CN102558736A - 一种汽车仪表板用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车仪表板用聚丙烯复合材料及其制备方法，这种聚丙烯复合材料包括以下重量百分比的组分：聚丙烯45～80，无机填料为10～30，增韧剂POE为5～20，聚丁烯-1为2～10，抗氧剂0.1～2，光稳定剂为0.1～1，耐刮擦助剂0～3，其他为0～3。本发明的聚丙烯复合材料具有优异的刚韧平衡性、低温缺口强度远高于一般聚丙烯复合材料，注塑成型周期短、注塑的样件表面无虎皮纹等外观缺陷，这些特性高效满足了于汽车仪表板的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料，具体涉及一种用于汽车仪表板的聚丙烯复合材料，以及这种复合材料的制备方法，该材料具有优异的刚韧平衡性、耐热耐低温，注塑的样件表面无虎皮纹等外观缺陷。
背景技术
由于聚丙烯具有优异的物理性能、耐化学品性、易成型加工的优点，同时质量轻、价格低廉，这些特点使其在汽车零部件等领域得到了广泛的应用。但是，聚丙烯也存在刚性低、耐热性差，耐低温冲击性能差等缺点，因此要用于汽车仪表板中必须需要改性来提高低温冲击性能和刚性。
汽车仪表板是一种表面积大、形状复杂的大型结构部件，而且需要非常高的安全性能，因此材料需要具有优异的高、低温冲击韧性、刚性、耐老化性以及耐热性等性能。聚丙烯材料为了满足这些要求，要通过添加弹性体来提高冲击韧性，通过添加无机填料来提高刚性。但是随着弹性体的加入会造成汽车仪表板的外观的缺陷，影响外观的质量，特别是在仪表板的表面会产生虎皮纹现象。虎皮纹是指在垂直与材料熔融的流动方向产生规则颜色深浅的周期性条纹。为了消除这种缺陷，人们采用喷漆、改善注塑工艺或提高材料流动性来解决。采用喷漆会造成生产效率降低、生产成本提高，产生不稳定的情况；采用改善注塑工艺会造成生产效率降低、产品变形等问题；采用提高材料流动性，会造成材料的低温冲击性能的降低。
为了解决制件的外观质量缺陷，公开号CN1803909A的中国专利公布了一种通过改进聚丙烯的组成，即通过合成特定乙烯-丙烯共聚物改进聚丙烯的结构来解决制件的外观质量。公开号CN101550252A的中国专利公布了一种由聚丙烯、聚乙烯、乙烯基共聚物橡胶、滑石粉与抗氧剂组成的具有良好低温性能与良好外观的聚丙烯组合物。公开号CN1458958A的中国专利公布了一种通过特殊茂金属催化剂制备高熔点的丙烯均聚物或丙烯嵌段共聚物改进聚丙烯的组成来解决外观缺陷。这些专利在一定程度上解决了聚丙烯材料制件的外观问题，但是这些专利都是通过特殊结构来提高低温性能，对材料的冲击性能和刚性并没有很好的平衡，不能满足汽车仪表板的特殊要求。
发明内容
本发明的目的是开发一种适用于汽车仪表板的聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料不仅具有优异的刚韧平衡性、耐热耐低温，而且注塑成型的样件表面无虎皮纹等外观缺陷。
本发明用于汽车仪表板的聚丙烯复合材料通过以下技术方案实现其目的：
一种汽车仪表板用聚丙烯复合材料，具体的，包括：
聚丙烯 45～80％；
无机填料 10～30％
增韧剂 5～20％；
聚丁烯-1 2～10％；
抗氧剂 0.1～2％；
光稳定剂 0.1～1％；
耐刮擦助剂 0～3％；
色粉或色母粒 0～3％。
其中，
所述的聚丙烯聚丙烯为嵌段共聚丙烯，所述嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。所述嵌段共聚丙烯在230℃、2.16kg负荷条件下熔融指数为5～60g/10min。
所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或几种的组合物，平均粒径为0.5～10微米。
所述的增韧剂为乙烯-辛烯线性共聚物。并优选密度为0.88～0.90g/cm3、在230℃和2.16kg负荷条件下熔融指数为0.5～10g/10min的乙烯-辛烯线性共聚物。
所述的聚丁烯-1是由丁烯-1(Bt-1)聚合而成，并优选密度为0.90～0.92g/cm3，熔化温度为110～130℃，全同结构含量≥86％，结晶度≥45％。
所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂(辅助抗氧剂)。其中，所述主抗氧剂为受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种混合；辅抗氧剂为亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或几种混合。
所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
所述的耐刮擦助剂为硅酮类耐刮擦助剂。
上述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按上述重量配比称取各组分；
(2)将聚丙烯、无机填料、增韧剂、聚丁烯-1、抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦助剂(或加入其他添加剂)在高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将步骤(2)所得产物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
本发明通过在聚丙烯复合材料的基础配方中添加具有高的剪切敏感性、与聚丙烯和弹性体良好的相容性的聚丁烯-1，来降低弹性体和聚丙烯之间的熔融粘度的差异，提高弹性体在聚丙烯基体中的分散，从而提高制件的外观质量。
本发明的优点在于：
1.本发明通过在聚丙烯复合材料中加入聚丁烯-1，提高弹性体在聚丙烯中的分散，从而使得该聚丙烯复合材料注塑的汽车仪表板样件表面无虎皮纹等外观缺陷。
2.本发明的聚丙烯复合材料的具有优异的刚韧平衡性、耐热性和耐低温性，满足汽车仪表板所需的高要求。
3.本发明的聚丙烯复合材料结晶速度快，注塑时成型周期短，大大的提高了生产效率。
具体实施方式
