專利名稱：一種聚丙烯樹脂組合物及其制備方法和風扇的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種聚丙烯樹脂組合物及其制備方法和由其制備的風扇。更具體地說，本發明涉及含有玄武巖纖維作為增強組分的聚丙烯樹脂組合物及其制備方法和風扇。
背景技術：
在現有技術中，聚丙烯(PP)作為通用型熱塑性樹脂，其耐熱性優于聚乙烯(PE)；其熔點達到164℃左右，可以在100-120℃下長期使用，此外，聚丙烯還具有優良的耐腐蝕性、電絕緣性，它的力學性能(包括拉伸強度、壓縮強度、硬度)均比高密度聚乙烯(HDPE)良好，并且還具有很突出的剛性。聚丙烯易加工，大部分用于注射成型，除了生活用品外還可以制造工業用制件，例如建筑、機械、電工等；也可以用擠出和吹塑成型方法生產薄膜、板材、管材和單絲等。因此，由于聚丙烯的綜合性好，材料成本低，在各個行業都獲得了廣泛的應用。
但是，聚丙烯本身的收縮率較大、耐低溫性差、耐磨性不足等缺點，需要對聚丙烯進行改性。目前，利用纖維對聚丙烯進行復合改性形成的聚丙烯樹脂組合物(聚丙烯復合材料)應用非常廣泛，該組合物可以改善聚丙烯的拉伸強度、剛性尺寸穩定性等。
纖維不但是聚丙烯樹脂組合物中的基本增強成分，而且很多纖維成分在聲熱絕緣及過濾方面具有很大的用途。其中，玻璃纖維的應用最為廣泛，但是，玻璃纖維在比強度、使用溫度、化學穩定性(特別是在堿性介質中的穩定性)、制振性能、耐熱性能、隔音特性等方面具有較大的局限性，而且玻璃纖維的生產過程中容易產生對于自然環境造成的粉塵、三廢等危害，此外在制造玻璃纖維時需要使用緊缺的二氧化硼，玻璃纖維的生產成本比較高。
因此，需要一種新型的聚丙烯樹脂組合物，該組合物能夠克服現有技術中使用玻璃纖維作為基本增強成分的聚丙烯樹脂組合物存在的缺陷，并且具有較高的彈性模量以及更好的沖擊性能和化學穩定性，同時還具有極高的隔熱、隔音特性。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種聚丙烯樹脂組合物，所述聚丙烯樹脂組合物克服了現有技術的缺陷，并且具有較高的彈性模量以及更好的沖擊性能和化學穩定性，同時還具有極高的隔熱、隔音特性。
本發明的另一個目的是提供一種上述聚丙烯樹脂組合物的制備方法。
本發明的又一個目的是提供一種風扇，所述風扇使用上述聚丙烯樹脂組合物為原料制成。
根據本發明的一個實施方式提供了一種聚丙烯樹脂組合物，其中所述聚丙烯樹脂組合物含有聚丙烯樹脂和玄武巖纖維，其中以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，所述聚丙烯樹脂組合物中含有的聚丙烯樹脂的量為50到95重量份，相應玄武巖纖維的量為50到5重量份。
地殼山為火成巖、沉積巖和變質巖組成，而玄武巖屬于火成巖中的一種，由巖漿形成，密度大。玄武巖含有的SiO2含量在44-52％之間，Al2O3含量在12-18％之間，FeO和Fe2O3含量在9-14％之間。玄武巖的熔煉和均勻化是古代火山巖活動的結果，因此其具有很高的化學穩定性和熱穩定性。玄武巖屬于難熔礦物原料，熔化溫度在1500℃之上。并且，火山衍生物結構的玄武巖比沉積巖中的頁巖、砂巖和變質巖中的石英的楊氏模量都要高，這使玄武巖纖維具有耐溫、抗拉強度好、彈性模量高等性能。此外，玄武巖在世界內均廣泛存在、數量不受限制。
通過玄武巖而制造成的玄武巖纖維稱為“巖石之絲”，100％由礦物組成，制造時不需要添加其它成分。玄武巖纖維具有與玻璃纖維不同的化學成分而有的特定性能，例如玄武巖纖維中含鐵量高，使纖維呈古銅色；玄武巖纖維中含有的K2O、MgO和TiO2等成份，對提高纖維防水，耐腐蝕性能起了重要的作用；玄武巖纖維中含有的Al2O3能夠提高熔體粘度，提高化學穩定性；而FeO和Fe2O3能夠改變溶制參數，影響導熱性；K2O、MgO和TiO2則能提高防水性能與耐腐蝕性等。
表1列出了玄武巖纖維與常用的玻璃纖維的性能的比較。表1清楚地顯示了玄武巖原料加工而來的玄武巖纖維在耐高溫、穩定性、耐腐蝕性、導熱性、絕緣性等許多技術指標方面優于玻璃纖維。
表1
