CN103732662B - 基于聚丙烯树脂的制剂 - Google Patents

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Abstract

一种基于聚丙烯树脂的制剂,其包含下列成分：50到90重量份的丙烯/乙烯共聚物，9到20重量份的包含40%到80%的滑石粉和20%到60%的包含微球、纤维和超微粒滑石粉的组的填料，0.1到10重量份的发泡剂，其中选取所述制剂的各种成分的重量份使得总和为100重量份，所述制剂具有0g/10min到200g/10min的熔体流动速率MFR和0.95g/cm3到1g/cm3的发泡剂膨胀前的密度。

Description

基于聚丙烯树脂的制剂
本发明的主题为基于聚丙烯树脂的制剂，在汽车领域中发现有特定应用的由该制剂制成的发泡塑料件，和能够制造该发泡塑料件的注射和发泡所述制剂的方法。
特别用于汽车领域的塑料件通常使用注射包含无机填料比如滑石粉或玻璃纤维的基于聚丙烯的树脂的方法生产。这些无机填料具有改进所制得件的机械性能比如硬度和抗冲击性的效果。
然而这些填料特别例如滑石粉的存在由于例如在注射和发泡操作期间滑石粉向所述表面隆起而通常不能获得具有令人满意的表面光洁度的塑料件。为了克服该缺陷，在填充需要使用具有完善密封的模具的注射模具时，可能有必要应用相反的气压。
此外，由于这些常规的矿物填料的存在增加了材料的密度（聚丙烯的密度从0.9增加到1.05，通过添加20%的密度2.7的滑石粉），因此通常不能找到涉及减轻车辆重量的汽车领域中的当前主要问题的解决方法。
因此本发明的一个目的是提供一种用于制造具有适用于汽车领域的机械性能、高品质的表观和良好的抗刮划性的轻质发泡塑料件的基于聚丙烯树脂的制剂。
为了这个目的，本发明提出包括下列元素的基于聚丙烯树脂的制剂：
-50到90重量份的丙烯和乙烯的共聚物；
-9到20重量份的矿物填料的混合物，其包含40%到80%的滑石粉和20%到60%的来自包括微球、纤维和超微粒滑石粉的组的填料；
-0.1到10重量份的发泡剂，选取所述制剂的不同元素的重量份使得总和为100重量份；
所述制剂具有50g/10min到200g/10min的熔体流动速率MFR和0.95g/cm3到1g/cm3的发泡剂膨胀前的密度。
应当注意，加入所述制剂的元素的全部重量为100重量份。
“超微粒滑石粉”是指亚微米尺寸的，与滑石粉的3.5微米相比1.8微米的和与滑石粉的6.2m2/g相比的17m2/g的比表面积的滑石粉。与滑石粉相比所述超微粒滑石粉增加的比表面积赋予相同百分比的填料更大的强化效应；这有助于实现最有利的冲击/硬度平衡。与滑石粉相比，超微粒滑石粉的掺入允许抗张强度阈值根据填充料的百分比的增加。其改进了注射模塑之后收缩的各同向性。
9到20重量份的含20%到60%微球、纤维或超微粒滑石粉的矿物填料混合物的使用允许获得低密度的制剂以便能够制造轻质发泡件同时保留汽车领域中预期的机械性能。
高熔体流动速率MFR促进所述制剂有规律的膨胀以在所述件的中心形成具有均一尺寸的、均匀分布的孔隙度的发泡区域。此外，该熔体流动有助于促进模具注射以便由此配制的材料完全遵循模具壁的轮廓并得到高品质表面状况且无肉眼可视缺陷的塑料件。
矿物填料比如球形的、纤维的或超微粒滑石粉填料的存在同样有助于获得塑料件非常好的表面状况。这使得与使用矿物填料仅包含滑石粉的制剂的常规方法相比简化制造方法成为可能。借助于本发明的制剂，没有必要在注射期间应用相反的气压以获得高品质表面状况，并因此所使用的模具由于具有较差的密封而可以是较低成本的。
根据本发明的一个具体实施方案，所述聚丙烯共聚物由丙烯和乙烯的共聚物形成以便产生能够获得低粘度制剂的低分子量的聚合物。
有利地，矿物填料的混合物包括40%到80%的滑石粉和20%到60%的包括提高由该制剂模制的件的机械性能和抗刮划性的基于镁的合成纤维的纤维填料。此外，在包含20重量份的该填料混合物的制剂和包含20重量份的滑石粉的类似制剂之间的增重大约为7%。
根据一个具体实施方案，所述纤维具有小于1微米的直径和短于100微米的长度，并且优选短于50微米的长度其也有助于改进所述件的表面状况。
