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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310809801.1(22)申请日 2023.07.04(71)申请人 甘肃金川恒信高分子科技有限公司地址 737100 甘肃省金昌市金川区新华东路21号(72)发明人 刘洪滨赵晓燕姜生基刘进国张卫强王兴利卢加伟(74)专利代理机构 深圳市广诺专利代理事务所(普通合伙)44611专利代理师 胡俊琼(51)Int.Cl.C08L 27/06(2006.01)C08K 9/06(2006.01)C08K 9/04(2006.01)C08K 7/14(2006.01)C08K 3/26(2006。
2、.01)C08K 3/34(2006.01)(54)发明名称一种高强度PVC复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种高强度PVC复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料技术领域。该复合材料按照重量份计包括：PVC树脂100份、改性玻纤填料1218份、微粉填料57份、热稳定剂2.43.2份、增塑剂3.55份、润滑剂23份和抗氧剂0.40.6份；改性玻纤填料表层接枝有甲酯结构修饰，与PVC具有良好的相容性，有利于玻璃纤维均匀分散在PVC基体中形成弥散强化，同时，引入的氧、氮元素对钙锌基热稳定剂和微粉填料具有螯合作用，在改性玻纤填料与PVC之间形成软过渡层，并且形成有机无机咬合效应，充分发挥玻。
3、璃纤维的强化作用。权利要求书1页 说明书6页CN 116606513 A2023.08.18CN 116606513 A1.一种高强度PVC复合材料，其特征在于，按照重量份计包括：PVC树脂100份、改性玻纤填料1218份、微粉填料57份、热稳定剂2.43.2份、增塑剂3.55份、润滑剂23份和抗氧剂0.40.6份；所述改性玻纤填料由以下方法制备：步骤A1：将亚氨基二乙酸溶于去离子水，加入三乙胺混合，升温至4555，施加120180rpm机械搅拌，在2030min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，控制总加入反应时间为11.2h，得到改性液；步骤A2：将短切玻璃纤维浸入改性液，补加去离子水和冰醋酸，。
4、调节混合液的pH值为3.54.5，固液比质量比为1：57，施加240360rpm机械搅拌3040min，之后加入氨水调节至中性，静置12h，取底层沉淀用去离子水洗涤并于60烘制干燥1h，得到偶联纤维；步骤A3：将甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜混合，升温至4050并以80rpm搅拌活化1520min，再加入偶联纤维，继续升温至6065，施加120180rpm机械搅拌回流反应34h，反应结束过滤取沉淀洗涤干燥，得到改性玻纤填料。2.根据权利要求1所述的一种高强度PVC复合材料，其特征在于，亚氨基二乙酸、氯丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和去离子水的用量比为0.1mol：0.1mol：58mL：600mL。3.。
5、根据权利要求2所述的一种高强度PVC复合材料，其特征在于，短切玻璃纤维和改性液的用量比为100g：220280mL。4.根据权利要求3所述的一种高强度PVC复合材料，其特征在于，偶联纤维、甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜的用量比为100g：350400mL：1.41.8g：68mL。5.根据权利要求1所述的一种高强度PVC复合材料，其特征在于，PVC树脂为SG5型树脂。6.根据权利要求1所述的一种高强度PVC复合材料，其特征在于，热稳定剂为钙锌稳定剂。7.根据权利要求1所述的一种高强度PVC复合材料，其特征在于，润滑剂由硬脂酸钙和硬脂酸甘油酯混合而成。8.根据权利要求1所述的一种高强度PVC复合材料。
