CN102911431A - 一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物及其制备方法 - Google Patents

一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物及其制备方法 Download PDF

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李志平
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丁超
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Abstract

本发明公开了一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物及其制备方法。所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物其特征在于，由以重量百分数计聚丙烯66-78％，热稳定剂0-2％，加工助剂0-2％，聚丙烯专用成核剂0-2％，增韧剂10-20％，相容剂2-8％，超细滑石粉5-15％和短切扁平玻璃纤维5-10％制成。制备方法为：将各原料混合后，加入长径比为30-60∶1的双螺杆挤出机中熔融分散，同时将短切扁平玻璃纤维从侧喂料口喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到产品。本发明提供的材料具有高流动性、高刚性、高耐热、低收缩率和后收缩/高尺寸稳定性、高冲击，满足汽车保险杠材料发展的要求。

Description

一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。目前汽车保险杠大部分都采用塑料制造，其中聚丙烯复合材料是制造保险杠的首选。
随着汽车工业的发展汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路上。今天的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一。保险杠作为尺寸非常大的汽车外饰件，尺寸精密度非常重要，装配后不允许出现“面差”，影响汽车美观，同时高温喷漆后要求后收缩较小，因此汽车保险杠要求具有低的收缩率和后收缩，这样注塑过程中可以通过调整工艺参数精确控制尺寸。
传统的保险杠用聚丙烯复合材料一般采用滑石粉填充增加刚性，同时为保证其韧性，添加大量的热塑性弹性体，这种保险杠材料的收缩率尤其是后收缩极大，一方面导致注塑后尺寸稳定性差，同时喷漆后后收缩非常大和不稳定，影响保险杠装配，同时也会造成“面差”，影响汽车美观。
发明内容
本发明的目的是提供一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足汽车保险杠材料发展的需要。
为了达到上述目的，本发明提供了一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，由以下以重量百分数计的原料制成：
聚丙烯            66-78％；
热稳定剂          0-2％；
加工助剂          0-2％；
聚丙烯专用成核剂  0-2％；
增韧剂            10-20％；
相容剂            2-8％；
超细滑石粉        5-15％；
短切扁平玻璃纤维  5-10％。
优选地，所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物的收缩率为0.24～0.5。
优选地，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或两者的混合物，其熔体流动速率为10-1000g/10min。
优选地，所述的热稳定剂为受阻酚类热稳定剂、硫代酯类抗氧剂或两者的混合物。
优选地，所述的加工助剂为乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)。
优选地，所述的聚丙烯专用成核剂为有机磷酸盐类成核剂。
优选地，所述的增韧剂为聚乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物中的任意一种或两种以上的混合物。
优选地，所述的相容剂为极性单体接枝聚合物。
更优选地，所述的极性单体接枝聚合物为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物或其混合物。
优选地，所述的短切扁平玻璃纤维(flat fiber)为聚丙烯专用无碱短切玻璃纤维，其玻纤截面为扁平状，截面宽厚比为2-10∶1。
本发明还提供了上述低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、聚丙烯专用成核剂、增韧剂、超细滑石粉和相容剂混合后，加入长径比为30-60∶1的双螺杆挤出机中熔融分散，同时将短切扁平玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料口喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。
优选地，所述的双螺杆挤出机的长径比为40∶1，该双螺杆挤出机在挤出造粒时的各段温度为190-240℃。
本发明制备了一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，该复合材料由于采用扁平玻璃纤维(flat fiber)替代了部分超细滑石粉，不仅显著提高了聚丙烯复合材料刚性和耐热性，同时大大降低了材料的收缩率和后收缩。而且由于扁平玻璃纤维的截面呈现扁平状，纤维整体呈现类似滑石粉的片状结构，因此流动性远远高于通常的圆形截面玻璃纤维，制件表面没有浮纤，而且注塑过程中在制件内部的分布趋向于各向同性，因此也不会产生一般玻纤增强材料所出现的翘曲变形现象。
本发明采用短切扁平玻璃纤维(flat fiber)替代部分超细滑石粉，增加了材料刚性，显著降低了材料的收缩率和后收缩，同时扁平玻纤不会造成制件表面浮纤以及翘曲变形。
此外，本发明中的热稳定剂的作用是抑制加工过程中聚丙烯产生的降解；加工助剂的作用是促进共混物各成分之间的良好分散性；聚丙烯专用成核剂的作用是提高材料注塑过程中的结晶速率，缩短注塑成型周期；增韧剂的作用是增加材料在低温状态下的韧性，防止制件在极端低温下发脆；相容剂的作用是增加聚丙烯和短切扁平玻璃纤维之间的界面相容性。
