一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法技术

本发明专利技术涉及利用芳纶纤维、长玻璃纤维、热塑性树脂制备热塑性材料的配方和制造方法，属于改性塑料和复合材料技术领域。本发明专利技术的特点是基于长纤维增强热塑性塑料粒料工艺（LFT‑G），利用芳纶纤维的高强度、高韧性、高柔性的特性，使芳纶纤维在长玻璃纤维增强热塑性塑料的三维刚性骨架中均匀分散、纵横穿插，起到增加复合材料韧性和抗冲击强度的效果。本发明专利技术方法利用原有的LFT‑G生产设备，所需的设备简单，具有生产路线短、所需设备功耗小、操作方便、产品性能突出等有益效果，符合低碳环保和节能减排的要求，在汽车、家电、航空、建材、装备制造等领域有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法
本专利技术涉及利用芳纶纤维、长玻璃纤维、热塑性树脂制备热塑性材料的配方和制造方法，属于改性塑料和复合材料

技术介绍
长玻纤增强热塑性塑料(LFT,LongFiberReinforcedThermoplastic)是一类采用长玻璃纤维为增强骨架的热塑性材料，具有高强度、高刚度、高尺寸稳定性、低翘曲度、使用寿命长、耐蠕变等显著特点，可以弥补常用的短纤维增强热塑性塑料的不足。正是由于长玻纤增强热塑性塑料具有上述突出的性能，主要应用在汽车工程塑料结构部件，替代金属零部件以节省成本、降低重量、减少能耗；替代价格高的特种工程塑料，如尼龙、聚苯硫醚等；取代热固性玻璃钢复合材料，如氨基树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂等，提高成型效率、降低成本，并可以循环使用、二次加工，从而使纤维增强热塑性复合材料应用领域得到进一步的加强、扩展和深化。它的推广应用对铝、镁合金材料、纤维增强热固性复合材料、传统工程塑料等构成了巨大挑战，逐步成为制作汽车零部件和其他应用领域结构制件的主流材料。“环保、节能、汽车轻量化”成为LFT研发与生产、制件设计与应用快速发展的主要推动力。芳纶分子结构上的酰胺基团被芳环分离且与苯环形成了共扼效应,内旋位能高,分子链之间可排列紧密,使其具有高强度、高模量，高耐热性、耐化学腐蚀性以及耐疲劳性能和尺寸稳定性等优异的综合性能,特别是在有机纤维中它的尺寸稳定性最佳,密度最轻,且具备无机纤维的物理性能和有机纤维的加工性能。由于芳纶纤维属于有机柔性纤维，且具有较高的强度和韧性，在冲击、剪切、拉伸等机械作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤，将其分散到改性聚合物基体后具有更高的屈服强度，减少了对基体的磨耗。将芳纶纤维添加进热塑性塑料中，使其具有优良的抗冲击性能、耐磨性能和综合力学强度。随着汽车工业的不断发展和人们对汽车“轻量化、高性能化、安全性”等要求的显著提高，长玻纤增强热塑性材料被赋予日益提高的期望，如更高的抗冲击性和低温韧性等性能。单纯依靠刚性的长玻璃纤维形成的纵横交错、互相穿插三维网状结构所提供的吸收冲击和能量的特性，使长玻纤增强热塑性材料抗冲击韧性的的进一步提高遇到瓶颈。虽然刚性纤维可以通过自身断裂和从基体中拔出吸收冲击能量，但刚性骨架在熔体成型过程中形成了大量的缺陷和应力集中，当受到外部冲击时，裂纹通常从这些缺陷和应力集中处形成和发展进而形成大的开裂，从而使材料的实际抗冲击性能较差，不能满足“以塑代钢”的要求。刚性纤维增强热塑性材料在受冲击时形成的这种裂纹不同于韧性材料受冲击时形成的“银纹”（或称微裂纹）的原因在于，韧性材料的银纹是柔性分子链和空隙形成的实体，柔性分子链充斥在银纹中，使材料既吸收了大量冲击能量又不至于断裂。因此柔性纤维的存在可避免刚性骨架因缺陷和局部应力先于基体发生断裂，将柔性纤维芳纶引入长玻璃纤维形成的刚性骨架是本专利技术的重要特征和理论基础。综合玻璃刚性纤维和芳纶柔性纤维的各自特点，发挥复合材料“1+1＞2”的特有优势，使长玻纤增强热塑性材料的抗冲击强度得以提高。作为柔性长纤维的芳纶，可以在受到冲击时利用瞬时形变吸收大量能量，将能量及时传递出去，并诱发基体产生大量微裂纹来吸收更多的能量。中国专利CN104151580A公开了一种增强增韧尼龙PA66改性工程塑料的制备方法，通过尼龙PA66、碳纤维、芳纶纤维和相容剂等助剂在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到成品。中国专利CN105131589A公开了一种气辅成型玻纤增强尼龙6工程塑料及其制备方法，通过将尼龙6树脂、无碱玻璃纤维、表面处理后的碳纤维、芳纶纤维以及相容剂等助剂在双螺杆中熔融共混挤出造粒得成品。中国专利CN102746648A公开了芳纶纤维增强的尼龙复合材料，通过尼龙树脂、无机填料、磨碎玻璃纤维、短切芳纶纤维和其他助剂制备复合材料。这些专利都肯定了芳纶纤维在热塑性塑料改性中的重要作用，但均不是基于LFT-G技术，所得产品也均不是长玻纤增强热塑性材料，即最终成型制品中的残留玻纤长度均较短，远低于玻纤临界长度L0，不能形成三维刚性骨架。中国专利CN104669636A公开了一种混杂纤维增强聚丙烯高强度复合材料的制备方法，通过将玻璃纤维与凯夫拉纤维混杂并通过改性塑料组份熔体浸渍得到改性塑料包覆的连续混杂纤维，然后经定向排布、热压、冷却、切割，得到混杂纤维薄片，最后再将纤维薄片与聚丙烯薄片间隔叠层并热压得到混杂纤维增强聚丙烯复合材料。该专利是基于GMT成型技术，产品为热压成型片材，而非基于LFT-G技术的热塑性粒料。本专利技术基于LFT-G工艺，是芳纶纤维改性的长玻纤增强热塑性塑料粒料，相比之前的公开专利具有冲击强度高、低温韧性好、翘曲程度低等特点。
技术实现思路
针对长玻纤增强热塑性塑料材料现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种芳纶纤维改性长玻璃纤维增强热塑性塑料的制备方法，该方法制备的粒料具有优良的抗冲击韧性、低翘曲、耐磨损等显著优点。本专利技术的第一个特征是采用如下的配方组成质量百分比：热塑性树脂40～80%长玻璃纤维20～60%芳纶纤维1～40%相容剂0～20%偶联剂0～5%抗氧剂0.01～2%着色剂0～2%其他加工助剂0～2%其中，所述热塑性树脂指具有热塑性任意一种树脂或几种树脂的混合物，优选的热塑性树脂为聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、尼龙6（PA6）、尼龙66（PA66）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），尤其指聚丙烯（PP）、尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)。其中PP优选熔指30～150g/10min的原料，PA6和PA66优选粘度2.4～3.2的原料。所述连续玻璃纤维优选无碱连续玻璃纤维，纤维直径为10～25μm，优选17μm，线密度为1000～4800tex,优选2400tex。所述芳纶纤维为芳香族聚酰胺纤维的简称，包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA，或称对位芳纶纤维、芳纶1414纤维）和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（PMIA，或称间位芳纶纤维、芳纶1313纤维）或它们的混合物,优选的芳纶纤维为对位芳纶纤维，纤维直径为2～60μm。芳纶纤维按长度分为连续长丝纤维和短切纤维，连续长丝纤维优选纤度为100～10000旦尼尔（Denier,简写为D）,短切芳纶纤维优选长度为1～6mm。所述相容剂为极性单体接枝聚合物型相容剂，接枝率为0.5～3%，优选的接枝率0.8～1.5%。且该极性单体接枝聚合物性相容剂的聚合物基体为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-α烯烃共聚物(POE)、烯烃嵌段共聚物(OBC)、苯乙烯-丁二烯共聚物（SBS)、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、聚乙烯-聚丙烯-聚丁烯三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；该极性单体接枝聚合物性相容剂的极性单体为马来酸酐及其衍生物和丙烯酸酯及其衍生物中的至少一种。所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或高分子类偶联剂中的至少一种，优选硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、聚酚氧。所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高冲击高强度长玻纤增强热塑性材料的制备方法，该方法基于长纤维增强热塑性塑料（LFT‑G）工艺，利用芳纶纤维的高强度、高韧性、高柔性的特性，使芳纶纤维在玻璃纤维增强热塑性塑料的三维刚性骨架中均匀分散、纵横穿插，起到增加复合材料韧性和抗冲击强度的效果。

