CN101659768B - 一种耐低温冲击聚丙烯组合物及其制备方法与作为汽车内饰件的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐低温冲击聚丙烯组合物及其制备方法与作为汽车内饰件的应用，该聚丙烯组合物按重量百分比计包含如下组分：聚丙烯树脂40～79.8％，矿物填料15～35％，增韧剂5～30％；抗氧剂0.1～1％，耐候剂0.1～1％。本发明的聚丙烯组合物通过注塑加工汽车内饰件的各种性能均达到使用要求，克服了低温性能差的缺点，特别是在0℃到—40℃具有良好的低温冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车内饰件，具体涉及一种耐低温冲击聚丙烯组合物及其制备方法与作为汽车内饰件中应用。
背景技术
聚丙烯因其具有质量轻、耐溶剂、易加工、优异的机械性能、易回收等优点，获得了广泛应用，特别是在汽车工业、家电及机械领域的应用不断提高。汽车工业未来向节能、环保、安全等方向发展。这就要求所用的材料质量轻、加工简单、易回收等，聚丙烯满足了这些要求。但是聚丙烯材料耐低温性能差，刚性低，不能达到用于汽车内饰件的要求，必须通过改性提高其低温性能和刚性，达到汽车内饰件使用要求和标准。内饰件包括仪表板、副仪表板、A、B与C立柱、手套箱、门板、后尾箱板、门槛等。
汽车内饰件必须达到一定的耐低温冲击要求，特别是0℃到—30℃低温冲击性能。如果低温性能差，汽车在严寒气候条件下，会破裂或在碰撞的过程中会产生碎片，危机乘车人员的安全。提高材料的低温冲击性能，往往添加大量的增韧剂，即弹性体如三元乙丙橡胶(EPDM)。虽然提高了材料低温冲击性能，但是也降低了材料的刚性，如弯曲模量与热变形温度降低，达不到作为汽车内饰件材料的刚性与耐热性能要求。如目前仪表板专用聚丙烯材料的低温悬臂梁缺口冲击强度(—30℃)在4KJ/m2左右，多轴冲击在6.6m/s，-30℃的条件下，会破碎。随着汽车内饰件性能要求不断提高，特别是低温多轴冲击要求越来越高。多轴冲击测试标准有ASTMD3763和ISO6603。多轴冲击高速冲击实验样片，通过击穿样片计算样品吸收的总能量，如果在高速冲击时破碎，则不能符合材料使用要求。所以研究开发耐低温冲击高性能汽车内饰件专用料迫在眉睫，以满足高性能汽车材料需求。
随着汽车行业对产品安全性能的更高更严格要求，对汽车内饰件的耐低温高刚性高韧性等性能也同时提出更高的要求，特别是汽车仪表板等内饰件聚丙烯材料的改性越来越受到重视。
目前，许多专利通过多种途径制备了汽车内饰件材料。CN1840576A制备了高性能低气味的仪表板专用聚丙烯。CN1156155A是一种聚丙烯组合物。CN1068022C是高韧性聚丙烯复合材料。CN1927932A是一种改性聚丙烯。CN1134953A是一种热塑性树脂组合物。CN1737041A是一种聚烯烃组合物。CN1631960A制备了高刚性、高韧性耐划痕滑石粉填充聚丙烯。CN1119374C是一种超高韧性高强度聚丙烯组合物。US6753373B2制备了耐划伤耐低温聚烯烃模塑材料。US2006/0020086A1制备了耐划伤耐低温高刚性模塑聚丙烯材料。US2008/0128934A1制备了耐划伤耐低温聚烯烃模塑材料。
这些专利提供的技术虽然在一定程度上提高了汽车内饰件的性能，但是这些专利大多都是对材料常温的韧性和刚性进行研究，也有部分专利采用不同方法提高低温冲击性能。此外，当前的聚丙烯材料在保证低温性能的同时，其刚性会变差，达不到汽车材料使用的标准，无法得到耐低温且高性能的汽车仪内饰件。
随着汽车使用量逐年增加，汽车生产销售量也逐年增加。这必将带动汽车内饰件改性聚丙烯材料使用。其中耐低温冲击聚丙烯复合材料需求不断扩大。本发明满足了耐低温高性能聚丙烯汽车内饰件材料的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种能耐低温和耐冲击的聚丙烯组合物。
本发明的另一个目的在于提供上述聚丙烯组合物的制备方法。
本发明的进一步目的在于提供上述聚丙烯组合物在制备汽车内饰件中的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的聚丙烯组合物由如下组分制成(按重量百分数计)：
聚丙烯树脂 40～79.8％；
矿物填料 15～35％；
增韧剂 5～30％。
在上述聚丙烯组合物中，还可以加入0.1～1％的抗氧剂和0.1～1％的耐候剂。
