CN103030883A - 一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料及其制备方法，由下列重量百分比的原料组成：聚丙烯55-94%，流动改性剂0.5-5%，结晶促进剂0.1-1%，无机填料5-30%，弹性体增韧剂0-20%，稳定剂0.1-2%，其它添加剂0-5%。本发明的优点是：1、使用流动改性剂合理改善材料的流动性能，在保持韧性不降低的基础上缩短塑化和注射时间。2、使用结晶促进剂改善材料结晶性能，有效减少冷却时间，从而明显缩短整个注塑周期，同时保持材料机械性能不损失。

Description

一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯复合材料；具体为一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料及其制备方法；属于聚合物改性和加工领域。

背景技术

随着汽车工业的迅猛发展，越来越多包括聚丙烯在内的塑料原料被应用于汽车内外饰件中，成为汽车轻量化进程的重要标志。但随着汽车产量的井喷式增长，随之配套的塑料内外饰制品的用量也急剧增长，而塑料制品的生产效率主要取决于熔融注塑周期的长短，本发明的目的在于从多种途径缩短注塑周期，提高制品生产效率，同时不损失产品机械性能。

一个典型的塑料注塑周期主要包括合模、注射、保压、塑化、冷却和开模过程，其中合模和开模过程主要取决于注塑机、机械手和生产工人熟练度等决定的生产运转周期，一般很难缩短或改变；保压过程则决定了制品的外观和熔胶的饱和度，随意减少保压时间很可能明显影响制品质量；塑化储料阶段一般与冷却阶段同时进行，而且要短于后者，因此不会影响整个生产周期。综上，缩短注塑周期的突破点只剩下注射阶段和保压阶段。

以整个注射周期60秒计算，注射周期约需3-7秒，冷却时间约需30秒，是整个生产周期中最长的阶段，也是决定整个生产周期长短最重要的过程。一般来说，通过配方调整来提高材料的熔融指数，可以有效提高熔体流动性，从而缩短注射和塑化时间，但上述调整一般会不同程度损失材料性能，尤其是冲击韧性，本发明将优选合理的流动改性剂来做上述调整，提高流动性的同时尽可能少的损失机械性能。另一方面，冷却时间更多的取决于材料的结晶性能，主要包括结晶速度和结晶度，本发明将选择合理用量和种类的结晶促进剂，有效提高材料的结晶速度，从而明显降低冷却时间，对提高总体生产效率提供最有力的贡献。

发明内容

本发明的目的在于开发一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，以减少成型注塑过程的所需时间。

本发明的另一个目的是为了提供这种聚丙烯复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，由下列重量百分比的原料组成：

其中，

所述的聚丙烯在230℃×2.16kg条件下，熔体流动速率为0.5-100g/10min之间的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4-10mol%范围内。

所述的流动改性剂为超高流动性聚丙烯，进而所述超高流动性聚丙烯为熔体流动速率在230℃×2.16kg测试条件下大于500g/10min的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量为4-10mol%。

所述的结晶促进剂为二卞叉山梨醇、芳基磷酸酯盐、取代芳基酰胺、取代苯甲酸铝盐和脱氢松香酸皂中的一种或两种以上的组合物，优选芳基磷酸酯盐。

所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或两种以上的组合物，其平均粒径为0.5-20μm；优选平均粒径为1-10μm的滑石粉。

所述的弹性体增韧剂为任何合适的聚烯烃弹性体，包括但不限于聚丁二烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、乙烯-辛烯共聚物(POE)等中的一种或两种以上的组合物，优选POE弹性体，熔体流动速率在230℃×2.16kg测试条件下为0.5-50g/10min。

所述的稳定剂包括本领域技术人员认为所需的主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，辅助抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂。

所述的添加剂包括本领域技术人员认为所需的着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、加工助剂、抗静电助剂、抗微生物助剂、润滑剂中的一种或以上的组合物。

上述可快速注塑成型的聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：

1)按重量配比称取原料；

2)将原料置于高速混合器中干混3-15分钟，将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒；其中螺筒内温度为：一区190-200℃，二区190-210℃，三区190-210℃，四区190-210℃，机头190-220℃，双螺杆挤出机转速为100-1000转/分。

本发明的优点是：

1、使用流动改性剂合理改善材料的流动性能，在保持韧性不降低的基础上缩短塑化和注射时间。

2、使用结晶促进剂改善材料结晶性能，有效减少冷却时间，从而明显缩短整个注塑周期，同时保持材料机械性能不损失。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。

在实施例及对比例的复合材料配方中，所用聚丙烯为熔体流动速率（230℃×2.16kg）10-100g/10min的均聚丙烯及嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，其含量在4-10mol%范围内。

所用流动改性剂为熔体流动速率（230℃×2.16kg）为800g/10min的超高流动性共聚丙烯。

所用结晶促进剂为日本旭电化公司的芳基磷酸酯盐NA-11。

所用无机填料为平均粒径1-10μm的滑石粉。

所用增韧剂为DOW公司的乙烯辛烯共聚物POE8200。

所用稳定剂为英国ICE公司的Negonox DSTP（化学名称为硫代二丙酸硬脂醇酯）、Ciba公司的Irganox1010（化学名称为四[β-（3，5-二叔丁基4羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯）、以及Ciba公司的Igrafos168（化学名称为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯）。