本发明的汽车仪表板用聚丙烯复合材料中，包括质量百分含量45～80％的熔融指数(测试条件：230℃，2.16kg负荷)为5～60g/10min的嵌段共聚丙烯(嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯其含量在4～10mol％的范围内)；质量百分含量10～30％、粒径为0.5～10微米的滑石粉、碳酸钙、硫酸钡或它们的组合物等作为无机填料；质量百分含量为5～20％、密度为0.88～0.90g/cm3、熔融指数为0.5～10g/10min(测试条件：230℃，2.16kg负荷)的乙烯-辛烯线性共聚物作为增韧剂；质量百分含量2～10％、密度为0.90～0.92g/cm3，熔化温度为110～130℃，全同结构含量≥86％，结晶度≥45％的聚丁烯-1。还包括包含以受阻酚或硫酯类抗氧剂中的一种或几种组成的主抗氧剂和以亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的一种或几种组成的辅抗氧剂为组分的抗氧剂，该抗氧剂在本发明聚丙烯组合物中的质量百分比含量为0.1～2％；质量百分含量为0.1～1％，由受阻胺类光稳定剂为组分的光稳定剂；质量百分含量为0～3％，由硅酮类耐刮擦助剂为组分的耐刮擦助剂。还可以包括质量百分含量为0～3％的本技术领域常用其他助剂，如颜色色粉或色母粒等。
使用前，按上述组分和重量配比称取原料，在高速混合器中干混3～5分钟；将混合的原料置于双螺杆机中，经熔融挤出、造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括70.3％聚丙烯、15％无机填料、8％增韧剂POE、3％聚丁烯-1、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
实施例2
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括68.3％聚丙烯、15％无机填料、8％增韧剂POE、5％聚丁烯-1、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
实施例3
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括60.3％聚丙烯、20％无机填料、12％增韧剂POE、4％聚丁烯-1、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
实施例4
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括57.3％聚丙烯、20％无机填料、12％增韧剂POE、7％聚丁烯-1、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
实施例5
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括50.3％聚丙烯、25％无机填料、15％增韧剂POE、6％聚丁烯-1、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
实施例6
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括46.3％聚丙烯、25％无机填料、15％增韧剂POE、10％聚丁烯-1、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
上述实施例主要成分质量百分含量见表1。
表1 实施例1～6主要组分含量(质量百分含量)
| 实施例编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 聚丙烯 | 70.3 | 68.3 | 60.3 | 57.3 | 50.3 | 46.3 |
| 无机填料 | 15 | 15 | 20 | 20 | 25 | 25 |
| 增韧剂POE | 8 | 8 | 12 | 12 | 15 | 15 |
| 聚丁烯-1 | 3 | 5 | 4 | 7 | 6 | 10 |
| 抗氧剂3114 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 抗氧剂168 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 光稳定剂944 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 光稳定剂770 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 耐刮擦助剂 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 黑色母粒 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
对比例1
本对比例聚丙烯复合材料主要组分包括73.3％聚丙烯、15％无机填料、8％增韧剂POE、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
对比例2
本对比例聚丙烯复合材料主要组分包括64.3％聚丙烯、20％无机填料、12％增韧剂POE、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
对比例3
本对比例聚丙烯复合材料主要组分包括56.3％聚丙烯、25％无机填料、15％增韧剂POE、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.2％光稳定剂944和0.2％光稳定剂770、2％耐刮擦助剂以及1％黑色母粒。
对比例均不添加聚丁烯-1，其他主要组分与实施例一致，各主要组分质量百分含量见表2。
表2 对比例1～3主要组分含量(质量百分含量)
| 对比例 | 1 | 2 | 3 |
| 聚丙烯 | 73.3 | 64.3 | 56.3 |
| 无机填料 | 15 | 20 | 25 |
| 增韧剂POE | 8 | 12 | 15 |
| 抗氧剂3114 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 抗氧剂168 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 光稳定剂944 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 光稳定剂770 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 耐刮擦助剂 | 2 | 2 | 2 |
| 黑色母粒 | 1 | 1 | 1 |