上述聚丙烯树脂优选为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯树脂；共聚聚丙烯的熔体流动速率(MFR)为10～80g/10min，其悬臂梁缺口冲击强度在≥5KJ/m2(23℃)，均聚聚丙烯熔体流动速率为5～80g/10min，其悬臂梁缺口冲击强度在≥3KJ/m2(23℃)。共聚聚丙烯可以选择无规、嵌段或枝形共聚物。可以采用正离子或Ziegler-Natta负离子配位聚合。均聚聚丙烯有等规、间规与无规聚丙烯，选择等规或间规聚丙烯，选择用茂金属催化剂合成的聚丙烯。
上述矿物填料优选为滑石粉、碳酸钙、硅灰石或云母，优先选择滑石粉，其粒径为0.1～5μm，优先选择0.1～1μm粒径的滑石粉。优先采用二氧化硅含量≥61％，烧失量(1000℃)≤6％的滑石粉。滑石粉是一种片状填料，其作用是提高聚丙烯改性材料的刚性，提高弯曲模量和热变形温度。
上述增韧剂为弹性体，添加弹性体保证了用于汽车内饰件低温韧性要求，对提高低温冲击起到关键作用。可采用乙烯—己烯共聚物、乙烯—丁烯共聚物、乙烯—辛烯共聚物、乙烯—丙烯—辛烯三元共聚物、氢化乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物中的一种或几种；本发明的弹性体在选择时，选择密度为0.850～0.900g/cm3，优先选择密度为0.855～0.870g/cm3的。这些弹性体有埃克森埃克森美孚(Exxonmobil)的EXACT牌号系列，陶氏(DOW)的ENGAGE牌号系列，三井化学(Mitsuichemicals)的TFMER牌号系列，岳阳化工总厂的SBS与SEBS系列产品。
上述抗氧剂是一种能在高温加工过程中抑制和延缓聚合物材料氧化和降解的化学助剂。本发明可选用的抗氧剂为受阻酚类、胺类、亚磷酸酯类、硫脂类等。优先选择的抗氧剂有：2，6—二叔丁基对甲酚、2，4，6—三叔丁基苯酚、4—羟甲基—2，6—二叔丁基苯酚、四[β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇、N—环已基—N′—苯基对苯二胺、N，N’-二—β—萘基—对苯胺、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯基)酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯等中的一种或多种复配。
上述耐候剂是提高聚合物材料光稳定性的助剂。由于汽车经常在室外，受到紫外线(UV)的辐射，必须满足一定的耐候要求，防止内饰件褪色、表面粉化等现象。使用的耐候剂有紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂等。本发明可选用的耐候剂为水杨酸对辛基苯酯、水杨酸对叔丁基苯酯、间苯二酚单苯甲酸酯、2—氰基—3，3′—二苯基丙烯酸—2—乙基乙酯、2—羟基—4—正辛氧基—二苯甲酮2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚、2-(2′-羟基-3′，5′-二戊基苯基)苯并三唑、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、2-[2，4-双(2，4-二甲苯基)-2-(1，3，5-三嗪基)5-辛氧基苯酚、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酰基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮、[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)胺基]均三嗪-2，4-二][[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚胺基]己基-1，6-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚胺基]、3—十二烷基—1—(2，2，6，6-四甲基—吡啶基)—吡咯—2，5—二烷酮、1，3，5—三(4—叔丁基—3—羟基—2，6—二甲基苯基)—1，3，5—三嗪—2，4，6—(1H，3H，5H)—三酮、4—苯甲酰氧基—2，2，6，6四甲基哌啶等中的一种或多种复配。
除此之外本发明的组合物中还可以包含有机颜料和无机颜料。由于本发明用于注塑汽车内饰件，为了达到美观需要，常制作不同颜色。所以本发明组合物中还包含有微量有机颜料和无机颜料。有机颜料有永固红、永固黄、酞菁蓝、酞菁绿等，无机有二氧化钛、碳黑、氧化铁红、氧化铁黑、群青等。这些颜料可以根据注塑件颜色要求单独使用，也可以复合使用。
