本发明涉及聚丙烯发泡材料的，具体涉及一种短玻纤增强聚丙烯发泡材料及其制备方法。
背景技术：
1、发泡作为一种实现材料轻量化的有效手段，广泛应用于汽车、电子、家电等领域。聚合物中的泡孔结构既可以保留材料原有的性质，也可以在材料承受外部应力时传递载荷，以减少应力集中，因此使材料具备良好的强度和韧性。此外，发泡工艺还可以赋予材料更高的保温隔热性能、抗老化性、隔音性等。目前聚丙烯塑料的常用注塑工艺制成的制品比重高、质地紧密，一方面增加了材料的用量和成本，不利于减重和轻量化设计，且制品表面多有浮纤、缩痕等缺陷；另一方面，紧密的质地并不能实现良好的隔热和隔音，需要额外添加其他材料，增加成本。
2、近年来，随着人们对汽车的需求和销量日益增长，汽车轻量化已经成为行业内重要的课题。聚丙烯价格低廉、易于回收，且综合性能优秀，常应用于汽车内饰等部件。利用玻璃纤维填充聚丙烯，不仅可以使材料强度、耐热性、尺寸稳定性、抗疲劳性等大幅提升，因此玻纤增强聚丙烯广泛应用于汽车零部件的加工与应用。此外，对发泡体系而言，玻纤在一定程度上也会促进异相成核，从而为泡孔生长提供基础。然而，在玻纤含量较高的情况下会增加熔体强度，进而增加了泡孔生长的阻力，使发泡倍率降低。目前，现有的聚丙烯发泡产品虽然发泡倍率较高，但是普遍不具备较强的力学性能，无法用作结构性材料。
3、cn108276663a公开了一种高熔体强度的化学微孔发泡长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法，其组成主要包括：重量百分比计的20～30％长玻璃纤维，60～70％的改性聚丙烯树脂，1～6％的马来酸酐接枝物pp-g-mah，0.5～5％的抗氧化助剂，1～3％的化学发泡剂等。其通过筛选合适的原料进行加工改性，使得材料具备较好的高温熔体强度，并在化学发泡剂作用下能够进行微孔发泡，使得零件在密度减小的同时保证一定强度的力学性能，保证正常功能的发挥和实现；同时注塑成型后得到的零部件收缩小，尺寸稳定性高；注塑机的锁模力也相应减小，提高了模具寿命。然而，该技术的缺陷是聚丙烯复合材料的力学性能较差，无法满足市场需求。
4、cn102675734b公开了一种玻纤增强聚丙烯微发泡材料、制备方法及其应用。该材料包括以下组分和重量份：聚丙烯35～80份、增韧剂1～10份、相容剂1～10份、抗氧剂0.2～0.4份和玻璃纤维15～45份。该材料的制备方法包括以下步骤：将上述配比的原料放入高速混合机中混合3～5分钟后加入挤出机中，再将15～45份玻璃纤维从入纤口加到双螺杆挤出机中挤出切粒得到所需玻纤增强聚丙烯材料；将超临界流体注入注塑机螺杆均化段熔融的玻纤增强聚丙烯材料中，形成均相溶液，然后通过注塑成型，将均相溶液注射入模具中，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料。然而，该技术的缺陷是需要高温高压形成超临界流体，工艺比较复杂，在生产过程中容易造成成本过高。
5、因此，如何提供一种聚丙烯发泡材料，在保证力学性能的情况下增大发泡倍率，克服现有聚丙烯材料轻量化和机械性能较难平衡的瓶颈，是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术问题，本发明提供一种短玻纤增强聚丙烯发泡材料。所述短玻纤增强聚丙烯发泡材料，通过对具有高短玻纤含量的增强改性聚丙烯粒料添加发泡剂注塑成型的工艺，实现了发泡倍率和力学性能方面的多重改善，为聚丙烯发泡材料追求强度和轻量化平衡提供了新方法。
2、本发明的技术方案如下：
3、本发明提供一种短玻纤增强聚丙烯发泡材料，包括短玻纤增强聚丙烯粒料和发泡剂，所述短玻纤增强聚丙烯粒料和所述发泡剂的质量比为100：(0.2～1.0)；
4、所述短玻纤增强聚丙烯发泡材料的密度为0.60-0.71g/cm3、简支梁缺口冲击强度为13-18kj/m2、收缩率为0.3-0.7％、拉伸强度为43-63mpa、定挠度弯曲强度为55-83mpa。
5、进一步地，所述短玻纤增强聚丙粒料包括如下质量份数的组分：
6、聚丙烯基材60-90；
7、短玻纤10-20；
8、相容剂4-6；
9、抗氧剂0.2-0.7；
10、润滑剂0.4-0.6；
11、发泡活化剂0.4-0.6。
12、进一步地，所述聚丙烯基材为共聚聚丙烯，熔融指数为3-30g/10min。
13、进一步地，所述聚丙烯基材包含5-20％质量百分比的乙烯嵌段含量。
14、进一步地，所述短玻纤为无碱玻璃纤维，纤维直径为10-13μm，纤维长度为3-5mm。
15、进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
16、进一步地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168，质量比为2：3。
17、进一步地，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的至少一种。
18、进一步地，所述发泡活化剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
19、进一步地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
20、本发明的发泡剂选用偶氮二甲酰胺，其分解温度在200-210℃，发气量为218±5ml。由于增强聚丙烯的注塑温度是220-230℃，如果发泡剂的分解温度太低则发泡效果不佳；另外，增强聚丙烯的熔体强度较高，如果发泡剂的发气量太低则同样无法实现发泡过程。
21、本发明还提供一种短玻纤增强聚丙烯发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
22、步骤(1)：制备短玻纤增强聚丙烯粒料：
