CN101550252A - 一种聚丙烯树脂共混物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯树脂共混物，它是由聚丙烯、聚乙烯、乙烯基共聚物橡胶、滑石粉、聚丙烯成核剂和抗氧剂制备而成。与现有技术相比，本发明的聚丙烯树脂共混物具有优异的刚韧平衡性、低温缺口冲击强度远远高于一般聚丙烯复合材料；结晶速度快且晶型可控，注塑成型周期短，注塑成型的制件表面无虎皮纹等外观缺陷，外观优良，耐热氧化性能优异，可采用较高的成型温度(大于240℃)加工，因此工艺调整范围较大，并可多次回收使用。该共混物特别适用于汽车内、外装饰的注塑制品，尤其适合于制作隐藏安全气囊式仪表板。共混物的拉伸强度大于20MPa，弯曲强度大于30MPa，－30℃时的IZOD缺口冲击强度大于15kJ/m2。

Description

一种聚丙烯树脂共混物及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯树脂技术领域，特别涉及一种聚丙烯树脂共混物及其制备方法。
背景技术
在汽车仪表板的乘员侧通常都配置有安全气囊，为不影响仪表板外观的完整性，越来越多的车型配置隐藏式安全气囊，一般将气囊盖板与仪表板进行一体化设置，在仪表板表皮的特定区域进行预先弱化以形成易撕裂的刻痕，当气囊爆破时，气囊展开的压力使仪表板上预先弱化的刻痕撕裂，气囊弹出、展开起到保护乘客的作用。当气囊爆破时，如果材料韧性不足，弱化区域常产生锐利的断口甚至碎屑或破碎颗粒物的飞射，这可能导致安全气囊被划破，也会对乘员造成伤害。
中国专利CN 101367370A公开了一种用于提高汽车仪表板无缝式乘员侧气囊展开的安全性的汽车内饰件，但其具有多层结构，包括带有气囊展开口的仪表板骨架以及用于覆盖气囊展开口的气囊盖板，发泡中间层和表皮层，其特征在于该内饰件还具有经发泡材料渗透后并与发泡中间层结为一体的网状附加层。由于具有多层结构，这种内饰件不仅制备工艺复杂而且不利于回收。
由于聚丙烯树脂具有优异的物理性能、耐化学品与可加工性能，在汽车零部件等领域得到了广泛的应用。但是，由于聚丙烯缺口冲击强度较低，聚丙烯的玻璃化转变温度约为-10℃，因此其低温冲击韧性更差，现有的技术一般是通过添加弹性体来增加聚丙烯的韧性。但添加较多的弹性体通常伴随着刚性及热变形温度的降低，并导致成本较高及加工困难。
中国专利申请CN 1479765A公开了一种具有优异耐热性与刚性和低翘曲性能的聚丙烯树脂共混物，包含20-60wt％的聚丙烯，1-30wt％接枝不饱和酸的改性聚丙烯，30-50wt％的作为无机填料的玻璃纤维和云母，和0.01-2.0wt％的有机硅烷化合物。虽然该共混物具有改善的刚性、耐热性能和低翘曲性，但是其缺口冲击强度与断裂伸长率都较低。
中国专利申请CN 1886454A公开了一种用于无缝气囊盖的树脂混合物和使用该混合物的无缝气囊盖或有气囊盖的无缝仪表板，囊盖的无缝仪表板的一种树脂混合物，它包括(A)50～90wt％的聚丙烯，(B)0～20wt％的热塑弹性体和(C)10～30wt％的滑石粉，滑石粉有平均颗粒直径为15～25μm。但由于该混合物使用的滑石粉粒径较大，导致混合物的冲击强度较低，不能通过隐藏安全气囊式仪表板的低温爆破试验。
中国专利申请CN 1282755A公开了一种超高韧性高强度聚丙烯共混物及其制备工艺，它包括聚丙烯40～70wt％，三元乙丙胶1～15wt％，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体5～25wt％，无机填充物20～40wt％，所述的无机填充物为超细活性碳酸钙。但耐热性及刚性都较低。
由上述分析可见，常规的改性聚丙烯材料存在着低温韧性不足的缺陷，而为达到一定的低温韧性，可以加入大量的橡胶，但这会导致材料的热变形温度、刚性的降低，注塑成型时表面会产生条纹线(虎皮纹)的外观缺陷，达不到外观要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯树脂共混物及其制备方法，该聚丙烯树脂共混物的低温韧性良好，注塑成型制件表面质量优良，具有断裂伸长率高、低温冲击强度高、结晶速度快、耐热氧化性能优异等特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
按照重量份计算，本发明聚丙烯树脂共混物是由聚丙烯50～80份、聚乙烯1～20份、乙烯基共聚物橡胶1～25份、滑石粉1～30份、聚丙烯成核剂0.01～1份和抗氧剂0.1～1份制备而成。