根据实施方案的一个变体，所述制剂包含0到10重量份的防紫外添加剂以便所述制剂的不同元素的重量份的总和保持100重量份，用以保护所述模制材料免受可能引起其降解的高能量UV射线的损害。
根据第二个方面，本发明涉及一种发泡塑料件，其特别用于车辆，由具有如上文描述的基于聚丙烯树脂的制剂的材料形成的以便所述件为轻质并具有高质量表面状况。
根据本发明的一个具体实施方案，所述材料在沿着所述件的最长维度延伸的第一中心区具有30%到50%的膨胀率，所述第一区被插在非发泡材料的第二和第三表面区之间。位于所述模制件中心的区域的这个膨胀率使该件能够制成更加轻质的同时保留所需机械性能并限制该中心区域内分层的风险。
通过前述制剂的使用，所述第二和第三表面区或“表层”具有没有任何肉眼观察到的缺陷的、高质量表面状况的外表面。
优选地，所述发泡塑料件具有使用施加10N的力和4.0cm/s±0.1cm/s的移动速度的锋利的尖端、通过交叉影线测量的、低于1.4和1.5之间的亮度变化ΔL抗刮划性，所述交叉影线包括在每2mm间隔的每个方向的8个切割线以便预防特别是其在车辆内部或外部使用时所述件上表面刮划的形成以及其劣化。所述部件在它的整个使用期均维持高品质的表观。
根据一个可能性，所述发泡塑料件具有总厚度Ef并且第二和第三表面区各具有(Ef/7.2)和(Ef/3.75)之间的一个相同的厚度。这使得平衡第一发泡区和第二和第三非发泡区的厚度以便所述件具有良好的抗张强度和平行于第一中心区的最长维度的平面的对称面成为可能。如此，所述件的对称面的两侧的机械性能为均匀的。允许发泡的是高熔体流动速率，发泡越有效的熔体流动速率越高。
所述塑料件的厚度Ef通常测量在2.5和3.2mm之间。
根据本发明的一个具体实施方案，所述件形成汽车的内部元件比如衬垫行李箱的件特别是侧行李箱衬垫、尾板衬垫或后轮罩内板（支撑车辆车体的垂直后侧部分）。
根据本发明的另一个具体实施方案，所述件形成汽车的外部元件比如门槛保护。
优选地，所述发泡塑料件具有1600和2100MPa之间的杨氏模量和按照各个标准ISO179/1eA使用V-型切口方法测量的在23℃下15kJ/m2和20kJ/m2之间的和在-20℃下的2kJ/m2和4kJ/m2之间的简支梁冲击强度。如此，所述件具有类似于由其矿物填料（调节至该制剂的20重量份）仅含滑石粉的常规制剂获得的件的硬度和冲击强度。此外，与由常规制剂获得的同样的件相比，本发明的件显示30%到40%之间的减重。
根据第三方面，本发明涉及注射和发泡方法，其特征为，它包括下列步骤：
-提供包括固定件和移动件的注射模具；
-将所述固定件和移动件相对于彼此定位以形成第一间隙Ei；
-注射前述基于聚丙烯树脂的制剂以填充由所述固定件和移动件界定的空间的全部；
-将所述固定件和移动件相对于彼此移动以便形成大于所述第一间隙Ei的第二间隙Ef，以便发泡剂通过形成气泡包含物产生制剂的膨胀直到填充由所述固定件和移动件界定的全部空间。
因此，本发明的制剂与使用包含仅由滑石粉形成矿物填料的制剂的常规方法相比可以使用简化的泡沫注射方法。实际上没有必要为获得高品质的表面状况而在模具中施加与注射相同的相反的气压。这些气泡包含物在模具的开口伸展为层其确保负载在更坚硬外观和更抗刮划性的两个表层之间转移。因此获得的三层结构类似于骨结构。
在一个具体实施方案中，Ef/Ei比值在1.25到2.4之间以便在沿着由所述固定件和移动件界定的空间的最长维度延伸的第一中心区获得多达30%到50%之间的膨胀率，所述第一中心区被插入非发泡材料的第二表面区和第三表面区之间。所述第一中心区的膨胀率旨在减轻所形成件的重量同时保留所需机械性能并限制所述第一区域内的分层风险。
现在将参考所附附图给出作为本发明的一些可能的实施方案的非限制性实施例的描述。为简化起见，在说明书的其余部分，通用于不同实施方案的部件带有相同的标号。
图1图示说明了由根据本发明的一个实施方案的基于丙烯树脂的制剂制成的发泡塑料件。
图2图示说明了具有由形成根据本发明的一个实施方案的第一间隙Ei的固定件和移动件界定的空间的注射模具。
图3显示用根据本发明的一个实施方案的基于丙烯树脂的制剂填充的模具的内部空间。
图4图示说明了具有由形成根据本发明的一个实施方案具有形成第二间隙Ef的固定件和移动件所限定的空间的注射模具。