23、按照质量份数分别称取各个原料组分，将所述原料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到所述短玻纤增强聚丙烯粒料；
24、步骤(2)：将步骤(1)得到的所述短玻纤增强聚丙烯粒料均化后放入干燥箱中干燥，随后向所述短玻纤增强聚丙烯粒料中混入发泡剂，将混合后的物料一同加入单螺杆注塑机中发泡，得到所述短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其中，所述单螺杆挤出机的注塑温度为200-220℃。
25、进一步地，步骤(1)中，所述短玻纤含量是在失重称量系统上通过调节失重称比例来控制。
26、进一步地，步骤(1)中，先将聚丙烯基材、短玻纤和相容剂制成混合料，然后将所述混合料和其他助剂依次加入到双螺杆挤出机中。
27、进一步地，步骤(1)中，所述双螺杆挤出机中，螺杆转速为300-400rpm。
28、进一步地，步骤(1)中，所述双螺杆挤出机包括多个加热区段，每个加热区段的温度可以独立设置。具体地，所述双螺杆挤出机的进料口至出料口的各区温度设置为：一区180℃、二区190℃、三区200℃、四区210℃、五区210℃、六区210℃、七区210℃、八区200℃、九区200℃、机头230℃。
29、进一步地，步骤(1)中，所述短玻纤增强聚丙烯粒料的密度为1.02-1.5g/cm3，灰分为10-20，粒径0.3-0.5mm。所述短玻纤增强聚丙烯粒料的粒型好、颜色均一稳定、气味小、无孔洞、无毛边黑点料沫。
30、进一步地，步骤(2)中，所述均化为在均化仓中进行。
31、进一步地，步骤(2)中，所述短玻纤增强聚丙烯粒料在150-170℃、优选160℃的均化仓中均化4-6h。
32、进一步地，步骤(2)中，所述短玻纤增强聚丙烯粒料在120-150℃的干燥箱中干燥4-6h。
33、本发明具有的有益效果：
34、(1)本发明通过添加不同比例的短玻纤长度，制备出高强度、力学性能可调节的增强聚丙烯发泡材料。短玻纤的加入一方面为泡沫提供了成核位点，一定量的短玻纤含量可以提高泡孔密度，使成型件力学性能更加均一、稳定。另一方面，过高的短玻纤含量会增大熔体强度，不利于泡孔生长从而降低发泡倍率。因此本发明在保证力学性能的前提下实现泡沫的最大倍率，为实现材料轻量化提供了新的方法。
35、(2)本发明选用短玻纤增强聚丙烯材料，然后再掺混发泡剂注塑制得发泡材料，其中短玻纤相比较于长玻纤有具有以下优势：长玻纤增强pp在注塑加工过程中，一方面残余玻纤分散不均匀，容易造成pp性能不稳定；另一方面容易玻纤缠结，导致泡孔分布和泡孔尺寸不均匀，造成性能降低，且长玻纤增强pp的料粒尺寸长且大，混掺发泡剂时容易不均匀。而短玻纤在加工过程中可以达到很好的分散性，残余玻纤的分布和尺寸都比较均匀，性能稳定，改善了泡孔分布。
36、(2)聚丙烯是一种价格低廉、应用广泛、综合性能优秀的基体材料，选用聚丙烯作为基材对降低成本有重要贡献。相容剂的添加增加了pp基材与短玻纤之间的界面结合力，很大程度上增加了材料的整体强度。润滑剂的添加一定程度上保证了残余短玻纤含量，保证力学性能。发泡活化剂的添加能够使发泡剂更好的分解，有效避免了发泡剂残余。
37、(3)本发明的原料成本低廉且易于获得，制备方法和工艺简单且易于调控，生产效率高，生产成本低。注塑制得的样件力学性能高，发泡倍率较高，泡孔密度高，泡孔尺寸较均匀。本发明制备的短玻纤增强聚丙烯发泡材料有望替代汽车内饰等聚丙烯部件，实现汽车轻量化和隔热隔音等目的。
1.一种短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述短玻纤增强聚丙烯发泡材料包括短玻纤增强聚丙烯粒料和发泡剂，所述短玻纤增强聚丙烯粒料和所述发泡剂的质量比为100：(0.2～1.0)；所述短玻纤增强聚丙烯发泡材料的密度为0.60-0.71g/cm3、简支梁缺口冲击强度为13-18kj/m2、收缩率为0.3-0.7％、拉伸强度为43-63mpa、定挠度弯曲强度为55-83mpa。
2.根据权利要求1所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述短玻纤增强聚丙粒料包括如下质量份数的组分：
3.根据权利要求1或2所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述聚丙烯基材的熔融指数为3-30g/10min，所述聚丙烯基材包含5-20％质量百分比的乙烯嵌段含量。
4.根据权利要求1或2所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述短玻纤为无碱玻璃纤维，纤维直径为10-13μm，纤维长度为3-5mm。
5.根据权利要求1或2所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
6.根据权利要求1或2所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述发泡活化剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
8.根据权利要求1或2所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
9.一种权利要求1-8任一项所述的短玻纤增强聚丙烯发泡材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述双螺杆挤出机的进料口至出料口的各区温度设置为：一区180℃、二区190℃、三区200℃、四区210℃、五区210℃、六区210℃、七区210℃、八区200℃、九区200℃、机头230℃。