上述聚丙烯树脂共混物是由聚丙烯60～70份、聚乙烯5～15份、乙烯基共聚物橡胶5～20份、滑石粉5～25份、聚丙烯成核剂0.2～0.8份和抗氧剂0.2～0.8份制备而成。
进一步的，前述聚丙烯树脂共混物是由聚丙烯65份、聚乙烯10份、乙烯基共聚物橡胶10份、滑石粉15份、聚丙烯成核剂0.5份和抗氧剂0.5份制备而成。
前述聚丙烯是均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯中的一种或二者的共混物，均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯熔融指数为1～100g/10min(ASTM D1238，230℃)，拉伸强度大于18MPa。从易于加工及刚韧平衡的角度考虑优选熔融指数为20～100g/10min(ASTM D1238，230℃)的嵌段共聚聚丙烯。
前述聚乙烯为高密度聚乙烯，其熔融指数为0.1～30g/min(ASTM D1238，230℃)，可显著提高共混物的低温韧性。也可使用拉伸强度大于20MPa的聚乙烯。
在本发明的聚丙烯树脂共混物中，所述的滑石粉粒径范围为0.05μm-5μm，优选粒径为不大于3μm，当粒径超过5μm时，大大降低了材料的刚性及韧性，并且制件外表面光泽变差。滑石粉可以在不进行处理下使用，也可使用通常偶联剂进行表面处理以增加与聚丙烯的界面粘接和增强分散。当滑石粉含量为15～25wt％时，材料的抗冲击性和刚性之间的平衡较优。当滑石粉含量超过上述范围时，注塑成型时表面易产生熔接痕、虎皮纹等缺陷。
前述聚丙烯树脂共混物的制备方法：按比例将原料混合均匀，在长径比大于42、机头压力大于3MPa、捏合螺纹元件与圆盘元件的双螺杆挤出机中挤出，冷却造粒，即得。
本发明中所用的乙烯基共聚物橡胶是乙烯-丁烯共聚物橡胶、乙烯-辛烯共聚物橡胶、乙烯-丙烯共聚物橡胶、含乙烯基芳香族化合物的橡胶中的一种或几种的共混物。聚丙烯成核剂为α晶成核剂及β晶成核剂中的一种，其中α晶成核剂为磷酸金属盐、羧酸金属盐和山梨醇衍生物中的一种或几种。抗氧剂可以选择受阻酚类抗氧剂。
聚丙烯树脂共混物中含有聚乙烯，聚乙烯与聚烯烃弹性体具有显著的协同增韧效应，在共混物中，聚烯烃弹性体(乙烯基共聚物橡胶)能与聚乙烯形成特殊的网状结构(如图1所示)，因此本发明的聚丙烯树脂共混物具有优异的低温韧性，同时由于本发明的聚丙烯树脂共混物具有高流动性且结晶速率快，因此，使用本发明的聚丙烯树脂共混物成型的制件外观优良。
与现有技术相比，本发明的聚丙烯树脂共混物具有优异的刚韧平衡性、低温缺口冲击强度远远高于一般聚丙烯复合材料；结晶速度快且晶型可控，注塑成型周期短，大大提高了生产效率；注塑成型的制件表面无虎皮纹等外观缺陷，外观优良，耐热氧化性能优异，可采用较高的成型温度(大于240℃)加工，因此工艺调整范围较大，并可多次回收使用。该共混物特别适用于汽车内、外装饰的注塑制品，尤其适合于制作隐藏安全气囊式仪表板。共混物的拉伸强度大于20MPa，弯曲强度大于30MPa，-30℃时的Izod缺口冲击强度大于15kJ/m2。
附图说明
图1是本发明共混物的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
以下是按照本发明技术方案所做的实施例，用以详细介绍本发明。但本发明并不局限于这些例子。实施例1-10采用的物料见表1。
表1：物料明细表
  序号   名称   牌号   生产厂家
  1   聚丙烯(共聚)   M1600   LG化学
  2   聚乙烯   5000S   燕山石化
  3   乙烯基共聚物橡胶   8200   Dupont-Dow
  4   乙烯基共聚物橡胶   CA7320A   Basell
  5   滑石粉   SP9900   精华矿产
  6   抗氧剂   B225   Ciba
  7   a成核剂   NA-9930T   上海晟霖新材料科技
表2：实施例1-5配比(重量份)
  名称  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5
  共聚聚丙烯   60   50   50   35   35
  聚乙烯   0   10   10   10   10
  乙烯基共聚物橡胶(8200) 10 10 20 10 10
  乙烯基共聚物橡胶(CA7320A) 10 10 0 10 10
  滑石粉(SP9900)   20   20   20   10   30
  抗氧剂   0.5   0.5   0.5   0.5   0.5
  成核剂   0.1   0.1   0   0   0
