CN103073790A - 一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料及其制备方法，本发明的复合材料按以下重量百分比的原料配制成：聚丙烯52～96，无机填料0～25，增韧剂POE0～15，成核剂0.05～0.4，有机硅母粒0.5～4，抗氧剂0.1～1，光稳定剂0.1～1，颜色色粉或色母粒0～2。本发明的优点是：1、在聚丙烯复合材料体系中添加适量成核剂和有机硅母粒，使得所制得的聚丙烯复合材料具有更好的耐表面摩擦损伤性能。2、在保证材料耐表面摩擦损伤性能的同时，材料的各项物理力学性能基本不受影响。3、制备工艺简单、生产成本低。

Description

一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料及其制备方法，可用于汽车内饰，属于聚合物改性和加工技术领域。

背景技术

聚丙烯具有良好的物理、力学、化学性能及易加工性能，同时质轻、价廉、易回收因而广泛应用于汽车内外饰件。但聚丙烯材料的表面硬度相比其他材料低，耐摩擦损伤性能较差，当应用于仪表板、门内板、手套箱等汽车内饰件时，这些部件在使用过程中，难免会受到外界硬物如手指甲的碰擦而被损伤。这会直接影响汽车的美观，严重影响了其在汽车饰件中的应用。汽车公司针对相关性能比如耐摩擦损伤性能提出了相应的要求，因此，如何提高聚丙烯材料的耐摩擦损伤性能就成为了开发这类材料急需解决的问题。

有关提高聚丙烯耐划伤性能已有一些报道，提出了一些解决方案，如聚丙烯填充增强，提高聚丙烯的结晶度，加入一些含有有机硅氧烷的方法。国外专利W002051933涉及到用云母代替部分滑石粉提高材料硬度的方法来改善材料的耐划伤性能。日本专利特开平6-220270报道在聚丙烯改性中通过加入成核剂提高表面硬度，来达到改善耐划伤性能的目的，同时发现增大橡胶用量也可提高耐划伤性能。中国专利CN1631959A中采用高结晶聚丙烯与滑石粉共混，制备了具有高刚性高耐热的耐划痕滑石粉填充聚丙烯。美国专利US5585420及US5731376涉及到加入高分子硅氧烷的方法提高材料的耐划伤性能，未提及橡胶增韧。中国专利CN1580115A提到采用橡胶增韧技术，并加入高分子量有机硅弹性体及成核剂NA-21使材料的刚性和韧性达到了良好的平衡。

虽然以上方法在特定组分与体系中解决了一定的耐表面摩擦损伤性能，但不能从根本上解决耐表面耐损伤性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决现有技术的上述问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

为了提高聚丙烯复合材料的耐表面摩擦损伤性能，本发明的技术方案是在聚丙烯材料的基础配方中加入成核剂及有机硅母粒，以提高聚丙烯材料的表面硬度，降低摩擦系数，从而有效地改善聚丙烯复合材料的耐表面摩擦损伤性能。

一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制成：

聚丙烯                                       52～96，

无机填料                                     0～25，

增韧剂POE                                    0～15，

成核剂                                       0.05～0.4，

有机硅母粒                                   0.5～4，

抗氧剂                                       0.1～1，

光稳定剂                                     0.1～1，

颜色色粉或色母粒                             0～2。

更为优选的是：

一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制成：

聚丙烯                                       60～75，

无机填料                                     10～25，

增韧剂POE                                    5～10，

成核剂                                       0.2，

有机硅母粒                                   2，

抗氧剂                                       0.1～1，

光稳定剂                                     0.1～1，

颜色色粉或色母粒                             1～2。

本发明所适用的聚丙烯复合材料体系中，

所述的聚丙烯为熔体流动速率（测试条件：230℃×2.16kg）在5～60g/10min之间的均聚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%的范围内，均聚聚丙烯的结晶度在70%以上，等规度大于99%。

所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡或它们的组合物，其粒径范围均为1～10微米。

所述的增韧剂POE为线形乙烯-辛烯共聚物,密度为0.88～0.90g/cm³，熔融指数为0.5～15g/10min（测试条件：190℃×2.16kg）。

所述的成核剂为磷酸酯类成核剂、苯甲酸盐类成核剂、芳香族胺类、山梨糖醇酯类成核剂中的至少一种。

所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂选用受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种，如3114、1010、DSTP的其中一种或几种；辅抗氧剂选用亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或两种，如618、168。

所述的光稳定剂选用受阻胺类光稳定剂，如944和770中的一种或两种的组合物。

所述的有机硅母粒为一种圆柱状的高浓度有机硅添加剂，其有效成分是一种没有交联的超大分子量聚二甲基硅氧烷，载体是气相二氧化硅，有机硅含量大约在65%(质量百分比)。

这种耐表面摩擦损伤聚丙烯复合材料的制备方法如下所述：

（1）按重量配比称取原料；

（2）将聚丙烯、滑石粉、增韧剂、成核剂、有机硅母粒、抗氧剂、光稳定剂或其他添加剂在高速混合器中混合3～5分钟；

（3）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190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa。