【技术特征摘要】
1.一种高冲击高强度长玻纤增强热塑性材料的制备方法，该方法基于长纤维增强热塑性塑料（LFT-G）工艺，利用芳纶纤维的高强度、高韧性、高柔性的特性，使芳纶纤维在玻璃纤维增强热塑性塑料的三维刚性骨架中均匀分散、纵横穿插，起到增加复合材料韧性和抗冲击强度的效果。2.根据权利要求1所述的方法，该方法所用原料的配方组成质量百分比如下：热塑性树脂40～80%长玻璃纤维20～60%芳纶纤维1～40%相容剂0～20%偶联剂0～5%抗氧剂0.01～2%着色剂0～2%其他加工助剂0～2%。3.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述热塑性树脂指具有热塑性的任意一种树脂或几种树脂的混合物，常见热塑性树脂包括但不限于聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、尼龙6（PA6）、尼龙66（PA66）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯硫醚（PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酮（POK)等。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述PP的熔融指数为30～150g/10min，PA6和PA66的粘度为2.4～3.2。5.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述长玻璃纤维为连续玻璃纤维（E类、D类、S类或R类中的一种或几种的混合物），纤维直径为10～25μm，线密度为1000～4800tex。6.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述芳纶纤维为芳香族聚酰胺纤维的简称，包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA，或称对位芳纶纤维、芳纶1414纤维）和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（PMIA，或称间位芳纶纤维、芳纶1313纤维）或它们的混合物。7.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述相容剂为极性单体接枝聚合物型相容剂，接枝率为0.5～3%；且该极性单体接枝聚合物性相容剂的聚合物基体为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-α烯烃共聚物(POE)、烯烃嵌段共聚物(OBC)、苯乙烯-丁二烯共聚物（SBS)、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、聚乙烯-聚丙烯-聚丁烯三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；该极性单体接枝聚合物性相容剂的极性单体为马来酸酐及其衍生物和丙烯酸酯及其衍生物中的至少一种。8.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或高分子类偶联剂中的至少一种。9.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、高分子类抗氧剂中的一种或几种。10.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述着色剂为颜料、染料、炭黑、色母粒等。11.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于所述其他加工助剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵有国，王红，王恩礼，陈奇，孙凤荣，
申请(专利权)人：山东道恩高分子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37