制备方法：将滑石粉粉碎至1μm，与其它原料按比例在高速混合机混合均匀，在长径比为44、具有捏合螺纹元件与圆盘元件(剪切力较强)的双螺杆挤出机中挤出，冷却造粒，即得。其中，机头压力3.5Mpa、螺杆转速180r/min、挤出机的六段料筒温度分别为180℃、190℃、195℃、200℃、210℃、205℃。
按照下述方法评估表2配方制备的材料性能，结果列于表3。
测试方法和条件：
(1)气囊爆破试验
隐藏安全气囊式仪表板注塑成型后在其背面形成预先设计的弱化区，并将气囊模块与仪表板焊接在一起。使用该隐藏安全气囊式仪表板分别在-35℃、90℃条件下进行气囊爆破试验。通过目测进行评估：是否在预先设计的弱化线部分产生破裂？是否在弱化线部分附近产生破碎？弱化线处是否形成锐利的断口？是否有形成的碎片产生散射？
当在弱化线部分产生破裂，破裂处没有形成锐利的断口，并在弱化线附近没有破碎，以及没有破裂形成的碎片产生散射时确定该产品通过测试；
当不是在预先设计的弱化线部分而是在仪表板其余部位产生破裂；或破裂处形成锐利的断口，或由破裂形成的碎片产生散射时确定该产品在测试中失败。
(2)根据ASTM D1238测定熔融指数，条件为230℃，2.16kg载荷作用；
(3)根据ASTM D638测定拉伸强度与断裂伸长率；
(4)根据ASTM D256测定IZOD缺口冲击强度；
(5)根据ASTM D790测定弯曲强度与弯曲模量；
(6)根据ASTM D785测定洛氏硬度；
(7)根据ASTM D648测定热变形温度。
表3：实施例1-5性能测试结果
Figure A20091030284200071
从上表可以看出：当共混物中不含聚乙烯时(实施例1)，其低温冲击韧性不足，不能通过低温爆破试验，而实施例2可通过低温爆破试验。；当滑石粉含量过高时外观不良，且不能通过低温爆破试验；当滑石粉含量过低时材料刚性不足。
实施例6：原料：聚丙烯65kg、聚乙烯10kg、乙烯基共聚物橡胶(CA7320A)10kg、滑石粉(粒径5μm)15kg、聚丙烯成核剂0.5kg、抗氧剂0.5kg。制备方法同上。
实施例7：原料：聚丙烯50kg、聚乙烯1kg、乙烯基共聚物橡胶(8200)15kg、滑石粉(粒径0.05μm)30kg、聚丙烯成核剂0.01kg、抗氧剂0.1kg。制备方法同上。
实施例8：原料：聚丙烯80kg、聚乙烯15kg、乙烯基共聚物橡胶(8200)25kg、滑石粉(粒径0.1μm)10kg、聚丙烯成核剂1kg、抗氧剂1kg。制备方法同上。
实施例9：原料：聚丙烯70kg、聚乙烯5kg、乙烯基共聚物橡胶20(CA7320A)kg、滑石粉(粒径1μm)1kg、聚丙烯成核剂0.05kg、抗氧剂0.3kg。制备方法同上。
实施例10：原料：聚丙烯60kg、聚乙烯20kg、乙烯基共聚物橡胶(8200)1kg、滑石粉(粒径2μm)25kg、聚丙烯成核剂0.8kg、抗氧剂0.7kg。制备方法同上。

Claims (8)

1.一种聚丙烯树脂共混物，其特征在于：按照重量份计算，它是由聚丙烯50～80份、聚乙烯1～20份、乙烯基共聚物橡胶1～25份、滑石粉1～30份、聚丙烯成核剂0.01～1份和抗氧剂0.1～1份制备而成。
2.按照权利要求1所述聚丙烯树脂共混物，其特征在于：它是由聚丙烯60～70份、聚乙烯5～15份、乙烯基共聚物橡胶5～20份、滑石粉5～25份、聚丙烯成核剂0.2～0.8份和抗氧剂0.2～0.8份制备而成。
3.按照权利要求2所述聚丙烯树脂共混物，其特征在于：它是由聚丙烯65份、聚乙烯10份、乙烯基共聚物橡胶10份、滑石粉15份、聚丙烯成核剂0.5份和抗氧剂0.5份制备而成。
4.按照权利要求1至3所述聚丙烯树脂共混物，其特征在于：所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，其熔融指数为20～100g/10min。
5.按照权利要求1至3所述聚丙烯树脂共混物，其特征在于：所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
6.按照权利要求1至3所述聚丙烯树脂共混物，其特征在于：滑石粉的粒径为0.05μm～5μm。
7.按照权利要求6所述的聚丙烯树脂共混物，其特征在于：滑石粉的粒径不大于3μm。
8.权利要求1至7任一所述聚丙烯树脂共混物的制备方法，其特征在于：按比例将原料混合均匀，在长径比大于42、机头压力大于3MPa、含捏合螺纹元件与圆盘元件的双螺杆挤出机中挤出，冷却造粒，即得。
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