在上述实施例及对比例组合物配方中，聚丙烯为上海石化生产的共聚PP，商品牌号为M2600R，熔融指数为26g/10min。所述的无机填料为1250目滑石粉，平均粒径为10微米。所述的增韧剂POE为美国Dupont公司产的线形乙烯-辛烯共聚物，商品牌号为Engage8180，密度为0.863g/cm3，熔体流动速率为0.5g/10min。所述的聚丁烯-1为Basell公司生产的PB-1，商品牌号为PB 0800M，密度0.915g/cm3，熔化温度127℃。所述的主抗氧剂3114为BASF公司生产，商品牌号为Irganox 3114，化学名称为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯；辅抗氧剂168为BASF公司生产，商品牌号为Irgafos 168，化学名称为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。所述的光稳定剂944为BASF公司生产，化学名称为聚{[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]]-1，3，5-三嗪-2，4-双[(2，2，6，6，-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1，6-已二撑[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}，光稳定剂770为BASF公司生产，化学名称为双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。所述的耐刮擦助剂为美国Dow Corning公司产的硅酮母粒，商品牌号为MB50-001。
上述实施例和对比例中各树脂和各种添加剂在高速混合器中干混3～5分钟，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
将按上述方法完成造粒的粒子材料在90～100℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射成型机上进行注射成型制样，进行性能测试。
熔融指数测试按ISO1133-2005进行，测试条件为230℃×2.16Kg；拉伸性能测试按ISO527-2(1996)进行，试样尺寸为170×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO178-2003进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；简支梁缺口冲击强度按ISO179-2000进行，试样尺寸为80×6×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；
材料的流动性能通过熔融指数进行评判，综合力学性能通过测试所得的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲模量的数值进行评判，虎皮纹情况通过观察用注塑机注塑的365×70×3.2mm样板表面状态进行评判。本发明实施例1～6与对比例1～3性能检测结果分别见表3。
表3 实施例1～6和对比例1～3聚丙烯复合材料性能测试结果
从实施例1～6与对比例1～3的测试结果对比可以看出，在有增韧剂POE与滑石粉填充的改性聚丙烯复合材料中，聚丁烯-1的加入，对材料所制成的样件虎皮纹情况有很大的改善，即使在有15％POE增韧的材料中虎皮纹情况也有明显的改观。同时聚丙烯复合材料的韧性和刚性得到了较好的平衡，尤其是具有较高的低温冲击强度，这些特性说明该材料非常适合用于汽车仪表板中。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比计，其组分和含量为：
聚丙烯 45～80％；
无机填料 10～30％；
增韧剂 5～20％；
聚丁烯-1 2～10％；
抗氧剂 0.1～2％；
光稳定剂 0.1～1％；
耐刮擦助剂 0～3％；
色粉或色母粒 0～3％。
2.根据权利要求1所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯聚丙烯为嵌段共聚丙烯，嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％；在230℃、2.16kg负荷条件下熔融指数为5～60g/10min。
3.根据权利要求1所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或几种的组合物，平均粒径为0.5～10微米。
4.根据权利要求1所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为乙烯-辛烯线性共聚物。
5.根据权利要求4所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的乙烯-辛烯线性共聚物的密度为0.88～0.90g/cm3、在230℃和2.16kg负荷条件下熔融指数为0.5～10g/10min。
6.根据权利要求1所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丁烯-1是由丁烯-1聚合而成。
7.根据权利要求7所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丁烯-1密度为0.90～0.92g/cm3，熔化温度为110～130℃，全同结构含量≥86％，结晶度≥45％。
8.根据权利要求1所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；其中，主抗氧剂为受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种混合；辅抗氧剂为亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或几种混合。
9.根据权利要求1所述的汽车仪表板用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；耐刮擦助剂为硅酮类耐刮擦助剂。
10.一种制备权利要求1所述汽车仪表板用聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)按上述重量配比称取各组分；
(2)将步骤(1)称取的各组分在高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将步骤(2)所得产物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
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