本发明采用扁平玻璃纤维替代部分滑石粉，与现有技术相比，极大地降低了材料的收缩率和后收缩，使保险杠实现了高尺寸稳定性，同时本发明所用扁平玻璃纤维不同于传统玻璃纤维，由于截面为扁平状，具有高流动性和各相同性的特点，克服了传统玻璃纤维易翘曲和浮纤严重的缺点。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
第一步：将77公斤聚丙烯PP M2600R(MI＝25g/10min)、0.4公斤酚类热稳定剂Irganox 1010、0.1公斤硫代酯类抗氧剂DLTP、0.5公斤聚丙烯专用成核剂NA-11(日本旭电化公司生产)、10公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SBS4402(燕山石化公司生产)、2公斤马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯TRD-318S(斯瑞达塑业公司生产)、5公斤3000目超细滑石粉采用高混机充分混合；
第二步：将第一步得到的混合物以95公斤/小时的速率输送到长径比为60∶1的双螺杆挤出机中熔融分散，同时将5公斤短切无碱扁平玻璃纤维NITTOBOCSG3PA-870(横截面轴的长径比为＝2)通过失重式计量秤从侧喂料口以5公斤/小时的速率加入，挤出造粒，挤出机的各段温度设为190℃，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。经测试，其性能如下：
表1
  性能   单位   测试标准   测试结果
  密度   g/cm3   ISO 1183-93   0.97
  熔体流动速率   g/10min   ISO 1133-93   17
  拉伸强度   MPa   ISO527/2-93   23.5
  弯曲模量   MPa   ISO178-93   2550
  23℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   41
  -30℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   10.5
  热变形温度(0.45Mpa)   ℃   ISO 75-93   122
  收缩率(23℃，24hr)   ％   ISO 2577   0.4
  后收缩率(80℃，48hr)   ％   ISO 2577   0.04
实施例2
第一步：将63公斤聚丙烯PP BX3900(MI＝60g/10min)、0.5公斤酚类热稳定剂1010、0.5公斤抗氧剂DSTP、0.5公斤乙撑双硬脂酸酰胺EBS(日本花王)、0.5公斤聚丙烯专用成核剂NA-11(余姚天喏塑化有限公司)、15公斤聚乙烯HDPE5000S(燕山石化)、5公斤马来酸酐接枝聚乙烯GR320(美国陶氏)、8公斤5000目超细滑石粉采用高混机充分混合；
第二步：将第一步得到的混合物以93公斤/小时的速率输送到长径比为30∶1的双螺杆挤出机中熔融分散，同时将7公斤短切无碱扁平玻璃纤维NITTOBOCSG3PA-820(横截面轴的长径比为＝4)通过失重式计量秤从侧喂料口以7公斤/小时的速率加入，挤出造粒，挤出机的各段温度设为220℃，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。经测试，其性能如下：
表2
  性能   单位   测试标准   测试结果
  密度   g/cm3   ISO 1183-93   1.01
  熔体流动速率   g/10min   ISO 1133-93   22
  拉伸强度   MPa   ISO527/2-93   26
  弯曲模量   MPa   ISO178-93   2720
  23℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   45
  -30℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   13.1
  热变形温度(0.45Mpa)   ℃  ISO 75-93   127
  收缩率(23℃，24hr)   ％   ISO 2577   0.3
  后收缩率(80℃，48hr)   ％   ISO 2577   0.03
实施例3
第一步：将45公斤聚丙烯PP BX3920(MI＝100g/10min)、1公斤酚类热稳定剂1076、1公斤抗氧剂DLTP、2公斤聚丙烯专用成核剂NA-21(日本旭电化)、20公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SBS 4402(燕山石化)、6公斤马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯TRD-318S(斯瑞达塑业)、15公斤3000目滑石粉采用高混机充分混合；
第二步：将第一步得到的混合物以90公斤/小时的速率输送到长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融分散，同时将10公斤短切无碱扁平玻璃纤维CS 7928，BAYERAG，德国(具有椭圆形横截面，)通过失重式计量秤从侧喂料口以10公斤/小时的速率加入，挤出造粒，挤出机的各段温度设为240℃，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。经测试，其性能如下：
表3
  性能   单位   测试标准   测试结果
  密度   g/cm3   ISO1183-93   1.05
  熔体流动速率   g/10min   ISO 1133-93   40
  拉伸强度   MPa   ISO527/2-93   28.9
  弯曲模量   MPa   ISO178-93   3025
  23℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   50
  -30℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   16.9
  热变形温度(0.45Mpa)   ℃   ISO 75-93   130
  收缩率(23℃，24hr)   ％   ISO 2577   0.25
  后收缩率(80℃，48hr)   ％   ISO 2577   0.02
实施例4
