CN103724806A - 一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，包括重量百分比计的以下原料：聚丙烯PP40～60%，卤系阻燃剂10～30%，阻燃助剂4～10%，复合增韧剂5～15%；所述的复合增韧剂，由以下重量百分比的组分构成：丙烯酸酯类橡胶粉5～10%聚烯烃弹性体5～10%，极性单体接枝聚烯烃弹性体4～8%。本发明的有益效果为：在保证了材料具备UL94V-0（1.6毫米）阻燃等级的同时，复合增韧剂的使用将材料的冲击性能明显提高，缺口冲击强度从6.0kJ/m2提高到15.0kJ/m2甚至更高，冲击强度提升为不断裂，通过仪器冲击试验表明，增韧剂的使用将材料的冲击断裂方式由之前的脆性断裂转变为韧性断裂。所制得的高抗冲阻燃聚丙烯复合材料综合性能优良，抗冲击性能突出。

Description

一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯（PP）复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是当前用量最大的通用塑料，结构规整、结晶度高，因而具有优良的力学，同时具有较低的密度、较高的耐热性、耐化学溶剂性，其出色的性价比在汽车、家用电器、食品、医疗、建筑管材等多个领域有广泛的应用，尤其汽车中的某些关键电子元件如发动机控制器ECU，其壳体材料在要求较高阻燃等级的同时，还必须具有抗冲击性能好的特性，以应对汽车行驶过程中震动对部件的负面影响。
但由于聚丙烯自身的结构，其氧指数低，遇火易燃烧、发热量高、燃烧速度快、并伴有发烟、滴落现象，容易发生火灾且不易熄灭，极大地限制了其应用领域。常规的聚丙烯阻燃剂中，用量最多的仍然为卤/锑复合材料阻燃体系，要达到UL94V-0等级都必须加入高用量（20%以上）的阻燃剂及阻燃助剂，大量使用的填充体与树脂之间缺乏必要的结合力，使得材料的性能尤其是冲击性能严重降低。CN102558687报道一种卤/锑阻燃体系的高韧性阻燃聚丙烯材料，材料抗冲击性能高但阻燃等级却只是UL94V-2级别；CN1765973A所报道的UL94V-0级电子元件用阻燃聚丙烯也没有对材料的韧性做针对性改进，抗冲击性能低。
发明内容
本发明提供了一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，在保证材料具有UL94V-0阻燃等级的同时，针对其抗冲击性能做了针对性改进，大幅度提升了材料的韧性指标，使其满足了汽车功能件用阻燃材料的认证要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料，包括重量百分比计的以下原料：
所述的复合增韧剂，由以下重量百分比的组分构成：丙烯酸酯类橡胶粉5～10%聚烯烃弹性体5～10%，极性单体接枝聚烯烃弹性体4～8%。
其中，
所述的聚丙烯PP为均聚丙烯或共聚丙烯，在230℃，2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为3～40g/10min。
所述的卤系阻燃剂为溴化物阻燃剂。优选为十溴二苯乙烷、十溴二苯醚和八溴醚中的一种。
所述的阻燃助剂为三氧化二锑。
所述的复合材料中还可包括润滑剂、热稳定剂、填料等功能性助剂。
上述汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤为：
（1）按上述重量百分比称取原料，混合均匀，得到混合原料；
（2）将干燥后的混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内（螺杆直径35mm，长径比L/D=36），主机筒各分段的控制温度（从加料口到机头出口）为：180℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
通过本发明的技术方案制备得到的阻燃聚丙烯复合材料，在保证了材料具备UL94V-0（1.6毫米）阻燃等级的同时，复合增韧剂的使用将材料的冲击性能明显提高，缺口冲击强度从6.0kJ/m2提高到15.0kJ/m2甚至更高，冲击强度提升为不断裂，通过仪器冲击试验表明，增韧剂的使用将材料的冲击断裂方式由之前的脆性断裂转变为韧性断裂。所制得的高抗冲阻燃聚丙烯复合材料综合性能优良，抗冲击性能突出，能通过汽车电子元件所用壳体材料的相关性能认证。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但所述实施例仅用于说明本发明而不是对本发明的限制。
本发明实施例所用原料：
PP-1：均聚PP，中石化上海公司，熔融指数10g/10min(230℃，2.16Kg)。
PP-2：共聚PP，中石化扬子公司，熔融指数10g/10min(230℃，2.16Kg)。
阻燃剂：十溴二苯乙烷，市售。
阻燃助剂：三氧化二锑，市售。
丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯胶粉ASA胶粉：日本UMG，胶含量60%。
聚烯烃弹性体POE：美国陶氏化学公司，熔融指数1.9g/10min(190℃，2.16Kg)。
聚烯烃弹性体接枝物POE-g-MAH：马来酸酐接枝聚烯烃弹性体MAH-g-POE，自制，接枝率4～8%。
产品性能测试：
垂直燃烧等级：按UL94V标准测试，1.6毫米厚度的试样。
冲击性能，按ISO180标准测试，缺口类型为A型。仪器冲击试验：按ISO6603-2标准进行测试，冲头直径20毫米，总能量59.1J。
实施例1
按照表1中实施例1数据称取ABS胶粉、接枝物MAH-g-POE等三种助剂，搅拌混合均匀，即可制得复合增韧剂。
表1复合增韧剂的配方表（单位：克）
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
POE 10 5 10
ASA胶粉 5 8 5
MAH-g-POE 5 10 7 10
实施例2
按照表1中实施例2数据称取SA胶粉、接枝物MAH-g-POE等三种助剂，搅拌混合均匀，即可制得复合增韧剂。
实施例3
按照表1中实施例3数据称取ABS胶粉、ASA胶粉、接枝物MAH-g-POE等三种助剂，搅拌混合均匀，即可制得复合增韧剂。
实施例4
按照表1中实施例4数据称取ABS胶粉、ASA胶粉、接枝物MAH-g-POE等三种助剂，搅拌混合均匀，即可制得复合增韧剂。
