CN103374180A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域,涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。该材料由包含以下重量份的组分制成:聚丙烯100份,增强纤维20~60份,极性添加剂8~20份,增韧剂10~35份,抗老化剂1.5~3.5份,相容剂1.2~4.4份,无机复合阻燃剂5~12份,气味抑制剂1.5~6.6份,加工助剂0.3~0.8份。与现有技术相比,本发明制备的聚丙烯复合材料表面张力高,与其他材料具有良好的粘结性能;刚性好又不缺乏韧性、耐热抗老化、阻燃性好、气味低、成型加工性能优异,可广泛用作各类型汽车内外饰件专用材料。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域,涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
聚丙烯材料由于其良好的综合性能,在汽车各大系统中获得了广泛应用。汽车外饰件与内饰件大多使用聚丙烯复合材料注塑成型。汽车内饰件如仪表板、立柱、杂物箱、门板等,外饰件如保险杠、防擦条、扰流板等。保险杠材料不仅需要良好的冲击性能、加工性能,还需良好的油漆附着性能。油漆喷涂后的保险杠有良好的外观,产生美好的视觉效果,但油漆喷涂后的保险杠材料需要通过耐汽油、耐湿、耐水与密着性等实验。如果保险杠材料的表面张力低,这些测试将无法通过。由于PP材料是非极性材料,表面能低,使得其与大多数聚合物的相容性差,不易浸润、粘合与印刷,涂覆性能差,与涂料的粘结强度低,因此要达到可喷涂,就需要一些方法提高其极性。对于内饰件如汽车仪表板需要与其他材料粘结,也需要良好的粘结性能。通常塑料为了提高表面的表面张力,即提高油漆附着力,在涂装前,首先需要进行表面处理,通过溶剂消除抗静电与吸附的灰尘油污,用火焰、电晕放电、表面活性剂、气体等离子进行表面改性,提高表面的极性基团,增强涂层附着力。这类技术难点是既要形成均匀的表面、又不能处理过度,否则会导致表面的聚合物链断裂,从而影响性能。
汽车内饰材料除了具有良好的力学性能、加工性能、耐候性能与阻燃性能外,还要有良好的低挥发性,其中气味要求是挥发性物质评价之一。为了限定内饰件材料气味,世界各大汽车制造商着手进行了这方面的研究工作,复合聚丙烯内饰件材料气味产生的原因是多方面的。首先,在聚丙烯树脂合成过程中使用的引发剂和催化剂体系本身含有带刺激气味的化合物,例如酚类化合物、苯甲酸乙酯类或烷烃类化合物,这类化合物及未反应完全的丙烯单体在聚合完成后不可能完全除去,使聚丙烯带有强烈气味。其次,聚丙烯基体在进行改性的过程中,熔融状态的聚丙烯会发生自氧化降解,产生某些低分子化合物,这些物质包含在改性后的材料中,在成型制件及制件的使用过程中散发出来。再者,车用聚丙烯复合材料为了满足汽车标准要求,往往添加多种助剂,如无机填料、弹性体、着色剂、抗氧剂等物质,这些物质本身或残留的杂质挥发出来,产生刺激气味。如果气味大,将会严重污染车内空气,影响驾乘人员的身体健康。消减气味是车用聚丙烯复合材料重要研究课题之一。中国专利CN100556949C提到气味为树脂原材料、稳定剂、矿物填料以及加工裂解产生的,气味解决方法:纳米氧化锌和纳米二氧化钛。中国专利CN101036801A提出了一种吸收气味的超吸收组合物,包括气味固着剂(氨基酸,蓖麻油酸锌混合物)。然而这些降低气味方法一般仅仅针对某一组份对气味的影响,从而添加吸附剂来降低气味,但实际上内饰件材料气味是多种组分气味相互作用的结果。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷,本发明的目的是提供一种高极性、低气味、刚性好又不缺乏韧性、耐热抗老化、阻燃性好的汽车内外饰件专用聚丙烯复合材料。本发明的另一个目的是提供上述汽车内外饰件专用材料的制备方法。
为实现上述目的,本发明的采用以下技术方案:
一种聚丙烯复合材料,由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯 100份,
增强纤维 20~60份,
极性添加剂 8~20份,
增韧剂 10~35份,
抗老化剂 1.5~3.5份,
相容剂 1.2~4.4份,
无机复合阻燃剂 5~12份,
气味抑制剂 1.5~6.6份,
加工助剂 0.3~0.8份。
所述的聚丙烯由共聚聚丙烯和均聚聚丙烯组成,其中共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的重量比为2~3∶1。
所述的增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维或芳纶纤维。
所述的极性添加剂选自乙烯丙烯酸酯、乙烯醋酸乙烯酯或环氧树脂中的一种或一种以上。
所述的增韧剂选自乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物或三元乙丙橡胶中的一种或一种以上。
所述的抗老化剂选自N,N′-二(β-萘基)对苯二胺、硫代二丙酸十八酯、[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中的一种或一种以上。
所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚乙烯、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或马来酸酐接枝乙烯/乙酸乙烯共聚物。
所述的无机复合阻燃剂为氢氧化铝与硼酸锌的混合物,其中,氢氧化铝与硼酸锌的重量比为2.1~2.3∶1,氢氧化铝是经过500目过筛的。
所述的气味抑制剂由包含以下重量份的组分组成:硅石100份、沸石60~100份、金属氧化物35~100份。
所述的金属氧化物选自氧化镁、氧化钙或氧化锌;
所述的沸石为亲水型沸石,孔径为0.5~1.0纳米。
所述的加工助剂选自硬脂酸锌、硬脂酸锂、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺或聚乙烯蜡。
