CN102219959B - 用于汽车保险杠的复合材料及其制备方法 - Google Patents

用于汽车保险杠的复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于汽车保险杠的复合材料及制备方法，其成分为：聚丙烯：60～80％，茂金属乙烯-己烯共聚物：5～20％，纳米碳酸钙：10～20％，抗氧剂：0.4～0.8％，润滑剂：0.2～0.5％。其工艺：先按照配比将各组分物料在混合机中混合均匀，混合物在双螺杆挤出机中混炼、挤出、冷却、切粒，得到用于汽车保险杠的复合材料。采用茂金属乙烯-己烯共聚物作为弹性体组分，粒径小于100nm的纳米碳酸钙作为增强增韧组分，制备出聚丙烯/茂金属聚乙烯-己烯共聚物/纳米碳酸钙复合材料；该复合材料具有很好的抗冲击性，耐低温性能好，耐候性好，同时保持较好的刚性，可喷涂；适用于汽车保险杠等韧性要求高的饰件。

Description

用于汽车保险杠的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，具体涉及一种可用于汽车保险杠的具有高韧性、高强度、低收缩率聚丙烯改性材料及其制造方法。
背景技术
汽车保险杠是汽车工业中比较重要的大型零部件。其使用环境要求材料具有优异的高、低温冲击韧性、刚性、耐老化性、耐热性、耐寒性，还要具有耐油、润滑油、油漆等性能。其中最重要的是要具有较高的冲击韧性和良好的成型加工性能。
聚丙烯材料在汽车用塑料中应用非常广泛，尤其是用于制备汽车保险杠。聚丙烯材料具有良好的综合强度、可加工性、性价比等优点，但是PP材料低温脆性差、成型收缩率大、耐冲击性能差，因此，用于汽车保险杠时需要对其改性。
传统的PP汽车保险杠专用料改性方法是：1)用弹性体增韧聚丙烯，如用三元乙丙胶(EPDM)、POE、SBS等增韧，工艺已比较成熟，主要缺点是材料的刚性和强度下降，材料流动性能不好，成本很高；2)采用纳米无机粒子增韧聚丙烯，可以提高材料韧性，同时降低成本，但增韧幅度有限。
茂金属乙烯-己烯共聚物是一种线性极低密度的聚乙烯，具有良好的冲击韧性，且成本相对于三元乙丙胶(EPDM)、POE、SBS低很多。将茂金属乙烯-己烯共聚物替代弹性体与纳米粒子协同增韧改性聚丙烯具有极大的研究价值和市场推广价值。
发明内容
本发明提供一种具有高韧性、高强度、低收缩率的用于汽车保险杠的聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
用于汽车保险杠的复合材料，特点是包含以下重量百分比成分：聚丙烯：60～80％，茂金属乙烯-己烯共聚物：5～20％，纳米碳酸钙：10～20％，抗氧剂：0.4～0.8％，润滑剂：0.2～0.5％。
进一步地，上述的用于汽车保险杠的复合材料，其组分具有如下的重量百分比：聚丙烯：72％，茂金属乙烯-己烯共聚物：12％，纳米碳酸钙：15％，抗氧剂：0.6％，润滑剂：0.4％。
更进一步地，上述的用于汽车保险杠的复合材料，所述纳米碳酸钙的颗粒粒径小于100nm，白度≥94％，活化率≥95％。所述茂金属乙烯-己烯共聚物是共聚单体乙烯与1-己烯的共聚物。所述茂金属乙烯-己烯共聚物的密度为0.914～0.918g/cm3，熔融指数(温度190℃/负荷2.16kg)1.0g/10min，熔融峰值温度119℃。所述的抗氧剂是抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物。所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
本发明用于汽车保险杠的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
①原料混合均匀：按照配比将聚丙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、纳米碳酸钙、抗氧剂和润滑剂在混合机中混合均匀；
②在双螺杆挤出机内混炼：将步骤①得到的混合物加入双螺杆挤出机内混炼，双螺杆挤出机的温度设定在170～220℃之间，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速在300～350r.min-1；
③将得到的物料挤出后冷却、切粒，即得到用于汽车保险杠的复合材料。