6、，其特征在于，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。9.根据权利要求1所述的一种高强度PVC复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤S1：将各原料按照重量份比例以800rpm混合5min，投加到挤出机中，控制挤出机的各区段的温度依次为：一区170、二区175、三区180、四区180、五区175，挤出得到熔融料；步骤S2：将熔融料挤出至模腔中，控制温度为1655，先以10MPa预压3min，再增压至20MPa模压5min，持压通水冷却，开模即得到高强度PVC复合材料。权利要求书1/1 页2CN 116606513 A2一种高强度PVC复合材料及其制备方法技术领域0001本发明属于高分子复合材料。
7、技术领域，具体地，涉及一种高强度PVC复合材料及其制备方法。背景技术0002聚氯乙烯(PVC)具有阻燃、绝缘、耐腐蚀和价格低廉等优良的综合性能，被广泛用于建筑塑料管材、门窗异型材、汽车和冰箱用型材及密封条等；其与其他工程塑料相比，PVC存在强度不高、脆性大问题，现有技术中采用各种方法进行改性，如采用韧性材料共混改性，主要包括ACR体系和EVA体系，可有效改善PVC的脆性问题，但是材料的强度和刚性会大大下降，无法满足在结构件中使用，也有采用无机填料改性，如碳酸钙、玻璃纤维等，这类改性材料强度、刚度有较高的提升，但是改性材料在PVC基体中分散性不佳，强化效果不均，另外，改性材料与PVC基体间紧紧依。
8、靠摩擦力结合，改性材料对PVC基体的力学性能提升有限；本申请旨在以玻璃纤维为改性基体，通过改性处理提高玻璃纤维与基体的相容性和结合强度。发明内容0003为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种高强度PVC复合材料及其制备方法。0004本发明的目的可以通过以下技术方案实现：0005一种高强度PVC复合材料，按照重量份计包括：PVC树脂100份、改性玻纤填料1218份、微粉填料57份、热稳定剂2.43.2份、增塑剂3.55份、润滑剂23份和抗氧剂0.40.6份。0006所述改性玻纤填料由以下方法制备：0007步骤A1：将亚氨基二乙酸溶于去离子水，加入三乙胺混合，升温至4555，施。
9、加120180rpm机械搅拌，缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，控制总加入反应时间为11.2h，得到改性液；0008进一步地，亚氨基二乙酸、氯丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和去离子水的用量比为0.1mol：0.1mol：58mL：600mL，亚氨基二乙酸和氯丙基三乙氧基硅烷取代反应，并以三乙胺为缚酸剂，抑制乙氧基硅烷结构水解，具体反应过程如下：00090010步骤A2：将短切玻璃纤维浸入改性液，补加去离子水和冰醋酸，调节混合液的pH值为3.54.5，固液比质量比为1：57，施加240360rpm机械搅拌3040min，之后加入氨水调节说明书1/6 页3CN 116606513 A3至中性，静置12h，取底。
10、层沉淀洗涤干燥，得到偶联纤维；0011进一步地，短切玻璃纤维和改性液的用量比为100g：220280mL，改性液中的乙氧基硅烷结构在有机酸的促进下充分水解，再与短切玻璃纤维表面的羟基缩合，对短切玻璃纤维进行偶联改性，具体反应过程如下：00120013步骤A3：将甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜混合，升温至4050搅拌活化1520min，再加入偶联纤维，继续升温至6065，施加120180rpm机械搅拌，回流反应34h，反应结束过滤取沉淀洗涤干燥，得到改性玻纤填料；0014进一步地，偶联纤维、甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜的用量比为100g：350400mL：1.41.8g：68mL，在对甲苯磺酸和氯化亚。
11、砜的催化下，甲醇和偶联纤维引入的羧基酯化反应，形成甲酯结构修饰，具体反应过程如下：00150016进一步地，PVC树脂选自SG5型树脂，由宁波东悦塑化有限公司提供。0017进一步地，微粉填料由重质碳酸钙、滑石粉和硅灰混合而成。0018进一步地，热稳定剂选自钙锌稳定剂，型号为CT05P，由上海昆瑞化工有限公司提供。0019进一步地，增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯，工业级试剂。0020进一步地，润滑剂由硬脂酸钙和硬脂酸甘油酯混合而成。0021进一步地，抗氧剂选自抗氧剂CA。0022一种高强度PVC复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：0023步骤S1：将各原料按照重量份比例混合，投加到挤出机中，控制挤。