第一步：将60公斤聚丙烯PP BX3800(MI＝30g/10min)、0.3公斤酚类热稳定剂1076、0.2公斤抗氧剂DSTP，0.5公斤加工助剂EBS、18公斤氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(科腾2705Z)、3公斤马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯TRD-318S(斯瑞达塑业)、13公斤3000目超细滑石粉采用高混机充分混合；
第二步：将第一步得到的混合物以95公斤/小时的速率输送到长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，熔融混合分散，同时将5公斤短切无碱扁平玻璃纤维NITTOBO CSG3PA-870(横截面轴的长径比为＝2)通过失重式计量秤从侧喂料口以5公斤/小时的速率加入，挤出造粒，挤出机的各段温度设为190℃，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。经测试，其性能如下：
表4
  性能   单位   测试标准   测试结果
  密度   g/cm3   ISO 1183-93   0.97
  熔体流动速率   g/10min   ISO 1133-93   20
  拉伸强度   MPa   ISO527/2-93   22
  弯曲模量   MPa   ISO178-93   2550
  23℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   41
  -30℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   11.5
  热变形温度(0.45Mpa)   ℃   ISO 75-93   120
  收缩率(23℃，24hr)   ％   ISO 2577   0.4
  后收缩率(80℃，48hr)   ％   ISO 2577   0.04
实施例5
第一步：将58公斤聚丙烯PP BX3920(MI＝100g/10min)、1公斤酚类热稳定剂3114、1公斤抗氧剂DSTP、1公斤加工助剂EBS、15公斤苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SBS 4402(燕山石化)、6公斤氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(科腾2705Z)、10公斤3000目滑石粉采用高混机充分混合；
第二步：将第一步得到的混合物以92公斤/小时的速率输送到长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，熔融混合分散，同时将8公斤短切无碱扁平玻璃纤维CS7928，BAYER AG，德国(具有椭圆形横截面)通过失重式计量秤从侧喂料口以8公斤/小时的速率加入，挤出造粒，挤出机的各段温度设为240℃，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。经测试，其性能如下：
表5
  性能  单位   测试标准   测试结果
  密度  g/cm3   ISO 1183-93   1.02
  熔体流动速率  g/10min   ISO 1133-93   22
  拉伸强度  MPa   ISO527/2-93   24
  弯曲模量  MPa   ISO178-93   2620
  23℃缺口冲击强度  KJ/m2   ISO180-93   48
  -30℃缺口冲击强度  KJ/m2   ISO180-93   15.2
  热变形温度(0.45Mpa)  ℃   ISO 75-93   122
  收缩率(23℃，24hr)  ％   ISO 2577   0.3
  后收缩率(80℃，48hr)  ％   ISO 2577   0.03
实施例6
第一步：将41公斤聚丙烯PP BX3920(MI＝100g/10min)、1公斤酚类热稳定剂1010、1公斤抗氧剂DSTP、2公斤加工助剂EBS、2公斤聚丙烯专用成核剂NA-40((日本旭电化))、20公斤氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(科腾2705Z)、8公斤马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯TRD-318S(斯瑞达塑业)、15公斤3000目滑石粉采用高混机充分混合；
第二步：将第一步得到的混合物以90公斤/小时的速率输送到长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，熔融混合分散，同时将10公斤短切无碱扁平玻璃纤维CS7928，BAYER AG，德国(具有椭圆形横截面)通过失重式计量秤从侧喂料口以10公斤/小时的速率加入，挤出造粒，挤出机的各段温度设为240℃，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。经测试，其性能如下：
表6
  性能   单位   测试标准   测试结果
  密度  g/cm3   ISO 1183-93   1.01
  熔体流动速率  g/10min   ISO 1133-93   35
  拉伸强度  MPa   ISO527/2-93   27
  弯曲模量  MPa   ISO178-93   2925
  23℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   42
  -30℃缺口冲击强度   KJ/m2   ISO180-93   15.3
  热变形温度(0.45Mpa)   ℃   ISO 75-93   125
  收缩率(23℃，24hr)   ％   ISO 2577   0.24
  后收缩率(80℃，48hr)   ％   ISO 2577   0.03
本发明提供的材料具有高流动性、高刚性、高耐热、低收缩率和后收缩/高尺寸稳定性、高冲击，满足汽车保险杠材料发展的要求。经检测，熔体流动速率≥15g/10min，拉伸强度≥20MPa，弯曲模量≥2000MPa，(23℃)缺口冲击强度≥40KJ/m2，(-30℃)缺口冲击强度≥10KJ/m2，热变形温度(0.45Mpa)≥120℃，收缩率(23℃，24hr)≤0.4％，后收缩率(80℃，48hr)≤0.04％。
本发明采用扁平玻璃纤维替代部分滑石粉，与现有技术相比，极大的降低了材料的收缩率和后收缩，使保险杠实现了高尺寸稳定性，同时本发明所用扁平玻璃纤维不同于传统玻璃纤维，由于截面为扁平状，具有高流动性和各相同性的特点，克服了传统玻璃纤维易翘曲和浮纤严重的缺点。

