻璃纤维之间的微米孔隙，极大降低复合材料的孔隙率，还可以增强树脂与玻璃纤维结合牢度，提高材料的热稳定性、韧性、强度以及表面光洁度，改善复合材料的性能。
优选的，所述的纳米二氧化硅的粒径为10～50000nm。
优选的，所述的纳米二氧化硅的比表面积为10～500m/g。
将粒径为10-50000nm、比表面积为10～500m/g的纳米二氧化硅用于连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带的生产中，不仅可以填补玻璃纤维间的微米空隙，极大降低复合材料的孔隙率，还可以促进相容剂与玻璃纤维结合，增强树脂体系与玻璃纤维的界面牢度。
优选的，所述的连续玻璃纤维为碱玻璃合股无捻粗纱玻璃纤维；所述的碱玻璃合股无捻粗纱玻璃纤维的线密度为100～10000tex；所述的碱玻璃合股无捻粗纱玻璃纤维的直径为5～50μm。
优选的，所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的一种或几种。
优选的，所述的润滑剂包括脂肪酸酰胺类润滑剂、脂肪酸酯类润滑剂、金属皂类润滑剂、硅油类润滑剂中的一种或几种。
优选的，所述的脂肪酸酰胺类润滑剂为N,N-亚已基双硬酯酰胺、油酸酰胺和芥酸酰胺中的一种或几种；所述的脂肪酸酯类润滑剂为饱和脂肪醇的二元酯、硬脂酸丁酯和甘油三羟硬酯酸酯中的一种或几种；所述的金属皂类润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸铅中的一种或几种；所述的硅油类润滑剂为二甲基硅油、甲基苯基硅油和二已基硅油中的一种或几种。
优选的，所述的有机过氧化物包括酰类过氧化物、氢过氧化物、二烷基过氧化物、酯类过氧化物中的一种或几种。
优选的，所述的酰类过氧化物为过氧化二苯甲酰、二异丁酰基过氧化物中的一种或两种；所述的氢过氧化物为过氧化丁二酸、过氧化戊二酸中的一种或两种；所述的二烷基过氧化物为双(过氧化叔丁基)二异丙苯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二叔丁基中的一种或几种；所述的酯类过氧化物为过氧化苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧化特戊酸酯中的一种或两种。
优选的，所述的预浸带的克重为100～1000g/m2。
另一方面，本发明提供一种连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带的制备方法，包括以下步骤：
1)按照所需重量份称取原料；
2)将除连续玻璃纤维之外的其他原料混合搅拌均匀，将混合物加入到螺杆挤出机中得到高温熔体；其中，其中，螺杆挤出机的温度设定为：第一段180℃，第二段220℃，第三段240℃，第四段240℃，第五段240℃；
3)将高温熔体输送到预浸模头中，通过模头进入浸渍模具中；其中，浸渍模具的温度设置为240℃；
4)将连续玻璃纤维牵引通过浸渍模具中，充分浸渍后，通过气压为0.3MPa、温度为25℃的压平辊辊压后，冷却成型，得到连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带；其中，牵引速度为3～15m/min。
本发明的有益效果：(1)纳米二氧化硅可以填补玻璃纤维间的微米空隙，极大降低复合材料的孔隙率；(2)纳米二氧化硅可以促进相容剂与玻璃纤维结合，增强树脂体系与玻璃纤维的界面牢度；(3)制备的复合材料具有更好的韧性、强度及表面光洁度。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
一种连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带及其制备方法，改技术过程如下：
步骤一，按照重量配比称取原料，各组分及其配比数据如表1所示；
步骤二，将除连续玻璃纤维之外的原料混合、搅拌均匀后加入到螺杆挤出机中，挤出机的温度共计五段，第一段设置为180℃，第二段设置为220℃，第三、四和五段设置为240℃，通过螺杆挤出机将高温熔体输送到预浸模头中，通过模头进入浸渍模具中，浸渍模具的温度共计五段，都分别设置为240℃。
步骤三，将连续玻璃纤维以3～15m/min的速度牵引通过高温浸渍模具中，充分浸渍后，牵引通过辊压设备后，冷却成型，得到连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带。
实施例2～7
按照表1提供的重量配数据比称取各组分原料，其余实施工艺同实施例1。
对比例1～4
按照表1提供的重量配数据比称取各组分原料，其余实施工艺同实施例1。
表1.实施例1～7和对比例1～4的原料配方(单位为重量份)
表1中，聚丙烯8g/10min以及60g/10min为熔体质量流动速率(MFR)参数。
将实施例1～7和对比例1～4的制得的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带裁切成230×230mm大小，将一定层数的样品按0°/90°交叉放置于成型模具中，再通过热压机制备连续玻璃纤维增强聚丙烯复合板材。使用雕刻机将制得的板材雕制出测试标准样条，分别依据标准GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、GB/T1451-2005和JC/T733-2010测试试样的拉伸强度、弯曲强度和模量、层间剪切强度和缺口冲击强度，测试结果如表2所示。
表2.实施例1～7和对比例1～4的性能测试结果
由实施例1和对比例1的测试结果可看出，将纳米二氧化硅引入到连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带的复合材料中可以明显提高复合材料的拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度和缺口冲击强度。将纳米二氧化硅用于生产连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，可以填补玻璃纤维间的微米空隙，极大降低复合材料的孔隙率，还可以促进相容剂与玻璃纤维结合，增强树脂体系与玻璃纤维的界面牢度，从而得到力学性能更优越的连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带。
由实施例1、2和对比例1、2的测试结果可看出，使用聚丙烯树脂为复合材料基体，纳米二氧化硅对复合材料的性能具有显著的增强效果
由实施例2～5和对比例2的测试结果可看出，改变纳米二氧化硅的用量和规格，复合材料的性能都有明显的提高，表明此发明中提到的纳米二氧化硅可以根据实际情况调整用量和规格，都会有显著的界面优化作用及增强性能的效果。
由实施例2、6和对比例2、3的测试结果可看出，有机过氧化物的用量对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制品的最终性能有一定影响，但纳米二氧化硅对各种复合材料体系性能的增强作用还是较为显著。
由实施例2、7和对比例2、4的测试结果可看出，使用不同种类的相容剂对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制品的最终性能也有一定影响，但纳米二氧化硅对各种复合材料体系性能的增强作用还是较为显著。
本发明中连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带的配方科学合理，而且加入了纳米二氧化硅，不仅可以填补玻璃纤维间的微米空隙，极大降低复合材料的孔隙率，还可以促进相容剂与玻璃纤维结合，增强树脂体系与玻璃纤维的界面牢度。
需要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