本发明的聚丙烯组合物的制备方法为：将上述各组成材料根据配方所述重量百分数称料，并混合均匀后，通过双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机。螺杆长径比不小于32，在170～230℃的温度下熔融混炼，优先选择190—210℃。挤出造粒、水冷、风干，粒径在任何方向的尺寸为1～5mm，优先选择为3mm，包装即可。
本发明的聚丙烯组合物可用于制备汽车内饰件，内饰件包括仪表板、副仪表板、A、B与C立柱、手套箱、门板、后尾箱板、门槛等。采用ISO标准和ASTM标准检测，按标准测试试样由CJ80C型注塑机在200～230℃温度下成型。成型条件和试样制备符合ISO294.1—96和ISO1873.2—97的要求。
经过测试，本发明的聚丙烯材料制备的内饰件，其各种性能均达到使用要求，克服了低温性能差的缺点。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的聚丙烯材料制备的汽车内饰件不但具有良好的低温性能，在0℃到-40℃保持有良好的悬臂梁缺口冲击强度和多轴冲击强度，同时还保证了其具有良好的刚性，韧性等其他性能，满足汽车工业安全使用要求。
具体实施方式
测试方法：
(1)密度：按ISO1183测试；
(2)拉伸强度：按ISO527测试；速度为50mm/min；
(3)悬臂梁缺口冲击强度：按ISO180测试；
(4)熔体流动速率(MFR)：按ISO1133测试，条件230℃，2.16Kg；
(5)弯曲模量：按ISO178测试，速度为2mm/min；
(6)热变形温度：按ISO75测试，负载0.45Mpa；
(7)多轴冲击强度：按ASTM D3763，冲击速度为2.2～6.6m/s，冲击头直径为12.7mm，支撑圈直径为76.2mm。
实施例1 耐低温冲击聚丙烯组合物
本实施例的聚丙烯组合物，其组成如表1所示。
表1 聚丙烯组合物的原料及用量
| 原料名称 | 用量％(重量百分比) |
| 共聚聚丙烯：HHP6，中国石化集团茂名石化分公司 | 65.4 |
| 滑石粉：合山化工集团 | 22 |
| 增韧剂：POE，密度0.868g/cm3，埃克森美孚化工 | 12 |
| 抗氧剂：四[β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇(Irganox1010)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 耐候剂：4—苯甲酰氧基—2，2，6，6四甲基哌啶(光稳定 | 0.2 |
| 剂744)，汽巴精细化学工业有限公司 | |
| 硬脂酸钙 | 0.2 |
本实施例的聚丙烯组合物，其制备方法如下：
按表1所述原料按其用量比例称好，混合均匀后，加入双螺杆挤出机，在190～210℃的温度下熔融混炼，挤出造粒，水冷、风干，粒径为3mm，包装即可。
本实施例的聚丙烯组合物的检测结果，如表2所示。
表2 产品性能测试结果
| 性能 | 单位 | 数值 |
| 密度 | g/cm3 | 1.036 |
| 拉伸强度 | MPa | 18 |
| 悬臂梁缺口冲击强度23℃ | KJ/m2 | 56 |
| 悬臂梁缺口冲击强度—30℃ | KJ/m2 | 6.3 |
| 熔体流动速率 | g/10min | 23 |
| 弯曲模量 | MPa | 1958 |
| 热变形温度 | ℃ | 115 |
| 多轴冲击强度—30℃，6.6m/s | J | 25.45韧性断裂 |
实施例2 耐低温冲击聚丙烯组合物
本实施例的聚丙烯组合物，其组成如表3所示。
表3聚丙烯组合物的原料及用量
| 原料名称 | 用量％ |
| (重量百分比) | |
| 共聚聚丙烯：SP179，中国石化集团齐鲁石化分公司 | 67.4 |
| 滑石粉：广西贺州滑石粉有限公司 | 22 |
| 增韧剂：POE，密度0.870g/cm3，埃克森美孚化工 | 10 |
| 抗氧剂：三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(Irganox168)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 耐候剂：双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(Tinuvin292)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 硬脂酸钙 | 0.2 |
本实施例的聚丙烯组合物，其制备方法如实施例1。
本实施例的聚丙烯组合物的检测结果，如表4所示。
表4产品性能测试结果
| 性能 | 单位 | 数值 |
| 密度 | g/cm3 | 1.036 |
| 拉伸强度 | MPa | 16.7 |