Claims (10)

1.一种低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，由以下以重量百分数计的原料制成：
聚丙烯           66-78％；
热稳定剂         0-2％；
加工助剂         0-2％；
聚丙烯专用成核剂 0-2％；
增韧剂           10-20％；
相容剂           2-8％；
超细滑石粉       5-15％；
短切扁平玻璃纤维 5-10％。
2.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，收缩率为0.24～0.5。
3.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或两者的混合物，其熔体流动速率为10-1000g/10min。
4.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，所述的热稳定剂为受阻酚类热稳定剂、硫代酯类抗氧剂或两者的混合物。
5.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，所述的加工助剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
6.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，所述的聚丙烯专用成核剂为有机磷酸盐类成核剂。
7.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，所述的增韧剂为聚乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物中的任意一种或两种以上的混合物。
8.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，所述的相容剂为极性单体接枝聚合物。
9.如权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物，其特征在于，所述的短切扁平玻璃纤维为聚丙烯专用无碱短切玻璃纤维，其玻纤截面为扁平状，截面宽厚比为2-10∶1。
10.权利要求1所述的低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、聚丙烯专用成核剂、增韧剂、超细滑石粉和相容剂混合后，加入长径比为30-60∶1的双螺杆挤出机中熔融分散，同时将短切扁平玻璃纤维通过失重式计量秤从侧喂料口喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到低收缩率汽车保险杠专用聚丙烯复合物。
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