实施例1

按重量百分比称取聚丙烯87.3%、滑石粉10%、流动改性剂2%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例2

按重量百分比称取聚丙烯77.3%、滑石粉20%、流动改性剂2%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例3

按重量百分比称取聚丙烯67.3%、滑石粉30%、流动改性剂2%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例4

按重量百分比称取聚丙烯68.3%、滑石粉20%、POE弹性体10%、流动改性剂1%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例5

按重量百分比称取聚丙烯67.3%、滑石粉20%、POE弹性体10%、流动改性剂2%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例6

按重量百分比称取聚丙烯57.3%、滑石粉20%、POE弹性体20%、流动改性剂2%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例7

按重量百分比称取聚丙烯65.3%、滑石粉20%、POE弹性体10%、流动改性剂4%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例8

按重量百分比称取聚丙烯67%、滑石粉20%、POE弹性体10%、流动改性剂2%、结晶促进剂0.5%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例9

按重量百分比称取聚丙烯66.7%、滑石粉20%、POE弹性体10%、流动改性剂2%、结晶促进剂0.8%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

对比例1

按重量百分比称取聚丙烯79.5%、滑石粉20%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

对比例2

按重量百分比称取聚丙烯67.5%、滑石粉20%、POE弹性体10%、流动改性剂2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

对比例3

按重量百分比称取聚丙烯69.3%、滑石粉20%、POE弹性体10%、结晶促进剂0.2%、Irganox1010为0.1%、Igrafos168为0.1%、Negonox DSTP为0.3%，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为：一区200℃，二区210℃，三区210℃，四区210℃，机头220℃，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

性能评价方式：

样品密度测试按ISO1183A标准进行；样品熔体流动速率测试按ISO1133标准（230℃×2.16kg）进行；弯曲性能测试按ISO178标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，跨距64mm，弯曲速度2mm/min；简支梁冲击性能测试按ISO179标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。

注塑过程使用海天注塑机制作355*70*3.2mm的样板，注射时间为同样射速下型腔内实际注射时间；冷却时间为使用Mold Flow软件模拟最佳成型所需的最短冷却时间；注塑周期过程为包括上述注射和冷却时间在内的一个完整注塑周期的所需的实际总时间。

各实施例及对比例配方及性能测试结果见下列各表：

表1实施例1-9及对比例1-3材料配方(重量%)

表2实施例1-9及对比例1-3性能测试结果

对比例1与实施例1-3比较可以看出，滑石粉填料的增加会阻碍结晶并使得冷却时间延长，对注射时间影响不大，而流动改性剂和结晶促进剂的加入缩短了注射时间和冷却时间；实施例2、5、6比较可以看出，弹性体用量的增加使得流动性明显下降，注射时间和冷却时间均不同程度延长，虽然材料韧性明显提高，但刚性损失严重。对比例2与实施例5、8、9比较可以看出，在都有流动改性剂的情况下，结晶促进剂的增加使冷却时间持续缩短，在超过一定用量后增势趋缓，同时冲击韧性有所下降；对比例3与实施例4、5、7比较可以看出，在结晶促进剂用量相同的情况下，流动改性剂的增加使得熔体流动性逐渐提高，注射时间逐渐减少，在达到某一用量后趋势放缓，同时冲击韧性下降；综上，实施例5和实施例8在保持韧性刚性平衡的基础上，实际注塑周期最短，与对比例1相比可以提高约20%的生产效率。

Claims (12)

1.一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：由下列重量百分比的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯在230℃×2.16kg条件下，熔体流动速率为0.5-100g/10min之间的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4-10mol%范围内。

3.根据权利要求1所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的流动改性剂为超高流动性聚丙烯，进而所述超高流动性聚丙烯为熔体流动速率在230℃×2.16kg测试条件下大于500g/10min的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量为4-10mol%。

4.根据权利要求1所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的结晶促进剂为二卞叉山梨醇、芳基磷酸酯盐、取代芳基酰胺、取代苯甲酸铝盐和脱氢松香酸皂中的一种或两种以上的组合物。

5.根据权利要求4所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的结晶促进剂为芳基磷酸酯盐。

6.根据权利要求1所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，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两种以上的组合物，其平均粒径为0.5-20μm。

7.根据权利要求6所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无机填料为平均粒径为1-10μm的滑石粉。

8.根据权利要求1所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的弹性体增韧剂为聚烯烃弹性体，包括但不限于聚丁二烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶和乙烯-辛烯共聚物中的一种或两种以上的组合物。

9.根据权利要求8所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的弹性体增韧剂为POE弹性体，熔体流动速率在230℃×2.16kg测试条件下为0.5-50g/10min。

10.根据权利要求1所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的稳定剂为所需的主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，辅助抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂。

11.根据权利要求1所述的一种可快速注塑成型的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的添加剂包括着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、加工助剂、抗静电助剂、抗微生物助剂和润滑剂中的一种或以上的组合物。

12.一种制备权利要求1所述可快速注塑成型的聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：

其步骤如下：

1)按重量配比称取原料；

2)将原料置于高速混合器中干混3-15分钟，将混合后的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒；其中螺筒内温度为：一区190-200℃，二区190-210℃，三区190-210℃，四区190-210℃，机头190-220℃，双螺杆挤出机转速为100-1000转/分。