CN101020772A - 聚丙烯复合组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯复合组合物。该聚丙烯复合组合物包括50－80％重量的聚丙烯，6－30％重量的滑石，10－30％重量的橡胶，3－15％重量的玻璃泡沫和0.5－7％重量的顺丁烯二酸酐聚丙烯(MAH－PP)。根据本组合物，玻璃泡沫和聚丙烯之间的相容性可以提高，这样能够有效的使用玻璃泡沫。因此，当使该组合物用于汽车部件，例如汽车内部部件时，由于聚丙烯复合材料重量减少的结果可以使车辆的燃料效率提高。另外，由于本发明组合物使用无色无味的玻璃泡沫，它可以除去传统的使用滑石的内部部件产生的令人不愉快的气味，这样对环境有利。此外，由于本发明组合物中使用的玻璃泡沫提供了表面压纹的效果，聚氨酯泡沫体的粘着力提高了，这样可以简化汽车部件的生产。

Description

聚丙烯复合组合物
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合组合物，更具体地说涉及一种为了减轻重量使用玻璃泡沫作为填料的聚丙烯复合组合物。
背景技术
近年来，通过广泛和深入的研究和开发，汽车工业已经在实现便利和环境保护方面获得成功。在这方面，汽车构件产业中建立的主要结果集中于减轻重量、调制和电子化。已经长期被认为是简单的运输工具的汽车正变为为顾客提供各种功能的生活必需品，例如安全、便利、无噪声和灵敏性。因为燃料效率、空气污染问题和油价促使生产和销售混合式汽车(hybrid automobiles)，所以对轻质和高性能汽车的需求有快速的增长。特别是使用玻璃纤维和碳纤维的高性能塑料的发展已经引起了车身部件，例如行李仓和发动机罩重量的减少。另一方面，在许多国家，特别是欧洲国家中政府的规章已经限定了汽车排放的对环境有害物质的含量，特别是重金属，包括镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)和六价铬(Cr6+)的含量，而且已经强制回收这些物质。因此，每辆汽车中使用的塑料的重量已经稳定地增加了。
在这种情况下，汽车制造者，主要是Toyota和Nissan Motors已经对于通过材料集成化和统一化，以及用低比重的烯烃塑料进行材料替换来减轻重量进行了连续的研究。
另一方面，汽车内部代表性的部件仪表板分为两种类型，即，泡沫体型和整体坚硬型。坚硬型仪表板是通过PPF材料注塑成型、随后涂漆生产的，PPF材料是通过PP、橡胶和滑石复合制备的。而生产泡沫体型仪表板是通过注塑成型芯部作为结构材料，用PC和ABS的混合物作为工程塑料。近年来，使用应用PPF材料的可发泡芯部产品增加了材料集成化和成本和重量降低的前景。然而，由于在发泡过程中树脂流动性低和尺寸稳定性差，这种可发泡的芯部产品的问题是减轻重量的效果很小，并且增加了缺陷数。因此，对于能够代替滑石的填料的注意正在增加。3M生产的玻璃泡沫作为填料用于减轻重量已经引起了相当大的关注。
玻璃泡沫是三维的空心微球体，基本上由硼硅酸碱石灰组成。玻璃泡沫的粒度是14-135μm，比重是0.125-0.6。为了与玻璃泡沫比较，用于塑料的几个填料的种类和比重列于下表1中。
表1
  填料     比重   填料     比重
  CaCO3     2.70   玻璃纤维     2.50
  滑石     2.90   TiO2     4.10
  高岭土     2.60   Al2O3     2.50
  BaSO4     4.60   玻璃珠     2.50
  云母     2.75   玻璃泡沫     0.125-0.60
由表1中显示的数据可以看出，玻璃泡沫的比重比其它用于塑料填料的比重低。基于这个优势，通过部分代替高重量的填料，例如滑石和玻璃纤维，用于PVC涂层、环氧结构泡沫塑料、片状成型料(SMCs)、整体模塑料(BMCs)和反应注塑(RIMs)的增塑剂，玻璃泡沫部分地用于部件重量的减轻。除了由于比重低有减轻重量的效果，可以预料使用玻璃泡沫有助于降低树脂的使用量，有助于良好的尺寸稳定性，成型之后变形较少和提高加工性能、成型性、隔热性能和防水性。使用玻璃泡沫受益的汽车部件包括车身侧面模制品(TPU)、前灯外壳(PC)、汽油箱浮子(尼龙)、风扇罩(尼龙)、FEM载体(尼龙)等等。
然而，因为聚丙烯与玻璃泡沫不相容，使用聚丙烯和玻璃泡沫的组合作为填料造成聚丙烯复合材料的机械性能退化，例如伊佐德冲击强度、挠曲模量和抗挠强度、拉伸强度、伸长率和热变形温度。因为这些问题，使用玻璃泡沫作为填料的复合材料还没有进入实际应用。