实施例5
按照表2中对应的实施例5数据称取各组分，将各组分投入到双螺杆挤出的主机筒中，螺杆直径35毫米，长径比L/D=36，主机转速300转/分钟，机筒各段控制温度（从加料口到机头出口）为180℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
表2汽车功能件用阻燃聚丙烯复合材料的配方表（单位：克）
实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
PP-1 22 15 15 15
PP-2 45 50 45 50
阻燃剂 21 21 21 21
阻燃助剂 7 7 7 7
实施例1的复合增韧剂 5
实施例2的复合增韧剂 7
实施例3的复合增韧剂 12
实施例4的复合增韧剂 7
实施例6
按照表2中对应的实施例6数据称取各组分，将各组分投入到双螺杆挤出的主机筒中，螺杆直径35毫米，长径比L/D=36，主机转速300转/分钟，机筒各段控制温度（从加料口到机头出口）为180℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例7
按照表2中对应的实施例7数据称取各组分，将各组分投入到双螺杆挤出的主机筒中，螺杆直径35毫米，长径比L/D=36，主机转速300转/分钟，机筒各段控制温度（从加料口到机头出口）为180℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
实施例8
按照表2中对应的实施例8数据称取各组分，将各组分投入到双螺杆挤出的主机筒中，螺杆直径35毫米，长径比L/D=36，主机转速300转/分钟，机筒各段控制温度（从加料口到机头出口）为180℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
对比例1
称取15克PP-1、57克PP-2、21克阻燃剂、7克阻燃助剂，混合均匀后将各组分投入到双螺杆挤出的主机筒中，螺杆直径35毫米，长径比L/D=36，主机转速400转/分钟，机筒各段控制温度（从加料口到机头出口）为215℃、220℃、225℃、230℃、230℃、230℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。用注塑机制备标准测试样条进行燃烧、VOC等性能，测试结果见表3。
表3汽车功能件用阻燃聚丙烯的性能测试结果
从上表可以看出，增韧剂的加入对复合材料的阻燃性能没有明显影响，各实施例的垂直燃烧测试等级均为V-0级别，复合材料在改性后依然具有理想的阻燃性能。而比较实施例与对比例的抗冲击性能可以发现，增韧后复合材料的冲击强度、缺口冲击强度均有大幅度的提高，其中实施例3、4的冲击强度由对比例1的冲击后断裂转变为冲击后不断裂，其缺口冲击强度的提升幅度更是在90%以上；
通过进一步的仪器冲击试验表明，增韧剂加入后复合材料对冲击能量的吸收得到加强，在总冲击能量为59.1J的条件下，实施例3所得的复合材料对冲击能量吸收率可达59%，而对比例1中复合材料的能量吸收率仅为36%；对比两者断裂面照片可以看出，对比例1复合材料的断裂面较宽，外形规整，其冲击面为整体断裂，无明显延伸或形变，为脆性破坏方式，而实施例3所示复合材料的断裂面有明显的延伸形变，断裂面小，为韧性破坏方式。
具体对比各实施例可知，接枝物及具有极性单体结构的多元共聚物增韧效果较一般的聚烯烃弹性体更好，表明在卤/锑阻燃聚丙烯复合材料中，极性卤系有机物与非极性聚丙烯基体间的界面问题才是性能改善的核心问题，而这也是本发明中增韧剂能大幅度提升复合材料的抗冲击性能的原因。
通过以上测试结果及分析可知，增韧后的阻燃聚丙烯复合材料不仅具有UL94V-0的高阻燃等级，且材料在面临外加能量冲击时，对能量的吸收能力更强，用作壳体材料时可以起到更好的保护效果，这对汽车功能件中某些关键的元器件尤为重要。

Claims (7)

1.一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：包括重量百分比计的以下原料：
Figure FDA0000439607030000011
所述的复合增韧剂，由以下重量百分比的组分构成：丙烯酸酯类橡胶粉5～10%聚烯烃弹性体5～10%，极性单体接枝聚烯烃弹性体4～8%。
2.根据权利要求1所述的一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯PP为均聚丙烯或共聚丙烯，在230℃，2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为3～40g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的卤系阻燃剂为溴化物阻燃剂。
4.根据权利要求3所述的一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的卤系阻燃剂为十溴二苯乙烷、十溴二苯醚和八溴醚中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃助剂为三氧化二锑。
6.根据权利要求1所述的一种汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的复合材料中还包括润滑剂、热稳定剂和填料中的一种或几种混合物。
7.一种制备权利要求1所述汽车功能件用高抗冲阻燃聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：其步骤为：
（1）按上述重量百分比称取原料，混合均匀，得到混合原料；
（2）将干燥后的混合原料置于双螺杆挤出机的主喂料仓，经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内（螺杆直径35mm，长径比L/D=36），主机筒各分段的控制温度（从加料口到机头出口）为：180℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃，主机转速为300转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到产品。
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