12、出机的各区段的温度依次为：一区170、二区175、三区180、四区180、五区175，挤出得到熔融料；说明书2/6 页4CN 116606513 A40024步骤S2：将熔融料挤出至模腔中，控制温度为1655，先以10MPa预压3min，再增压至20MPa模压5min，持压通水冷却，开模即得到高强度PVC复合材料。0025本发明的有益效果：0026本发明在PVC基体中添加一种改性玻纤填料，以氯丙基三乙氧基硅烷和亚氨基二乙酸取代反应，制成含有支状羧基和乙氧基硅烷结构的化合物，再通过偶联反应接枝到短切玻璃纤维表面改性，再由甲醇与接枝的羟基酯化，形成端甲酯基修饰；与现有玻璃纤维改性PVC复合材料相比。
13、，甲酯结构与PVC具有良好的相容性，有利于玻璃纤维均匀分散在PVC基体中形成弥散强化；其次，改性玻纤填料表面的氧、氮元素对钙锌基热稳定剂具有螯合作用，在改性玻纤填料近层形成热稳定剂富集层，有效抑制改性玻纤填料近层的PVC树脂热老化，在改性玻纤填料与PVC之间形成软过渡层，充分发挥玻璃纤维的强化作用，此外，还能螯合微粉填料，形成有机无机咬合效应，相较于现有玻璃纤维改性PVC复合材料仅依靠摩擦力结合，结合强度更高，经测试，本发明制备的复合材料的拉伸强度为62.568.4MPa，缺口冲击强度为7.628.47KJ/m2，明显优于现有的玻璃纤维改性PVC复合材料。具体实施方式0027下面将结合本发明实。
14、施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。0028实施例10029本实施例制备一种高强度PVC复合材料，具体实施过程如下：00301)制备改性玻纤填料：0031步骤A1：取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌溶解，再加入三乙胺混合，升温至45，施加120rpm机械搅拌，在30min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，控制总加入反应时间为1.2h，反应中，亚氨基二乙酸、氯丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和去离子水的用量比为。
15、0.1mol：0.1mol：5mL：600mL，即制得改性液。0032步骤A2：取短切玻璃纤维，单丝直径约为10 m，纤维长度约为3mm，由安徽丹凤基团桐城玻璃纤维有限公司提供，将改性液和短切玻璃纤维按照220mL/100g混合，补加去离子水和冰醋酸，调节混合液的pH值为4.5，固液比质量比为1：5，施加240rpm机械搅拌40min，之后加入氨水调节至中性，静置12h，去除上清液，取底层沉淀用去离子水清洗，置于烘箱中在60下烘制1h，即制得偶联纤维。0033步骤A3：取甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜混合，升温至40，施加80rpm搅拌活化20min，再加入偶联纤维，继续升温至60，提升搅拌速率为。
16、120rpm，回流反应4h，反应中，偶联纤维、甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜的用量比为100g：350mL：1.4g：6mL，反应结束过滤取沉淀用去离子水洗涤干燥，得到改性玻纤填料。00342)制备高强度PVC复合材料：0035步骤S1：按照重量份计取如下原料：0036PVC树脂100份，SG5型树脂，由宁波东悦塑化有限公司提供；0037改性玻纤填料15份，本实施例制备；说明书3/6 页5CN 116606513 A50038微粉填料5份，由重质碳酸钙、滑石粉和硅灰按照重量比为1：0.2:0.1混合而成；0039热稳定剂3份，选自钙锌稳定剂，型号为CT05P，由上海昆瑞化工有限公司提供；0040增。
17、塑剂3.5份，选自邻苯二甲酸二辛酯，工业级试剂；0041润滑剂2.5份，由硬脂酸钙和硬脂酸甘油酯按照重量比为1：1混合而成；0042抗氧剂0.4份，选自抗氧剂CA；0043将以上各原料投加到混料机中，以800rpm高速混合5min，再转入螺杆挤出机中，控制挤出机的各区段的温度依次为：一区170、二区175、三区180、四区180、五区175，挤出得到熔融料；0044步骤S2：将熔融料挤出至模腔中，控制温度为1655，先以10MPa预压3min，再增压至20MPa模压5min，持压通水冷却，开模即得到高强度PVC复合材料。0045实施例20046本实施例制备一种高强度PVC复合材料，具体实施过程。