因此，强烈需要开发一种用于减轻汽车部件的重量的复合组合物，特别是能够提高聚丙烯和玻璃泡沫之间的相容性的复合组合物。
发明内容
完成本发明已经考虑到上述问题，本发明的目的是通过提高聚丙烯和玻璃泡沫之间的相容性提供一种具有提高的机械性能的聚丙烯复合组合物，所述机械性能例如拉伸强度和挠曲模量。
为了实现上述目的，本发明的一个方面是提供一种聚丙烯复合组合物，包括50-80％重量的聚丙烯，6-30％重量的滑石，10-30％重量的橡胶，3-15％重量的玻璃泡沫和0.5-7％重量的顺丁烯二酸酐聚丙烯(MAH-PP)。
本发明的另一个方面是提供通过上述组合物成型生产的汽车部件。
附图说明
由下面结合附图的详细说明可以更清楚地了解本发明的上述及其他目的、特征和其它的优势，其中：
图1是表明在玻璃泡沫含量不同的条件下和添加或不添加顺丁烯二酸酐聚丙烯的条件下，聚丙烯复合材料比重变化的曲线图；
图2是表明在玻璃泡沫含量不同的条件下和添加或不添加顺丁烯二酸酐聚丙烯的条件下，聚丙烯复合材料伊佐德冲击强度和挠曲模量变化的曲线图；
图3是表明使用平均粒度18μm的玻璃泡沫的聚丙烯复合材料的形态的扫描电子显微镜(SEM)显微照片；
图4是表明使用平均粒度30μm的玻璃泡沫的聚丙烯复合材料的形态的扫描电子显微镜(SEM)显微照片；
图5是表明没有使用顺丁烯二酸酐聚丙烯的聚丙烯复合材料的形态的扫描电子显微镜(SEM)显微照片；
图6是表明使用顺丁烯二酸酐聚丙烯(MAH-PP)的聚丙烯复合材料的形态的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
具体实施方式
现在对本发明进行更详细的描述。
本发明提供一种聚丙烯复合组合物，包括50-80％重量的聚丙烯，6-30％重量的滑石，10-30％重量的橡胶，3-15％重量的玻璃泡沫和0.5-7％重量的顺丁烯二酸酐聚丙烯(在下文简称为“MAH-PP”)。
本发明的组合物含有玻璃泡沫作为填料。由于玻璃泡沫比重低(0.125-0.60)，它们特别适合用作减轻材料重量的填料。
如果在这里使用的玻璃泡沫比滑石具有大的粒度，那么聚丙烯复合材料的物理性能，例如伊佐德冲击强度和挠曲模量就会退化。因此，优选玻璃泡沫的平均粒度限于14-18μm的范围内。
在使用聚丙烯作为基质的组合物中利用玻璃泡沫作为区域结构的情况下，优选使用添加剂以提高玻璃泡沫和聚丙烯之间的相容性。作为添加剂，可以使用MAH-PP。MAH-PP没有特别的限制，优选具有平均分子量100-5,000。
当MAH-PP用作添加剂时，MAH-PP的烃部分与聚丙烯反应，MAH-PP的另一部分与玻璃泡沫反应，这样使MAH-PP交联聚丙烯和玻璃泡沫。这种交联提高聚丙烯和玻璃泡沫之间的相容性和粘着力，使聚丙烯复合材料的机械性能提高。如图6所示，添加MAH-PP引起较大量的聚丙烯粘附到玻璃泡沫的表面，产生优选的形态。
任意的滑石可以用于本发明的组合物而没有任何特别的限制。特别地，优选使用平均粒度为1μm或更小的细粉末滑石或平均粒度1-1.5μm的增强刚性的滑石。细粉末滑石均匀分布在聚丙烯树脂中，使聚丙烯和玻璃泡沫之间的接触面积达到最大，这样就相当大地提高了伊佐德冲击强度。而使用增强刚性的滑石对于提高聚丙烯复合材料的刚性是有效的，同时保持了它们的伊佐德冲击强度。
本发明还提供通过上述组合物成型生产的汽车部件。
汽车部件的种类没有特别限制，优选的汽车部件的例子包括汽车内部部件，特别是仪表板。在这种情况下，由于玻璃泡沫作为填料分散在聚丙烯树脂的表面上，表面是有凹痕的(压纹效果)，因此解决了涂料粘附差的问题，这是聚丙烯材料的一个缺陷。因此，本发明的组合物除去了提高涂料粘附力的附加过程的必要性，例如涂底漆和火焰处理，这样使汽车部件的生产简单化。
在下文中，将参考下列优选实施例对本发明进行更详细地的描述。然而，举出这些实施例是为了说明的目的，并不是为了限制本发明。
实施例1：制备聚丙烯复合组合物
使用58％重量的聚丙烯，20％重量的橡胶，15％重量的滑石，5％重量的玻璃泡沫和2％重量的MAH-PP制备聚丙烯复合组合物。
具体地说，首先将聚丙烯、滑石、橡胶和MAH-PP加入到双螺杆挤压机的主要进料斗中。其后，将玻璃泡沫通过侧部加料的进料斗加入到混合物中制备需要的聚丙烯复合组合物。
试验性的实施例1：评价在玻璃泡沫含量不同的条件下和添加或不添加MAH-PP条件下的物理性能
为了证实添加或不添加MAH-PP对聚丙烯复合材料(在下文中称为“PPF材料”)的物理性能的改变，评估了含有不同量的滑石和玻璃泡沫的复合材料的基本物理性能。结果显示在表2和图1和2中。