一种上述聚丙烯复合材料的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)制备气味抑制剂:按重量份比例称取硅石100份、沸石60~100份、金属氧化物35~100份置于马弗炉在550~650℃活化处理1.5~2.5小时,取出置于90~105℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按上述配方称取聚丙烯100份、极性添加剂8~20份、增韧剂10~35份、抗老化剂1.5~3.5份、相容剂1.2~4.4份、无机复合阻燃剂5~12份、气味抑制剂1.5~6.6份、加工助剂0.3~0.8份置于混合机中预混3~5min,然后将增强纤维20~60份加入再混合5~8min,得到混合好的物料,混合机转速为800~1200r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
所述的挤出机螺杆转速为320~400r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。
一种上述聚丙烯复合材料用作汽车内外饰件材料的用途。
本发明同现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
(1)本发明所提供的汽车内外饰件专用材料,采用高分子量的极性聚合物,与PP相容性好,不易迁出,能够长期保持材料极性高,材料表面张力大,与其他材料具有良好的粘结性能。
(2)本发明所提供的汽车内外饰件专用材料,采用的气味抑制剂简单易得,能对多种挥发组分进行吸附,从而达到了应用需求的除味效果,不会对机械性能造成影响。
(3)本发明所提供的汽车内外饰件专用材料刚性好又不缺乏韧性、耐热抗老化、阻燃性好,成型加工性能优异,制备工艺简单,成本低。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例中采用GB(国标)测定材料的各项性能,如无特别说明,组分的份数均为重量份数。其中,沸石为亲水型沸石,孔径在0.5~1.0纳米。
实施例1
(1)气味抑制剂的制备:按比例将硅石100份、沸石80份、氧化镁45份置于马弗炉在600℃活化处理2小时,取出置于100℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按配方比例称取共聚聚丙烯67份、均聚聚丙烯33份、乙烯丙烯酸酯15份、乙烯-辛烯共聚物10份、N,N′-二(β-萘基)对苯二胺2.5份、马来酸酐接枝聚丙烯1.2份、无机复合阻燃剂10份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.2∶1)、气味抑制剂2.4份、聚乙烯蜡0.4份置于混合机中预混3min,然后将玻璃纤维35份加入再混合5min,得到混合好的物料,混合机转速为1080r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
挤出机螺杆转速为360r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
实施例2
(1)气味抑制剂的制备:按比例将硅石100份、沸石60份、氧化锌100份置于马弗炉在550℃活化处理2.5小时,取出置于90℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按配方比例称取共聚聚丙烯75份、均聚聚丙烯25份、环氧树脂12份、乙烯-丁烯共聚物15份、N,N′-二(β-萘基)对苯二胺1.5份、丙烯酸接枝聚丙烯2.4份、无机复合阻燃剂8份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.2∶1)、气味抑制剂1.5份、硬脂酸锌0.3份置于混合机中预混4min,然后将石棉纤维20份加入再混合8min,得到混合好的物料,混合机转速为960r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
挤出机螺杆转速为380r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
实施例3
(1)气味抑制剂的制备:按比例将硅石100份、沸石75份、氧化镁35份置于马弗炉在650℃活化处理1.5小时,取出置于105℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按配方比例称取共聚聚丙烯70份、均聚聚丙烯30份、乙烯醋酸乙烯酯8份、乙烯-辛烯共聚物10份和三元乙丙橡胶15份、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷2.5份、马来酸酐接枝聚丙烯3.6份、无机复合阻燃剂5份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.3∶1)、气味抑制剂3.6份、聚乙烯蜡0.8份置于混合机中预混5min,然后将玻璃纤维60份加入再混合8min,得到混合好的物料,混合机转速为1200r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
挤出机螺杆转速为400r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
实施例4
(1)气味抑制剂的制备:按比例将硅石100份、沸石100、氧化锌85份置于马弗炉在550℃活化处理2.5小时,取出置于95℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按配方比例称取共聚聚丙烯70份、均聚聚丙烯30份、乙烯醋酸乙烯酯20份、乙烯-己烯共聚物15份和三元乙丙橡胶20份、[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯2.5份和硫代二丙酸二月桂酯1.0份、丙烯酸接枝聚丙烯4.4份、无机复合阻燃剂10份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.2∶1)、气味抑制剂5.4份、聚乙烯蜡0.6份置于混合机中预混3min,然后将玻璃纤维45份加入再混合6min,得到混合好的物料,混合机转速为800r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