18、如下：00471)制备改性玻纤填料：0048步骤A1：取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌溶解，再加入三乙胺混合，升温至55，施加180rpm机械搅拌，在20min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，控制总加入反应时间为1h，反应中，亚氨基二乙酸、氯丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和去离子水的用量比为0.1mol：0.1mol：8mL：600mL，即制得改性液。0049步骤A2：取短切玻璃纤维，将改性液和短切玻璃纤维按照280mL/100g混合，补加去离子水和冰醋酸，调节混合液的pH值为3.5，固液比质量比为1：7，施加360rpm机械搅拌30min，之后加入氨水调节至中性，静置12h，去除上清液，取底层沉。
19、淀用去离子水清洗，置于烘箱中在60下烘制1h，即制得偶联纤维。0050步骤A3：取甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜混合，升温至50，施加80rpm搅拌活化15min，再加入偶联纤维，继续升温至65，提升搅拌速率为180rpm，回流反应3h，反应中，偶联纤维、甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜的用量比为100g：400mL：1.8g：8mL，反应结束过滤取沉淀用去离子水洗涤干燥，得到改性玻纤填料。00512)制备高强度PVC复合材料：0052步骤S1：按照重量份计取如下原料：0053PVC树脂100份、改性玻纤填料12份(本实施例制备)、微粉填料7份、热稳定剂3.2份、增塑剂5份、润滑剂3份和抗氧剂0.6份，。
20、本实施例所使用的原料与实施例1的原料来源相同；0054将以上各原料投加到混料机中，以800rpm高速混合5min，再转入螺杆挤出机中，控制挤出机的各区段的温度依次为：一区170、二区175、三区180、四区180、五区175，挤出得到熔融料；0055步骤S2：将熔融料挤出至模腔中，控制温度为1655，先以10MPa预压3min，再增压至20MPa模压5min，持压通水冷却，开模即得到高强度PVC复合材料。0056实施例30057本实施例制备一种高强度PVC复合材料，具体实施过程如下：00581)制备改性玻纤填料：0059步骤A1：取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌溶解，再加入三乙胺混合，升温。
21、说明书4/6 页6CN 116606513 A6至50，施加180rpm机械搅拌，在25min内缓慢加入氯丙基三乙氧基硅烷，控制总加入反应时间为1h，反应中，亚氨基二乙酸、氯丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和去离子水的用量比为0.1mol：0.1mol：7mL：600mL，即制得改性液。0060步骤A2：取短切玻璃纤维，将改性液和短切玻璃纤维按照260mL/100g混合，补加去离子水和冰醋酸，调节混合液的pH值为3.5，固液比质量比为1：5，施加360rpm机械搅拌30min，之后加入氨水调节至中性，静置12h，去除上清液，取底层沉淀用去离子水清洗，置于烘箱中在60下烘制1h，即制得偶联纤维。0061。
22、步骤A3：取甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜混合，升温至48，施加80rpm搅拌活化20min，再加入偶联纤维，继续升温至65，提升搅拌速率为180rpm，回流反应3.5h，反应中，偶联纤维、甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜的用量比为100g：350mL：1.5g：7mL，反应结束过滤取沉淀用去离子水洗涤干燥，得到改性玻纤填料。00622)制备高强度PVC复合材料：0063步骤S1：按照重量份计取如下原料：0064PVC树脂100份、改性玻纤填料16份(本实施例制备)、微粉填料6份、热稳定剂2.8份、增塑剂4.5份、润滑剂2份和抗氧剂0.5份，本实施例所使用的原料与实施例1的原料来源相同；0065将以上各。