此时，通过将PPF中橡胶含量固定在15wt％来比较物理性能的变化。
表2
    组分   单位  对照     A-1  A-2     A-3     A-4  A-5
    聚丙烯   wt％  60     67.9  71.8     75.7     78.3  76.3
    滑石   wt％  25     15  10     5     -  -
    玻璃泡沫   wt％  -     2.1  3.2     4.3     6.7  6.7
    橡胶   wt％  15     15  15     15     15  15
    MAH-PP   Wt％  -     -  -     -     -  2
    熔化指数(MI)   g/10min.  25.1     27.3  28.7     29.8     30.3  29.6
    比重   -  1.08     0.97  0.92     0.88     0.84  0.84
    拉伸强度   kgf/cm2  136     147  143     137     124  153
    挠曲强度   Kgf/cm2  244     243  230     209     188  232
    挠曲模量   kgf/cm2  13,500     11,500  10,600     8,500     7,600  8,400
    伊佐德冲击强度   kgf.cm/cm  12.3     6.4  6.8     7.2     6.1  7.0
表2和图1和2表明从A-1到A-4，随着玻璃泡沫含量的增加(随着滑石含量的降低)，PPF材料的比重直线下降而PPF材料的伊佐德冲击强度和挠曲模量降低。特别是随着玻璃泡沫含量的增加，PPF材料显示出伊佐德冲击强度少量的减少但是显示出挠曲模量直线下降。含有2％MAH-PP(改性PP)作为添加剂的A-5，当与含有6.7％玻璃泡沫的A-4比较时显示出冲击强度、挠曲模量和拉伸强度的提高。因此，据估计MAH-PP在提高聚丙烯(PP)和玻璃泡沫之间的粘附力方面起到了正面作用，使物理性能提高。
试验性的实施例2：比较玻璃泡沫粒度不同的条件下的物理性能
为了通过玻璃泡沫提高PPF材料退化的物理性能，使用一种新型玻璃泡沫(平均粒度：18μm)，其比上面使用的玻璃泡沫S60HS(平均粒度：30μm，3M)具有更小的平均粒度。结果显示在表3中。
表3
    组分   单位     B-1     B-2
    聚丙烯   wt％     60     60
    橡胶   wt％     20     20
    滑石   Wt％     15     15
    GB   Wt％     -     5
    S-GB   Wt％     5     -
    MI   g/10min.     12.5     12.1
    比重   -     0.98     0.98
    T/S   kg/mm2     190     194
    伸长率   ％     437     425
    F/S   kg/cm2     308     300
    F/M   kg/cm2     18800     18900
    Izod   kg.cm/cm     22.2     15.8
    HDT   15.8℃     129     129
*注意
GB：具有较大粒度的玻璃泡沫，
S-GB：具有较小粒度的玻璃泡沫。
表3显示了玻璃泡沫粒度不同的条件下B-1和B-2物理性能的变化。具体地说，使用S-GB(平均粒度：18μm)的B-1显示出的挠曲模量(F/M)和拉伸强度(T/S)值与使用S60HS(平均粒度：30μm，3M)的B-2类似。B-1与B-2相比伊佐德冲击强度增加40％。由这些结果估计具有较小粒度的玻璃泡沫更均匀地分散在聚丙烯基质中，使冲击特性提高。
由图3和4的显微照片可以证实使用粒度较小的玻璃泡沫的PPF材料(图3)具有更好的形态。
试验性的实施例3：比较在添加或不添加MAH-PP条件下的形态
为了证实添加或不添加MAH-PP条件下PPF材料的形态，在扫描电子显微镜(SEM)下观察PPF材料表面特征的变化。结果显示在图5和6中。
图5是显示未使用MAH-PP的聚丙烯复合材料形态的显微照片，图6是显示使用MAH-PP的聚丙烯复合材料形态的显微照片。