挤出机螺杆转速为320r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
实施例5
(1)气味抑制剂的制备:按比例将硅石100份、沸石80、氧化镁65份置于马弗炉在600℃活化处理2小时,取出置于100℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按配方比例称取共聚聚丙烯72份、均聚聚丙烯28份、乙烯丙烯酸酯17份、乙烯-辛烯共聚物15份和三元乙丙橡胶15份、N,N′-二(β-萘基)对苯二胺3.0份、马来酸酐接枝聚丙烯3.8份、无机复合阻燃剂12份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.1∶1)、气味抑制剂6.6份、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺0.6份置于混合机中预混4min,然后将碳纤维50份加入再混合8min,得到混合好的物料,混合机转速为1080r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
挤出机螺杆转速为360r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
实施例6
(1)气味抑制剂的制备:按比例将硅石100份、沸石90、氧化锌100份置于马弗炉在550℃活化处理2.5小时,取出置于95℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按配方比例称取共聚聚丙烯70份、均聚聚丙烯30份、乙烯醋酸乙烯酯20份、乙烯-己烯共聚物15份和三元乙丙橡胶20份、[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯2.5份和硫代二丙酸二月桂酯1.0份、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶4.4份、无机复合阻燃剂12份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.2∶1)、气味抑制剂5.4份、聚乙烯蜡0.6份置于混合机中预混3min,然后将玻璃纤维45份加入再混合6min,得到混合好的物料,混合机转速为800r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
挤出机螺杆转速为320r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。
实施例7
(1)气味抑制剂的制备:按比例将硅石100份、沸石60、氧化镁35份置于马弗炉在600℃活化处理2小时,取出置于100℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按配方比例称取共聚聚丙烯75份、均聚聚丙烯25份、乙烯丙烯酸酯17份、乙烯-辛烯共聚物15份和乙烯-己烯共聚物15份、N,N′-二(β-萘基)对苯二胺3.0份、马来酸酐接枝乙烯/乙酸乙烯共聚物3.8份、无机复合阻燃剂12份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.1∶1)、气味抑制剂6.6份、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺0.6份置于混合机中预混4min,然后将碳纤维50份加入再混合8min,得到混合好的物料,混合机转速为1080r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
挤出机螺杆转速为360r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。
比较例1
混合料中不添加增强纤维,其余步骤同实施例3。先制备气味抑制剂:按比例将硅石100份、沸石75份、氧化镁35份置于马弗炉在650℃活化处理1.5小时,取出置于105℃无气味烘箱中冷却备用;按配方比例称共聚聚丙烯70份、均聚聚丙烯30份、乙烯醋酸乙烯酯8份、乙烯-辛烯共聚物10份和三元乙丙橡胶15份、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷2.5份、马来酸酐接枝聚丙烯3.6份、无机复合阻燃剂5份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.3∶1)、气味抑制剂3.6份、聚乙烯蜡0.8份置于混合机中混合8min,得到混合好的物料,混合机转速为1200r/min;再将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。挤出机螺杆转速为400r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
比较例2
混合料中不添加极性添加剂,其余步骤同实施例4。先制备气味抑制剂:按比例将硅石100份、沸石100、氧化锌85份置于马弗炉在550℃活化处理2.5小时,取出置于95℃无气味烘箱中冷却备用;按配方比例称取共聚聚丙烯70份、均聚聚丙烯30份、乙烯-己烯共聚物15份和三元乙丙橡胶20份、[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯2.5份和硫代二丙酸二月桂酯1.0份、丙烯酸接枝聚丙烯4.4份、无机复合阻燃剂10份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.2∶1)、气味抑制剂5.4份、聚乙烯蜡0.6份置于混合机中预混3min,然后将玻璃纤维45份加入再混合6min,得到混合好的物料,混合机转速为800r/min;再将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。挤出机螺杆转速为320r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