23、原料投加到混料机中，以800rpm高速混合5min，再转入螺杆挤出机中，控制挤出机的各区段的温度依次为：一区170、二区175、三区180、四区180、五区175，挤出得到熔融料；0066步骤S2：将熔融料挤出至模腔中，控制温度为1655，先以10MPa预压3min，再增压至20MPa模压5min，持压通水冷却，开模即得到高强度PVC复合材料。0067实施例40068本实施例制备一种高强度PVC复合材料，具体实施过程如下：00691)制备改性玻纤填料：0070步骤A1：取亚氨基二乙酸投料，加入去离子水搅拌溶解，再加入三乙胺混合，升温至52，施加180rpm机械搅拌，在30min内缓慢加入氯丙基。
24、三乙氧基硅烷，控制总加入反应时间为1h，反应中，亚氨基二乙酸、氯丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和去离子水的用量比为0.1mol：0.1mol：7mL：600mL，即制得改性液。0071步骤A2：取短切玻璃纤维，将改性液和短切玻璃纤维按照240mL/100g混合，补加去离子水和冰醋酸，调节混合液的pH值为4.0，固液比质量比为1：5，施加360rpm机械搅拌30min，之后加入氨水调节至中性，静置12h，去除上清液，取底层沉淀用去离子水清洗，置于烘箱中在60下烘制1h，即制得偶联纤维。0072步骤A3：取甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜混合，升温至42，施加80rpm搅拌活化18min，再加入偶联纤维，继续。
25、升温至65，提升搅拌速率为120rpm，回流反应4h，反应中，偶联纤维、甲醇、对甲苯磺酸和氯化亚砜的用量比为100g：380mL：1.7g：7mL，反应结束过滤取沉淀用去离子水洗涤干燥，得到改性玻纤填料。00732)制备高强度PVC复合材料：0074步骤S1：按照重量份计取如下原料：0075PVC树脂100份、改性玻纤填料18份(本实施例制备)、微粉填料5份、热稳定剂2.4说明书5/6 页7CN 116606513 A7份、增塑剂4份、润滑剂2份和抗氧剂0.5份，本实施例所使用的原料与实施例1的原料来源相同；0076将以上各原料投加到混料机中，以800rpm高速混合5min，再转入螺杆挤出机中。
26、，控制挤出机的各区段的温度依次为：一区170、二区175、三区180、四区180、五区175，挤出得到熔融料；0077步骤S2：将熔融料挤出至模腔中，控制温度为1655，先以10MPa预压3min，再增压至20MPa模压5min，持压通水冷却，开模即得到高强度PVC复合材料。0078对比例0079本对比例与实施例3的实施过程相同，将改性玻纤填料替换为相同重量的短切玻璃纤维，其与操作完全相同。0080从实施例1实施例4以及对比例制备的复合材料中取样，按照如下方法进行性能测试：0081拉伸强度测试：参照GB/T 1040.12018 塑料拉伸性能试验方法，制成厚度为2mm，宽度为4mm，哑铃状试样。
27、，测试温度为25，拉伸速率为20mm/min，对试样进行拉伸试验；0082弯曲强度测试：参照GB 10421979 塑料弯曲试验方法，制成规格为80104mm的片状试样，测试温度为25，下压速率为2mm/min，对试样进行弯曲试验；0083冲击强度测试：参照GB/T 1043.12008 塑料简支梁冲击性能的测试，制成规格为80104mm的片状试样，制成深度为2mm的V型缺口，对试样进行缺口冲击强度测试；0084具体测试数据如表1所示：0085表10086拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa冲击强度/KJm2实施例162.549.58.47实施例268.454.67.62实施例367.252.78。
28、.16实施例465.951.27.94对比例46.747.33.810087由表1数据可知，本发明制备的PVC复合材料，其拉伸强度为62.568.4MPa，弯曲强度为49.554.6MPa，缺口冲击强度为7.628.47KJ/m2，相较于现有玻纤复合PVC材料，表现出高强度特性。0088在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。0089以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。说明书6/6 页8CN 116606513 A8。