因此，由于玄武巖纖維具有比普通玻璃纖維更高的彈性模量以及更好的沖擊性能和化學穩定性等優點，可以作為聚丙烯的增強成分，由此形成的聚丙烯樹脂組合物具有比較理想的物理和化學性能。
根據本發明的又一個實施方式，其中所述玄武巖纖維的長度為3到10mm，直徑為9到17μm。
根據本發明的又一個實施方式，其中所述聚丙烯樹脂組合物還含有添加劑，所述添加劑選自填充劑、抗氧劑、防老化劑和穩定劑中的一種或更多種。在本發明中根據效果、相容性、穩定性等選取原則來選擇添加劑。其中，填充劑的作用在于能夠改善聚丙烯樹脂的力學性能，例如增強其硬度、剛度、抗壓強度等；抗氧劑的作用在于能夠防止聚丙烯樹脂組合物在生產過程中的氧化；防老化劑的作用在于能夠降低聚丙烯樹脂組合物的水解敏感程度，防止聚丙烯樹脂的老化；穩定劑的作用在于能夠使玄武巖纖維與聚丙烯樹脂的結合穩定。
根據本發明的又一個實施方式，其中所述聚丙烯樹脂組合物含有填充劑，以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，所述填充劑的量為0.005到0.05重量份。聚丙烯樹脂組合物中含有填充劑能夠改善聚丙烯樹脂的力學性能，例如增強其的硬度、剛度、抗壓強度等。
根據本發明的又一個實施方式，其中所述填充劑選自硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、碳酸鈣、硅灰石或者高嶺土。
根據本發明的又一個實施方式，其中所述聚丙烯樹脂組合物含有穩定劑，以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，所述穩定劑的量為0.01到0.07重量份。聚丙烯樹脂組合物中含有穩定劑能夠使玄武巖纖維與聚丙烯樹脂的結合穩定。
根據本發明的又一個實施方式，其中所述穩定劑選自堿金屬氧化物、氫氧化物、堿式鹽和堿式配鹽。
本發明的另一個目的是提供一種聚丙烯樹脂組合物的制備方法，通過該制備方法，制備得到具有高制振性能、高強度、高彈性模量以及更好的沖擊性能和化學穩定性，同時還具有極高的隔熱、隔音特性的聚丙烯樹脂組合物。
根據本發明的一個實施方式的聚丙烯樹脂組合物的制備方法，其步驟包括(1)將聚丙烯樹脂和玄武巖纖維以及添加劑混合，其中以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，聚丙烯樹脂的量為50到95重量份，相應玄武巖纖維的量為50到5重量份；(2)將混合物在一定溫度下熔融攪拌；(3)造粒。
在本發明中，所述聚丙烯樹脂和玄武巖纖維的混合、熔融攪拌以及造粒可以采用螺桿擠出機等方法進行。
根據本發明的另一個實施方式的制備方法，其中所述玄武巖纖維在混合之前用偶聯劑處理，所述偶聯劑的量為所述玄武巖纖維重量的0.05％。通過偶聯劑對玄武巖纖維表面進行處理，能夠增加玄武巖纖維與聚丙烯樹脂之間的粘合性。
根據本發明的又一個實施方式的制備方法，其中所述偶聯劑選自有機硅烷或者有機鈦化合物。其中，有機硅烷作為表面處理劑處理玄武巖纖維表面的方法包括1.在玄武巖纖維的清潔表面涂覆硅烷偶聯劑；2.在玄武巖紡絲過程中用硅烷偶聯劑處理。應用有機硅烷的效果顯著，不但能夠顯著增加玄武巖纖維與聚丙烯樹脂之間的粘合性，而且可以改善聚丙烯樹脂組合物的耐水性、電絕緣性及耐老化性等。
除了有機硅烷外，有機鈦化合物也作為表面處理劑用于改善玄武巖纖維與聚丙烯樹脂之間的粘合性，效果比較顯著。
根據本發明的又一個實施方式的制備方法，其中所述溫度為200到300℃。
本發明的又一個目的是提供一種風扇，所述風扇采用本發明的聚丙烯樹脂組合物制成。應用于風扇，尤其是空調風扇的纖維增強復合材料，須經受熱作用外，還要經受振動，需要有較高的彈性模量以及更好的沖擊性能和化學穩定性，同時還需具有極高的隔熱、隔音特性。本發明的玄武巖纖維增強的聚丙烯樹脂組合物具有高制振性能，較高強度及穩定的特性，適用于做各種工業用部件，如汽車部件和電器部件，尤其適于做空調機器的風扇等。
在本發明中，所述風扇包括風扇的葉片、外殼等部件。利用本發明的玄武巖纖維增強的聚丙烯纖維組合物，通過注射模塑、擠出模塑、壓塑等成型方式可以制成風扇的這些部件。