| 悬臂梁缺口冲击强度23℃ | KJ/m2 | 56 |
| 悬臂梁缺口冲击强度—30℃ | KJ/m2 | 8.3 |
| 熔体流动速率 | g/10min | 7.5 |
| 弯曲模量 | MPa | 1352 |
| 热变形温度 | ℃ | 82 |
| 多轴冲击强度—30℃，6.6m/s | J | 32.12韧性断裂 |
实施例3 耐低温冲击聚丙烯组合物
本实施例的汽车内饰件用聚丙烯组合物，其组成如表5所示。
表5聚丙烯组合物的原料及用量
| 原料名称 | 用量％(重量百分比) |
| 共聚聚丙烯：K7726，中国石化集团燕山石化分公司 | 66.4 |
| 滑石粉：合山化工集团 | 25 |
| 增韧剂：POE，密度0.868g/cm3，陶氏化工 | 8 |
| 抗氧剂：四[β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇(Irganox1010)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 耐候剂：4—苯甲酰氧基—2，2，6，6四甲基哌啶(光稳定剂744)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 硬脂酸钙 | 0.2 |
本实施例的聚丙烯组合物，其制备方法如实施例1。
本实施例的聚丙烯组合物的检测结果，如表6所示。
表6产品性能测试结果
| 性能 | 单位 | 数值 |
| 密度 | g/cm3 | 1.08 |
| 拉伸强度 | MPa | 17.3 |
| 悬臂梁缺口冲击强度23℃ | KJ/m2 | 58 |
| 悬臂梁缺口冲击强度—30℃ | KJ/m2 | 7.1 |
| 熔体流动速率 | g/10min | 15.6 |
| 弯曲模量 | MPa | 1548 |
| 热变形温度 | ℃ | 96 |
| 多轴冲击强度—30℃，6.6m/s | J | 28.2韧性断裂 |
实施例4耐低温冲击聚丙烯组合物
本实施例的聚丙烯组合物，其组成如表7所示。
表7聚丙烯组合物的原料及用量
| 原料名称 | 用量％(重量百分比) |
| 共聚聚丙烯：CB5290，韩国大韩油化工业公司 | 52.2 |
| 滑石粉：合山化工集团 | 30 |
| 增韧剂：POE，密度0.868g/cm3，陶氏化工 | 17 |
| 抗氧剂：四[β—(3，5—二叔丁基—4—羟基苯基)丙酸]季戊四醇(Irganox1010)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 抗氧剂：三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(Irganox168)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 耐候剂：4—苯甲酰氧基—2，2，6，6四甲基哌啶(光稳定剂744)，汽巴精细化学工业有限公司 | 0.2 |
| 硬脂酸钙 | 0.2 |
本实施例的聚丙烯组合物，其制备方法如实施例1。
本实施例的聚丙烯组合物的检测结果，如表8所示。
表8 产品性能测试结果
| 性能 | 单位 | 数值 |
| 密度 | g/cm3 | 1.12 |
| 拉伸强度 | MPa | 18.3 |
| 悬臂梁缺口冲击强度23℃ | KJ/m2 | 53 |
| 悬臂梁缺口冲击强度—30℃ | KJ/m2 | 6.8 |
| 熔体流动速率 | g/10min | 23.3 |
| 弯曲模量 | MPa | 2100 |
| 热变形温度 | ℃ | 112 |
| 多轴冲击强度—30℃，6.6m/s | J | 23.2韧性断裂 |
实施例5 耐低温冲击聚丙烯组合物
本实施例的聚丙烯组合物，其组成如表7所示。
表9聚丙烯组合物的原料及用量
| 原料名称 | 用量％(重量百分比) |
| 共聚聚丙烯：SP179，中国石化集团齐鲁石化分公司 | 68 |
| 滑石粉：广西贺州滑石粉有限公司 | 22 |
| 增韧剂：POE，密度0.870g/cm3，埃克森美孚化工 | 10 |
本实施例的聚丙烯组合物，其制备方法如实施例1。
本实施例的聚丙烯组合物的检测结果，如表10所示。
表10产品性能测试结果
| 性能 | 单位 | 数值 |
| 密度 | g/cm3 | 1.036 |
| 拉伸强度 | MPa | 16.2 |
| 悬臂梁缺口冲击强度23℃ | KJ/m2 | 57 |
| 悬臂梁缺口冲击强度—30℃ | KJ/m2 | 8.2 |
| 熔体流动速率 | g/10min | 7.4 |
| 弯曲模量 | MPa | 1357 |