比较例3
混合料中不添加气味抑制剂,其余步骤同实施例5。按配方比例称取共聚聚丙烯72份、均聚聚丙烯28份、乙烯丙烯酸酯17份、乙烯-辛烯共聚物15份和三元乙丙橡胶15份、N,N′-二(β-萘基)对苯二胺3.0份、马来酸酐接枝聚丙烯3.8份、无机复合阻燃剂12份(氢氧化铝与硼酸锌的质量比为2.1∶1)、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺0.6份置于混合机中预混4min,然后将碳纤维50份加入再混合8min,得到混合好的物料,混合机转速为1080r/min;再将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。挤出机螺杆转速为360r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。将粒料加工成测试样条,所得各项性能测定见附表1。
由附表1中各项数据可看出,实施例1、2所得样品的综合性能一般,实施例3所得样品拉伸强度和伸长率较好,但气味达到3.5级、表面张力略偏低;实施例4、5所得材料的样品综合性能较好,能发挥该复合材料作为汽车内外饰件专用材料的优势。比较例1中不添加增强纤维使材料样品拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度等力学性能大幅度下降;比较例2不添加极性添加剂使材料样品的表面张力变差,表面能降低、不易与其他材料粘结;比较例3不添加气味抑制剂使材料样品气味等级达到5.5级,气味性大,不满足内饰材料气味要求。
表1
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该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:由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯 100份,
增强纤维 20~60份,
极性添加剂 8~20份,
增韧剂 10~35份,
抗老化剂 1.5~3.5份,
相容剂 1.2~4.4份,
无机复合阻燃剂 5~12份,
气味抑制剂 1.5~6.6份,
加工助剂 0.3~0.8份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的聚丙烯由共聚聚丙烯和均聚聚丙烯组成,其中共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的重量比为2~3∶1。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维或芳纶纤维;
或所述的极性添加剂选自乙烯丙烯酸酯、乙烯醋酸乙烯酯或环氧树脂中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的增韧剂选自乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物或三元乙丙橡胶中的一种或一种以上;
或所述的抗老化剂选自N,N′-二(β-萘基)对苯二胺、硫代二丙酸十八酯、[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚乙烯、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或马来酸酐接枝乙烯/乙酸乙烯共聚物。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的无机复合阻燃剂为氢氧化铝与硼酸锌的混合物,氢氧化铝与硼酸锌的重量比为2.1~2.3∶1,其中:氢氧化铝是经过500目过筛的;
或所述的加工助剂选自硬脂酸锌、硬脂酸锂、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺或聚乙烯蜡。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的气味抑制剂由包含以下重量份的组分组成:硅石100份、沸石60~100份、金属氧化物35~100份;
所述的金属氧化物选自氧化镁、氧化钙或氧化锌;
或所述的沸石为亲水型沸石,孔径为0.5~1.0纳米。
8.一种权利要求1-7中任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
(1)制备气味抑制剂:称取硅石100份、沸石60~100份、金属氧化物35~100份置于马弗炉在550~650℃活化处理1.5~2.5小时,取出置于90~105℃无气味烘箱中冷却备用;
(2)按权利要求1所述的配方称取聚丙烯100份、极性添加剂8~20份、增韧剂10~35份、抗老化剂1.5~3.5份、相容剂1.2~4.4份、无机复合阻燃剂5~12份、气味抑制剂1.5~6.6份、加工助剂0.3~0.8份置于混合机中预混3~5min,然后将增强纤维20~60份加入再混合5~8min,得到混合好的物料,混合机转速为800~1200r/min;
(3)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出,造粒干燥。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于:所述的挤出机螺杆转速为320~400r/min,挤出工序段温度依次为185~195℃、195~205℃、200~210℃、215~225℃。
10.一种权利要求1-7中任一所述的聚丙烯复合材料用作汽车内外饰件材料的用途。
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