图5和6的显微照片显示添加MAH-PP引起较大量的聚丙烯粘附到玻璃泡沫的表面，表明玻璃泡沫和聚丙烯之间的相容性提高了。
试验性的实施例4：比较滑石粒度不同的条件下物理性能的变化
当玻璃泡沫和聚丙烯复合时，评价滑石粒度不同的条件下机械性能的变化。此时，聚丙烯、橡胶和玻璃泡沫的使用量相同。使用一般的滑石(平均粒度：4-5μm)、细粉末的滑石(平均粒度：1μm或更小)和增强刚性的滑石(平均粒度：1-1.5μm)。结果显示在表4中。
表4
    组分   单位     C-1     C-2     C-3
    聚丙烯   wt％     58     58     58
    橡胶   wt％     20     20     20
    一般的滑石   wt％     15     -     -
    细粉末滑石   wt％     -     15     -
    增强刚性的滑石   wt％     -     -     15
    S-GB   wt％     5     5     5
    MAH-PP   Wt％     2     2     2
    MI   g/10min.     17.3     17.0     10.1
    密度   g/cc     0.98     0.98     0.98
    拉伸强度(Y)   kg/cm2     184     185     204
伸长率 ％ 202 300 483
    Izod 23℃   kg.cm/cm     28.7     30.5     28.1
    Izod-10℃   kg.cm/cm   5.9     5.9     5.6
    F/M   kg/cm2   18200     18160     19100
    F/S   kg/cm2   285     285     316
    R.H   R刻度   58     55     60
    HDT   ℃   124     122     132
从表4的结果可以看出，使用增强刚性的滑石的PPF材料显示物理性能，例如挠曲强度、挠曲模量和热变形温度提高，同时保持了伊佐德冲击强度。更进一步，当与一般的滑石和增强刚性的滑石比较时，细粉末的滑石在聚丙烯树脂中均匀分布，使聚丙烯和玻璃泡沫之间的接触面积最大化，这样使伊佐德冲击强度得到相当大的提高。
由上面的描述可以清楚的看出当MAH-PP在本发明的聚丙烯复合组合物中用作添加剂时，MAH-PP的烃部分键连聚丙烯而且MAH-PP的另一部分与玻璃泡沫发生化学反应，这样使聚丙烯复合材料的机械性能得到了提高。
另外，对于本发明的聚丙烯复合组合物，以分散体状态的玻璃泡沫与作为基质的聚丙烯的粘附力提高了，这样使组合物的机械性能得到了提高。因此，高比重填料的滑石的使用量可以降低，这样聚丙烯复合材料的重量减小了。
此外，当使用玻璃泡沫的轻型复合材料用于汽车内部部件时，由于复合材料重量减少的结果可以使车辆的燃料效率提高。由于本发明组合物使用无色无味的玻璃泡沫，它可以除去传统的使用滑石的内部部件产生的令人不愉快的气味，这样对环境有利。
此外，由于本发明组合物中使用的玻璃泡沫提供了表面压纹的效果，聚氨酯泡沫体的粘着力提高了，这样可以使汽车部件的生产简单化。
虽然为了说明的目的，本发明的优选实施方案已经公开，但是本领域技术人员应该理解各种不脱离附随的权利要求中公开的本发明的范围和精神的改进、增加和替换是可能的。

Claims (5)

1.一种聚丙烯复合组合物，其特征在于，该组合物包括50-80％重量的聚丙烯，6-30％重量的滑石，10-30％重量的橡胶，3-15％重量的玻璃泡沫和0.5-7％重量的顺丁烯二酸酐聚丙烯(MAH-PP)。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合组合物，其特征在于，所述顺丁烯二酸酐聚丙烯具有平均分子量100-5,000。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合组合物，其特征在于，所述玻璃泡沫具有平均粒度14-18μm。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合组合物，其特征在于，所述滑石是平均粒度为1μm或更小的细粉末滑石或平均粒度1-1.5μm的增强刚性的滑石。
5.一种通过权利要求1的组合物成型生产的汽车部件。
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