本发明在聚丙烯复合材料基础配方中添加成核剂及有机硅母粒，从而制备出耐表面摩擦损伤性能更好的聚丙烯材料。

本发明的优点是：

1、本发明在聚丙烯复合材料体系中添加适量成核剂和有机硅母粒，使得所制得的聚丙烯复合材料具有更好的耐表面摩擦损伤性能。

2、本发明所制得的聚丙烯复合材料在保证材料耐表面摩擦损伤性能的同时，材料的各项物理力学性能基本不受影响。

3、本发明提出的改善聚丙烯复合材料耐表面摩擦损伤性能的方法制备工艺简单、生产成本低。

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：

在实施例及对比例材料配方中，所用的聚丙烯为上海石化生产的共聚聚丙烯，商品牌号为M2600R。无机填料为5000目滑石粉，平均粒径为2.5微米。所用的增韧剂POE为美国Dupont公司产的线形乙烯-辛烯共聚物，商品牌号Engage8180，密度为0.863g/cm3，熔体流动速率为0.5g/10min。所用的成核剂为日本旭电化公司生产的成核剂NA-21(主组分为双[2,2′亚甲基双(4,6二叔丁基苯氧基)磷酸]羟基铝)，其为无色粉末，其添加量的重量百分比为0.05～0.4％。所用的有机硅母粒为瓦克化学公司生产的

Pellet S，一种圆柱状的高浓度有机硅添加剂，其有效成分是一种没有交联的超大分子量聚二甲基硅氧烷，载体是气相二氧化硅，有机硅含量大约在65%(质量百分比)，其添加量的重量百分比为0.5～4％。所用的主抗氧剂为英国ICE公司产的DSTP，商品牌号为Negonox DSTP，化学名称为硫代二丙酸十八酯，以及BASF公司产的3114，商品牌号为Irganox3114，化学名称为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯。辅抗氧剂为BASF公司产的168，商品牌号为Irgafos168，化学名称为三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯。所用的光稳定剂为BASF公司产的944，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-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]｝，以及BASF公司产的770，化学名称为双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。

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℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa。

性能评价方式及实行标准:

将按上述方法制备的粒子材料，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。

耐表面摩擦损伤性能测试：注射成型样板尺寸150×100×3.2mm，参照大众标准PV3974，用划痕硬度测试仪ERICHSEN430P-I，采用直径为16mm、厚度为1mm金属圆盘边缘垂直于样板表面进行表面摩擦损伤试验，负荷为3N，划擦间隔0.5mm，纵向和横向各划80条线。采用日本美能达公司生产的Multi-Gloss268光泽度仪测试样板划格前后的光泽度变化，记录材料的ΔG值，从而鉴别材料的耐表面摩擦损伤性能。

拉伸性能测试：按ISO527-2标准进行，试样尺寸为170*10*4mm，拉伸速度为50mm/min；

弯曲性能测试：按ISO178标准进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm，弯曲模量按切线方向进行；

简支梁冲击强度测试：按ISO179标准进行，试样尺寸为80*6*4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；

材料的综合力学性能通过测试所得的缺口冲击强度、拉伸强度及弯曲模量的数值进行评判。

材料的耐表面摩擦损伤性能根据材料表面的光泽度变化标度ΔG的值来评判。ΔG的数值越小，表示材料的耐表面摩擦损伤性能越好。实施例配方及各项性能测试结果见下表：

表1实施例1-7及对比例1-4材料配方表（重量%）

表2实施例1-7及对比例1-4材料性能表

从实施例1-4与对比例1的对比，实施例5与对比例2的对比,实施例6与对比例3以及实施例7与对比例4的对比可以看出，成核剂及有机硅母粒对聚丙烯复合材料的耐表面摩擦损伤性能有很大的提高，其中添加0.2%成核剂、2%有机硅母粒时对提高PP材料的耐表面摩擦损伤性能已较为显著。此时，材料不仅具备很好的耐表面摩擦损伤性能，同时材料的基本物理力学性能也能较好地保持。

Claims (11)

1.一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：按以下重量百分比的原料配制成：

聚丙烯                                       52～96，

无机填料                                     0～25，

增韧剂POE                                    0～15，

成核剂                                       0.05～0.4，

有机硅母粒                                   0.5～4，

抗氧剂                                       0.1～1，

光稳定剂                                     0.1～1，

颜色色粉或色母粒                             0～2。

2.根据权利要求1所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：按以下重量百分比的原料配制成：

聚丙烯                                       60～75，

无机填料                                     10～25，

增韧剂POE                                    5～10，

成核剂                                       0.2，

有机硅母粒                                   2，

抗氧剂                                       0.1～1，

光稳定剂                                     0.1～1，

颜色色粉或色母粒                             1～2。

3.根据权利要求1或2所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为熔体流动速率在5/10min～60g/10min之间的均聚聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中，嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，其含量在4～10mol%的范围内，均聚聚丙烯的结晶度在70%以上，等规度大于99%。

4.根据权利要求1或2所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，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几种混合，其粒径范围均为1～10微米。

5.根据权利要求1或2所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂POE为线形乙烯-辛烯共聚物,密度为0.88～0.90g/cm³，测试条件：190℃×2.16kg下的熔融指数为0.5～15g/10min。

6.根据权利要求1或2所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的成核剂为磷酸酯类成核剂、苯甲酸盐类成核剂、芳香族胺类和山梨糖醇酯类成核剂中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂选用受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种，辅抗氧剂选用亚磷酸盐和酯类抗氧剂中的一种或两种。

8.根据权利要求7所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：主抗氧剂选用3114、1010和DSTP中的一种或几种；辅抗氧剂选用618和168中的一种或两种。

9.根据权利要求1或2所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳定剂选用受阻胺类光稳定剂，具体为944和770中的一种或两种的组合物。

10.根据权利要求1或2所述的一种耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的有机硅母粒为一种圆柱状的高浓度有机硅添加剂，其有效成分是一种没有交联的超大分子量聚二甲基硅氧烷，载体是气相二氧化硅；按质量百分比计，有机硅含量为65%。

11.一种制备权利要求1或2所述的耐表面摩擦损伤的聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：具体步骤如下所述：

（1）按重量配比称取原料；

（2）将原料置于高速混合器中混合3～5分钟；

（3）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190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa。