CN103333408B - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料及其成型加工领域，公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。该聚丙烯复合材料，由以下质量分数的组分组成：聚丙烯81～93.5%，茂金属聚丙烯弹性体5～17.5%，热稳定剂1～2%，聚丙烯专用成核剂0.5～2%。本发明还公开了该聚丙烯复合材料的制备方法：将聚丙烯、茂金属聚丙烯弹性体、热稳定剂和聚丙烯专用成核剂混合分散，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。本发明制备得到的聚丙烯复合材料拉伸强度≥25MPa，常温缺口冲击强度≥5KJ/m2，断裂延伸率≥400%，-20℃铰链折叠次数≥104次，热氧老化后断裂延伸率保持率≥95%，可应用于制备汽车扎带中。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料及其成型加工领域，特别涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
汽车扎带对固定汽车内部电缆线束起着重要作用，由于汽车电缆线束所处环境温度从极端低温-40℃到极端高温85℃，因此汽车扎带料一般要有优异的耐热老化性能、优异的耐热性、优异的低温韧性和优异的耐折叠性能，并且折叠之后不允许出现发白现象。
目前，汽车扎带料主要采用尼龙材料与马来酸酐接枝热塑性弹性体共混改性制备，这种材料的耐热性、耐老化性以及低温韧性都很优异，同时折叠之后不发白，但是由于热塑性弹性体在尼龙基体中呈现海岛状分布，不是分子级相容，因此该材料的耐折叠性较差，同时尼龙材料和马来酸酐接枝热塑性弹性体的价格非常昂贵，降本压力非常大。
茂金属聚丙烯弹性体具有优异的弹性、耐折叠性和低温韧性，但其应用于挤出加工时，剪切热量、螺杆转矩和马达电流高，限制了其应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种聚丙烯复合材料。该复合材料采用茂金属聚丙烯弹性体改性聚丙烯，赋予聚丙烯优异的耐折叠性能；同时由于茂金属聚丙烯弹性体与聚丙烯呈分子级相容，无需使用相容剂，即可得到不存在折叠发白现象的复合材料；聚丙烯材料属于通用塑料，价格比尼龙材料低，改性后的聚丙烯扎带料具有更高的性价比优势，解决了汽车扎带料成本居高不下的难题。
本发明另一目的在于提供一种上述聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述聚丙烯复合材料在制备汽车扎带中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种聚丙烯复合材料，由以下质量分数的组分组成：
所述茂金属聚丙烯弹性体的质量分数为17.5%。
所述的聚丙烯指均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯中的至少一种。
所述均聚聚丙烯的熔体流动速率为0.01～100g/10min。
所述无规共聚聚丙烯的熔体流动速率为0.01～100g/10min。
所述的茂金属聚丙烯弹性体（mPP）指丙烯含量为80～99wt%，熔体流动速率为0.5～100g/10min的茂金属聚丙烯。使用高丙烯含量的茂金属聚丙烯，防止茂金属用量过高，材料刚性下降，导致汽车扎带使用时插拔力不足。
所述的热稳定剂指酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类和杯芳烃中的至少一种。
优选地，所述的热稳定剂指酚类热稳定剂1010、亚磷酸酯类热稳定剂627A和硫代酯类热稳定剂412S中的至少一种，更优选为质量比为1:1的酚类热稳定剂1010和硫代酯类热稳定剂412S。
所述的聚丙烯专用成核剂指滑石粉、山梨醇类和有机磷酸盐类中的至少一种。上述成核剂为常用的阿尔法成核剂，添加成核剂是为了使材料在注塑过程中在模具中稳定结晶成型，缩短加工周期。
优选地，所述的聚丙烯专用成核剂指TMP-5、HPN-20E和Millad3988中的至少一种，更优选为TMP-5。
一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，具体包含以下步骤：
将聚丙烯、茂金属聚丙烯弹性体、热稳定剂和聚丙烯专用成核剂混合分散，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
所述的挤出造粒指在长径比为40:1、各段温度设置在190～240℃的双螺杆挤出机中挤出造粒。
上述聚丙烯复合材料在制备汽车扎带中的应用。
本发明的机理为：
茂金属聚丙烯弹性体具有优异的弹性、耐折叠性和低温韧性，利用其对聚丙烯进行改性，赋予聚丙烯优异的耐折叠性能和低温韧性；同时茂金属聚丙烯弹性体与聚丙烯呈分子级相容，不存在折叠发白现象；使用热稳定剂是防止材料老化降解，成核剂是为了缩短加工周期，因此利用茂金属聚丙烯弹性体、热稳定剂和成核剂对聚丙烯进行改性，可得到性能优异，适用于制备汽车扎带的复合材料。
本发明的相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
（1）本发明制备得到的聚丙烯复合材料具有优异的耐热老化性和常温、低温折叠性能，拉伸强度≥25MPa，常温（23℃）缺口冲击强度≥5KJ/m2，断裂延伸率≥400%，-20℃铰链（0.5mm）折叠次数≥104次，热氧老化（150℃，1000h）后断裂延伸率保持率≥95%，满足汽车扎带料的使用性能要求。
（2）本发明使用的聚丙烯为通用塑料，通过添加少量mPP、热稳定剂和成核剂即可得到性能优异的复合材料，实现了汽车扎带材料的高性价比。
（3）本发明复合材料的制备方法简单易行，工艺条件低，可推广工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：对比实施例
将100Kg无规共聚聚丙烯PP SM256（中石化，熔体流动速率3g/10min）在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，其中，一区温度为120℃、二区温度为180℃、三区温度为200℃、四区温度为200℃、五区温度为200℃、六区温度为200℃、七区温度为190℃、八区温度为180℃，挤出造粒，最终得到聚丙烯复合材料。
实施例2：聚丙烯复合材料的制备