| 热变形温度 | ℃ | 81 |
| 多轴冲击强度—30℃，6.6m/s | J | 32.10韧性断裂 |
由各个实施例的产品测试结果可以看出，本发明克服了现有技术中制备汽车仪表板的材料在保证低温性能的同时其材料本身刚性会变差的问题，不但改进了材料的低温性能，使得所制备的汽车内饰件具有良好的低温性能，同时还保证了材料具有良好的刚性，达到汽车材料使用的各项标准。
Claims (8)
1.一种耐低温冲击聚丙烯组合物，其特征在于，该组合物按重量百分比计，由如下组分制成：
聚丙烯树脂40～79.8％；
矿物填料 15～35％；
增韧剂 5～30％；
所述增韧剂为乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、氢化乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种的混合物，增韧剂为密度0.850～0.900g/cm3的弹性体。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于该组合物由如下组分制成：
3.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于：所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯树脂。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于：所述矿物填料为滑石粉、碳酸钙、硅灰石或云母。
5.根据权利要求2所述的聚丙烯组合物，其特征在于：所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基对甲酚、2，4，6-三叔丁基苯酚、4-羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、N-环己基-N’-苯基对苯二胺、N，N-二-β-萘基-对苯胺、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯基)酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求2所述的聚丙烯组合物，其特征在于：所述耐候剂为水杨酸对辛基苯酯、水杨酸对叔丁基苯酯、间苯二酚单苯甲酸酯、2-氰基-3，3′-二苯基丙烯酸-2-乙基乙酯、2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑、2-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚、2-(2′-羟基-3′，5′-二戊基苯基)苯并三唑、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、2-[2，4-双(2，4-二甲苯基)-2-(1，3，5-三嗪基)5-辛氧基苯酚、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酰基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮、[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)胺基]均三嗪-2，4-二][[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚胺基]己基-1，6-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚胺基]、3-十二烷基-1-(2，2，6，6-四甲基-吡啶基)-吡咯-2，5-二烷酮、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮、4-苯甲酰氧基-2，2，6，6四甲基哌啶中的一种或几种的混合物。
7.权利要求1～6所述任一项聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于该制备方法包括如下步骤：将各组分混合均匀后，通过双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机，在170～230℃的温度下熔融混炼，螺杆长径比不小于32，挤出造粒，包装即可。
8.权利要求1～6所述任一项耐低温冲击聚丙烯组合物在制备汽车内饰件中应用。
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