因此，通過本發明制備的聚丙烯樹脂組合物克服了現有技術的缺陷，并且具有較高的彈性模量以及更好的沖擊性能和化學穩定性，同時還具有極高的隔熱、隔音特性。并且以聚丙烯樹脂組合物為原料制成風扇具有高制振性、高強度及穩定的特性。
具體實施例方式
在下文中，將結合實施例對本發明進行更詳細地說明。在本發明的實施例中通過測定聚丙烯樹脂的彎曲強度和彎曲彈性率來著重說明本發明的聚丙烯樹脂具有更好的沖擊性能。
(1)彎曲強度(Flexural strength)指材料在受彎曲變形破壞時的強度，由3點彎曲和4點彎曲實施后的最大荷重計算得出。
3點彎曲計算公式如下
σFS=3·Fmax·S2·W·B2·(1+4·d2S2)]]>(2)彎曲彈性率(Flexural modulus)利用3點彎曲與4點彎曲所求得的荷重-彎曲量曲線計算出來的彈性率。
3點彎曲計算公式如下EFS=S34·W·B3·ΔFΔd]]>上述計算公式(1)和(2)中，各個符號的含義如下B試驗片厚度W試驗片寬度S支架寬度d彎曲量ΔF荷重-彎曲量曲線開始的直線部分的任意選的點的荷重Δd荷重F時的彎曲量Fmax最大荷重實施例1取69重量份聚丙烯樹脂，30重量份用0.05％的硅烷處理過的其中單纖維直徑為9μm、長度為3毫米的玄武巖纖維，以及0.3重量份作為潤滑劑的聚丙烯蠟、0.02重量份作為填充劑的硬脂酸鈣、0.03重量份作為穩定劑的氫氧化鈣、0.05重量份作為防老化劑的264(DTBP)和0.2重量份作為抗氧劑的叔丁基過氧乙烷、0.1重量份抗氧劑1010和0.3重量份抗氧劑DLTP，在混煉機中混合，并于250℃條件下用具有全程螺桿的螺桿擠出機造粒。從而得到聚丙烯樹脂組合物。將得到的粒料用注射膜塑機模制成彎曲模量的實驗條(符合ASTM D 790規格)并測定其彎曲強度和彎曲彈性率性能。實驗結果見表2。
實施例2取69重量份聚丙烯樹脂，20重量份用0.05％的硅烷處理過的其中單纖維直徑為9μm、長度為3毫米的玄武巖纖維，10重量份E型玻璃纖維以及0.3重量份作為潤滑劑的聚丙烯蠟、0.02重量份作為填充劑的硬脂酸鈣、0.03重量份作為穩定劑的氫氧化鈣、0.05重量份作為防老化劑的264(DTBP)和0.2重量份作為抗氧劑的叔丁基過氧乙烷、0.1重量份抗氧劑1010和0.3重量份抗氧劑DLTP，在混煉機中混合，并于250℃條件下用具有全程螺桿的螺桿擠出機造粒。從而得到聚丙烯樹脂組合物。將得到的粒料用注射膜塑機模制成彎曲模量的實驗條(符合ASTM D 790規格)并測定其彎曲強度和彎曲彈性率性能。實驗結果見表2。
比較實施例1取69重量份聚丙烯樹脂，30重量份E型玻璃纖維，以及0.3重量份作為潤滑劑的聚丙烯蠟、0.02重量份作為填充劑的硬脂酸鈣、0.03重量份作為穩定劑的氫氧化鈣、0.05重量份作為防老化劑的264(DTBP)和0.2重量份作為抗氧劑的叔丁基過氧乙烷、0.1重量份抗氧劑1010和0.3重量份抗氧劑DLTP，在混煉機中混合，并于250℃條件下用具有全程螺桿的螺桿擠出機造粒。從而得到聚丙烯樹脂組合物。將得到的粒料用注射膜塑機模制成彎曲模量的實驗條(符合ASTM D790規格)并測定其彎曲強度和彎曲彈性率性能。實驗結果見表2。
表2
如表2所示，聚丙烯樹脂組合物的彎曲強度隨著其中含有的玄武巖纖維的含量的下降而降低，而彎曲彈性率則隨著其中含有的玄武巖纖維的含量的下降而升高。當聚丙烯樹脂組合物用玄武巖纖維作為增強材料而不含有玻璃纖維時，聚丙烯樹脂的彎曲強度最大，而彎曲彈性率最低。反之，當聚丙烯樹脂組合物用玻璃纖維作為增強材料而不含有玄武巖纖維時，聚丙烯樹脂的彎曲強度最低，而彎曲彈性率最高。因此，該組合物能夠克服現有技術中使用玻璃纖維作為基本增強成分的聚丙烯樹脂存在的缺陷，適用于做各種工業用部件，如汽車部件和電器部件，尤其適于做空調機器的風扇等。
實施例3取69重量份聚丙烯樹脂，30重量份用0.05％的硅烷處理過的其中單纖維直徑為9μm、長度為3毫米的玄武巖纖維，以及0.3重量份作為潤滑劑的聚丙烯蠟、0.02重量份作為填充劑的硬脂酸鈣、0.03重量份作為穩定劑的氫氧化鈣、0.05重量份作為防老化劑的264(DTBP)和0.2重量份作為抗氧劑的叔丁基過氧乙烷、0.1重量份抗氧劑1010和0.3重量份抗氧劑DLTP，在混煉機中混合，并于250℃條件下用具有全程螺桿的螺桿擠出機造粒。從而得到聚丙烯樹脂組合物。將得到的粒料注塑成葉片扇，并將其組裝在空調器的風扇馬達上，構成空調器用的風扇。通過本發明的聚丙烯樹脂組合物制造的空調器的葉片扇具有高制振性、高強度及穩定的特性，適用于空調器的風扇。
雖然以上結合附圖
和實施例對本發明進行了具體說明，但是可以理解，上述說明不以任何形式限制本發明，本領域技術人員在不偏離本發明的實質精神和范圍的情況下可以根據需要對本發明進行變形和變化。這些變形和變化均落入本發明的范圍內。
權利要求
1.一種聚丙烯樹脂組合物，其特征在于所述聚丙烯樹脂組合物含有聚丙烯樹脂和玄武巖纖維，其中以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，所述聚丙烯樹脂組合物中含有的聚丙烯樹脂的量為50到95重量份，相應玄武巖纖維的量為50到5重量份。
2.根據權利要求1所述的聚丙烯樹脂組合物，其特征在于所述玄武巖纖維的長度為3到10mm，直徑為9到17μm。
3.根據權利要求1所述的聚丙烯樹脂組合物，其特征在于所述聚丙烯樹脂組合物還含有添加劑，所述添加劑選自填充劑、抗氧劑、防老化劑和穩定劑中的一種或更多種。
4.根據權利要求3所述的聚丙烯樹脂組合物，其特征在于所述聚丙烯樹脂組合物含有填充劑，以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，所述填充劑的量為0.005到0.05重量份。
5.根據權利要求4所述的聚丙烯樹脂組合物，其特征在于所述填充劑選自硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、碳酸鈣、硅灰石或者高嶺土。
6.根據權利要求3所述的聚丙烯樹脂組合物，其特征在于所述聚丙烯樹脂組合物含有穩定劑，以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，所述穩定劑的量為0.01到0.07重量份。
7.根據權利要求6所述的聚丙烯樹脂組合物，其特征在于所述穩定劑選自堿金屬氧化物、氫氧化物、堿式鹽和堿式配鹽。
8.一種如權利要求1到7任意一項所述的聚丙烯樹脂組合物的制備方法，其步驟包括(1)將聚丙烯樹脂和玄武巖纖維以及添加劑混合，其中以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，聚丙烯樹脂的量為50到95重量份，相應玄武巖纖維的量為50到5重量份；(2)將混合物在一定溫度下熔融攪拌；(3)擠出造粒。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述玄武巖纖維在混合之前用偶聯劑處理，所述偶聯劑的量為所述玄武巖纖維重量的0.05％。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于所述偶聯劑選自有機硅烷或者有機鈦化合物。
11.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述溫度為200到300℃。
12.一種風扇，其使用如權利要求1到7的任意一項所述的聚丙烯樹脂組合物為原料制成。
全文摘要
本發明提供了一種聚丙烯樹脂組合物，所述聚丙烯樹脂組合物含有聚丙烯樹脂和玄武巖纖維，其中以聚丙烯樹脂組合物的總量為100份計算，所述聚丙烯樹脂組合物中含有的聚丙烯樹脂的量為50到95重量份，相應玄武巖纖維的量為50到5重量份。并且所述玄武巖纖維的長度為3到10mm，直徑為9到17μm。本發明還提供聚丙烯樹脂組合物的制備方法和由其制備的風扇，通過本發明制備的聚丙烯樹脂組合物克服了現有技術的缺陷，并且具有較高的彈性模量以及更好的沖擊性能和化學穩定性，同時還具有極高的隔熱、隔音特性，適用于做各種工業用部件，尤其是空調機器的風扇等。
文檔編號F24F13/00GK101070409SQ200610080149
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月9日 優先權日2006年5月9日
發明者薛欣榮, 太田雅春 申請人:松下電器產業株式會社