将70Kg均聚丙烯（PP T30S，中石化，熔体流动速率3g/10min）、23.5Kg无规共聚聚丙烯（PP SM198，马来西亚大藤）、0.5Kg酚类热稳定剂（1010，汽巴）、0.5Kg亚磷酸酯类热稳定剂（627A，汽巴）、0.5公斤聚丙烯专用成核剂（HPN-20E，美利肯）、5Kg埃克森美孚茂金属聚丙烯（VM6102，丙烯含量95%，熔体流动速率2g/10min）、在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，其中，一区温度为120℃、二区温度为180℃、三区温度为200℃、四区温度为200℃、五区温度为200℃、六区温度为200℃、七区温度为190℃、八区温度为180℃，挤出造粒，最终得到聚丙烯复合材料。
实施例3：聚丙烯复合材料的制备
将88Kg聚丙烯（PP S700，中石化，熔体流动速率10g/10min）、1Kg酚类热稳定剂（1010，汽巴）、1Kg硫代酯类热稳定剂（412S，雅宝）、2Kg聚丙烯专用成核剂（Millad3988，美利肯）、9Kg埃克森美孚茂金属聚丙烯（VM3980，丙烯含量90%，熔体流动速率18g/10min）在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，其中，一区温度为120℃、二区温度为180℃、三区温度为200℃、四区温度为200℃、五区温度为200℃、六区温度为200℃、七区温度为190℃、八区温度为180℃，挤出造粒，最终得到聚丙烯复合材料。
实施例4：聚丙烯复合材料的制备
将86Kg聚丙烯（PP S700，中石化，熔体流动速率10g/10min）、1Kg酚类热稳定剂（1010，汽巴）、1Kg硫代酯类热稳定剂（412S，雅宝）、1Kg聚丙烯专用成核剂（Millad3988，美利肯）、12Kg埃克森美孚茂金属聚丙烯（VM3980，丙烯含量90%，熔体流动速率18g/10min）在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，其中，一区温度为120℃、二区温度为180℃、三区温度为200℃、四区温度为200℃、五区温度为200℃、六区温度为200℃、七区温度为190℃、八区温度为180℃，挤出造粒，最终得到聚丙烯复合材料。
实施例5：聚丙烯复合材料的制备
将81Kg聚丙烯（PP S700，中石化，熔体流动速率10g/10min）、0.5Kg酚类热稳定剂（1010，汽巴）、0.5Kg硫代酯类热稳定剂（412S，雅宝）、0.5Kg聚丙烯专用成核剂（TMP-5，山西煤科院）、17.5Kg埃克森美孚茂金属聚丙烯（VM6202，丙烯含量85%，熔体流动速率20g/10min）在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，其中，一区温度为120℃、二区温度为180℃、三区温度为200℃、四区温度为200℃、五区温度为200℃、六区温度为200℃、七区温度为190℃、八区温度为180℃，挤出造粒，最终得到聚丙烯复合材料。
实施例6：聚丙烯复合材料的性能测定
对实施例1～5制备得到的聚丙烯复合材料的性能进行测定，实施例1作为对比例，其中，拉伸强度测试标准ISO527/2-93，断裂伸长率测试标准ISO527/2-93，缺口冲击强度测试标准ISO179/2-93，断裂延伸率保持率（150℃，1000h）测试标准ISO527/2-93。结果见表1。
表1聚丙烯复合材料的各项性能指标
由表1可知，本发明制备得到的材料低温下的耐折叠性能好，具有优异的耐热老化性和常温、低温折叠性能，拉伸强度≥25MPa，常温（23℃）缺口冲击强度≥5KJ/m2，断裂延伸率≥400%，-20℃铰链（0.5mm）折叠次数≥104次，热氧老化（150℃，1000h）后断裂延伸率保持率≥95%，满足汽车扎带料的使用性能要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于由以下质量分数的组分组成：
聚丙烯 81～87.13 %
茂金属聚丙烯弹性体 8.91～17.5 %
热稳定剂 1～2 %
聚丙烯专用成核剂 0.5～2 %。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述茂金属聚丙烯弹性体的质量分数为17.5 %。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯指均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的茂金属聚丙烯弹性体指丙烯含量为80～99 wt%，熔体流动速率为0.5～100 g/10min的茂金属聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的热稳定剂指酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类和杯芳烃中的至少一种；所述的聚丙烯专用成核剂指滑石粉、山梨醇类和有机磷酸盐类中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的热稳定剂指酚类热稳定剂1010、亚磷酸酯类热稳定剂627A和硫代酯类热稳定剂412S中的至少一种；所述的聚丙烯专用成核剂指TMP-5、HPN-20E和Millad 3988中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的热稳定剂指质量比为1:1的酚类热稳定剂1010和硫代酯类热稳定剂412S；所述的聚丙烯专用成核剂指TMP-5。
8.一种根据权利要求1所述聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于具体包含以下步骤：将聚丙烯、茂金属聚丙烯弹性体、热稳定剂和聚丙烯专用成核剂混合分散，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯复合材料制备方法，其特征在于：所述的挤出造粒指在长径比为40:1、各段温度设置在190～240℃的双螺杆挤出机中挤出造粒。
10.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料在制备汽车扎带中的应用。
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