再进一步地，上述的用于汽车保险杠的复合材料的制备方法，首先，将72份聚丙烯、12份茂金属乙烯-己烯共聚物、15份纳米碳酸钙、0.6份抗氧剂、0.4份乙撑双硬脂酰胺在混合机中混合均匀；喂入双螺杆挤出机，混合物在双螺杆挤出机混炼，双螺杆挤出机每段的温度分别为：T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝205℃，T5＝210℃，T6＝220℃，双螺杆挤出机转速为r＝350r.min-1，最后，挤出、冷却、切粒即得到用于汽车保险杠的复合材料。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明选用茂金属乙烯-己烯共聚物作为弹性体组分，粒径小于100nm的纳米碳酸钙作为增强增韧组分，改性出聚丙烯/茂金属聚乙烯-己烯共聚物/纳米碳酸钙复合材料；
②选用的茂金属乙烯-己烯共聚物结晶度低，和传统的弹性体EPDM相比，分子链中没有双键，具有更高的热稳定性和抗紫外线稳定性，作为聚丙烯的增韧改性剂能赋予聚丙烯高的冲击强度；
③选用的纳米碳酸钙，其颗粒粒径小于100nm，粒子状填料有利提高复合材料韧性和表面硬度，另外纳米碳酸钙粒径小，比表面积很大，具有很高的活性，可以和聚丙烯基体形成很好的粘接界面；
④本发明改性聚丙烯复合材料具有很好的抗冲击性，耐低温性能好，耐候性好，同时保持较好的刚性，可喷涂；
⑤本发明改性聚丙烯复合材料具有材质轻、成型收缩率低、成型加工性能好、材料成本低等诸多优点，适用于汽车保险杠等韧性要求高的饰件，具有很高的性价比。
具体实施方式
本发明技术中采用将茂金属聚乙烯-己烯共聚物增韧与纳米机粒子纳米碳酸钙增韧增强相结合，提供一种性能与价格比较高的用于汽车保险杠的复合材料，其复合材料具有高韧性、高强度、低收缩率等特点。
用于汽车保险杠的复合材料，成分重量比为：聚丙烯：60～80％，茂金属乙烯-己烯共聚物：5～20％，纳米碳酸钙：10～20％，抗氧剂：0.4～0.8％，润滑剂：0.2～0.5％。优选配方为：聚丙烯：72％，茂金属乙烯-己烯共聚物：12％，纳米碳酸钙：15％，抗氧剂：0.6％，润滑剂：0.4％。
其中，纳米碳酸钙的颗粒粒径小于100nm，白度≥94％，活化率≥95％。茂金属乙烯-己烯共聚物是共聚单体乙烯与1-己烯的共聚物。茂金属乙烯-己烯共聚物的密度为0.914～0.918g/cm3，熔融指数(温度190℃/负荷2.16kg)1.0g/10min，熔融峰值温度119℃。抗氧剂是抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物。润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
具体的制备过程为：
①原料混合均匀：按照配比将聚丙烯、茂金属乙烯-己烯共聚物、纳米碳酸钙、抗氧剂和润滑剂在混合机中混合均匀；
②在双螺杆挤出机内混炼：将步骤①得到的混合物加入双螺杆挤出机内混炼，双螺杆挤出机的温度设定在170～220℃之间，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速在300～350r.min-1；
③将得到的物料挤出后冷却、切粒，即得到用于汽车保险杠的复合材料。
复合材料中选用的茂金属乙烯-己烯共聚物结晶度低，与传统的弹性体EPDM相比，分子链中没有双键，具有更高的热稳定性和抗紫外线稳定性，作为聚丙烯的增韧改性剂能赋予聚丙烯高的冲击强度；选用的纳米碳酸钙，其粒径小于100nm，粒子状填料有利提高复合材料韧性和表面硬度，另外纳米碳酸钙粒径小，比表面积很大，具有很高的活性，可以与聚丙烯基体形成很好的粘接界面。
结合茂金属乙烯-己烯共聚物和纳米碳酸钙的作用，使改性的聚丙烯复合材料具有很好的抗冲击性，耐低温性能好，耐候性好，同时保持较好的刚性，可喷涂；改性的聚丙烯复合材料具有材质轻、成型收缩率低、成型加工性能好、材料成本低等诸多优点，适用于汽车保险杠等韧性要求高的饰件，具有很高的性价比。
实施例1：
将74份聚丙烯、5份茂金属乙烯-己烯共聚物、20份纳米碳酸钙、0.5份抗氧剂和0.5份乙撑双硬脂酰胺在高速混合机中混合均匀，然后喂入双螺杆挤出机，共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝205℃，T5＝210℃，T6＝220℃，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速为330r/min；挤出造粒，最终得到汽车保险杠专用材料。
实施例2：
将80份聚丙烯、9.4份茂金属乙烯-己烯共聚物、10份纳米碳酸钙(纳米碳酸钙的颗粒粒径小于100nm，白度≥94％，活化率≥95％)、0.4份抗氧剂和0.2份润滑剂在高速混合机中混合均匀，然后喂入双螺杆挤出机，共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝190℃，T3＝195℃，T4＝200℃，T5＝205℃，T6＝210℃，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机的转速为300r/min；最后挤出造粒，最终得到汽车保险杠专用材料。
实施例3：
将72份聚丙烯、12份茂金属乙烯-己烯共聚物(共聚单体乙烯与1-己烯的共聚物，茂金属乙烯-己烯共聚物的密度为0.914～0.918g/cm3，熔融指数(温度190℃/负荷2.16kg)1.0g/10min，熔融峰值温度119℃)、15份纳米碳酸钙(纳米碳酸钙的颗粒粒径小于100nm，白度≥94％，活化率≥95％)、0.6份抗氧剂(抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物)和0.4份乙撑双硬脂酰胺在高速混合机中混合均匀，然后喂入双螺杆挤出机，共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝200℃，T5＝205℃，T6＝220℃，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速为350r/min；最后挤出造粒，最终得到汽车保险杠专用材料。
实施例4：
将60份聚丙烯、20份茂金属乙烯-己烯共聚物(共聚单体乙烯与1-己烯的共聚物)、18.8份纳米碳酸钙、0.8份抗氧剂、0.4份乙撑双硬脂酰胺在高速混合机中混合均匀，然后喂入双螺杆挤出机，共混物在双螺杆挤出机混炼，双螺杆挤出机每段的温度分别为：T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝205℃，T5＝210℃，T6＝220℃，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速为r＝320r.min-1，最后，挤出、冷却、切粒即得到汽车保险杠用材料。
实施例5：
将74份聚丙烯、15份茂金属乙烯-己烯共聚物(共聚单体乙烯与1-己烯的共聚物，茂金属乙烯-己烯共聚物的密度为0.914～0.918g/cm3，熔融指数(温度190℃/负荷2.16kg)1.0g/10min，熔融峰值温度119℃)、10份纳米碳酸钙(纳米碳酸钙的颗粒粒径小于100nm，白度≥94％，活化率≥95％)、0.8份抗氧剂(抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物)和0.2份乙撑双硬脂酰胺在高速混合机中混合均匀，然后喂入双螺杆挤出机，共混物在双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机每段的温度设定为T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝195℃，T5＝200℃，T6＝210℃，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速为310r/min；最后，挤出造粒，最终得到汽车保险杠专用材料。
将以上实施例所得产品干燥后注塑成标准样条，按国家标准测试其性能，结果如表1所示。
表1实施例测试结果
可见，本发明获得的产品，其综合性能优异，技术指标达到或超过市场同类产品。
综上所述，通过茂金属乙烯-己烯共聚物和纳米碳酸钙对聚丙烯材料的改性，使改性的聚丙烯复合材料具有很好的抗冲击性，耐低温性能好，耐候性好，同时保持较好的刚性，可喷涂；改性的聚丙烯复合材料具有材质轻、成型收缩率低、成型加工性能好、材料成本低等诸多优点。可广泛适用于汽车保险杠等韧性要求高的饰件，具有很高的性价比。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (2)

1.用于汽车保险杠的复合材料，其特征在于包含以下重量百分比成分：聚丙烯：72％，茂金属乙烯-己烯共聚物：12％，纳米碳酸钙：15％，抗氧剂：0.6％，润滑剂：0.4％。
2.权利要求1所述的用于汽车保险杠的复合材料的制备方法，其特征在于：首先，将72份聚丙烯、12份茂金属乙烯-己烯共聚物、15份纳米碳酸钙、0.6份抗氧剂、0.4份乙撑双硬脂酰胺在混合机中混合均匀；喂入双螺杆挤出机，混合物在双螺杆挤出机混炼，双螺杆挤出机每段的温度分别为：T1＝170℃，T2＝180℃，T3＝190℃，T4＝205℃，T5＝210℃，T6＝220℃，混合物在双螺杆挤出机中的总停留时间为3～8min，双螺杆挤出机转速为r＝350r.min-1，最后，挤出、冷却、切粒即得到用于汽车保险杠的复合材料。
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