图5为图示说明在根据本发明的一个实施方案的注射和发泡方法期间注射模具的移动件相对于固定件的移动。
图1图示说明了用于形成内部或外部车辆零部件的发泡塑料件1。它包括具有大概在30%到50%之间的膨胀率的第一中心区2。所述第一区2的两侧，所述件1也具有各自由形成件1的表层的非发泡材料形成的第二和第三表面区3、4。这些表层3、5可具有(Ef/3.75)和(Ef/7.2)之间的相同的厚度，Ef为件1的最终总厚度。
发泡塑料件1是由由50到90重量份的聚丙烯共聚物组成的基于丙烯树脂的制剂形成的。这种共聚物可由低分子量的丙烯和乙烯形成。
所述制剂也包括9到20重量份的由40%到80%的滑石粉形成的矿物填料的混合物。形成所述混合物的20%到60%的其它矿物填料可由球形填料比如由提供的中空陶瓷微球SC-300或SC-500、由Cenotechnologies提供的HGT系列的中空玻璃微球、由3M提供的S和K系列分布的玻璃泡形成。所述其它填料也可由超微粒滑石粉比如可从Geokom购买的Mital30-80或15-80系列的那些组成。最后，这些填料也可以以具有小于1微米的直径和短于100微米的长度甚至短于50微米的长度的基于镁的合成纤维比如由Milliken生产的HPR-803或HPR803i纤维的形式存在，其允许制得的件1具有高抗刮划性。
为了能够引起制剂发泡，提供0.1到10重量份的发泡剂例如吸热型化学剂，所述制剂的组成元素的全部总计100重量份。
所述制剂有利地具有高熔体流动速率（50g/10min到200g/10min之间的MFR）以便能够将它容易地注射入模具中并促进发泡区域的创建。20到60重量份的前文援引的填料在包含滑石粉的矿物填料混合物中的存在使得制剂的重量减轻。它达到了0.95g/cm3到1g/cm3之间的密度，其低于单独用滑石粉制得的。
所述制剂也可包含多达10重量份的防紫外添加剂以保护所述模制件1免受高能量辐射。
由上述制剂形成的塑料件1可因此具有1600和1750MPa之间的杨氏模量和使用所述V-型切口试验测量的在23℃下的15kJ/m2and20kJ/m2之间的和在-20℃下的2kJ/m2和4kJ/m2之间的简支梁冲击强度，其等值于用包含20重量份的滑石粉作为唯一矿物填料的类似件获得的那些，同时减轻30%到40%份的重量。
本发明可通过用1.4mm的初始注射厚度和2.4mm的模具开口的制剂的下列实施例进行说明。
成分 重量百分比
PP共聚物80熔体流动 84.5
发泡剂 3
Milliken HPR803i 5
滑石粉 7
防紫外 0.1
抗氧化剂 0.1
色素 0.2
抗静电 0.2
此外，如果所述件1由包含基于镁的合成纤维的制剂形成，那么它可具有通过使用10N的施加力于交叉影线测量的1.4和1.5之间的抗刮划性，其实际上是本领域已知的发泡塑料件的抗刮划性的改进。
图2、3和4图示说明了贯穿前述制剂的注射和发泡方法的不同步骤中注射模具5的移动件7和固定件6之间的间隙的变化。在图2中，所述模具5具有相对于彼此定位的固定件6和移动件7以便形成限定其中已注射制剂的空间的第一间隙Ei。如图3中所图示说明的，所述空间充满了还未发泡的制剂。在图4中，移动件7和固定件6已被移动以便形成大于所述第一间隙Ei的第二间隙Ef。由移动件7和固定件6限定的所述空间因此具有允许所述制剂膨胀直到充满全部所述空间的增加的体积。
Ef/Ei比值可在1.24和2.4之间以便在插入第二和第三表面区3,4之间的第一中心区2获得30%到50%的制剂膨胀百分比。因此膨胀的所述制剂形成图示于图1的塑料件1，其中所述第二和第三表面区3、4或表层的厚度可相当于所述第一间隙Ei的三分之一。
图5图示说明了所述注射和发泡方法的不同步骤的固定件6和移动件7之间的间隙距离随时间T的变化。在所述方法的第一步，固定件6和移动件7被缚住以形成第一间隙Ei。然后注射所述制剂直到它充满由模具5的固定件6和移动件7限定的空间的全部（阶段1）。所述第二和第三表面区3、4或部件1的表层的形成随后通过与模具5的壁接触而发生（阶段P）。然后可将移动件7从固定件6引开以形成第二间隙Ef，Ef/Ei比值可能在1.25和2.4之间以形成允许制剂膨胀直到它填充因此形成的全部空间。该步骤用于在两个表层3、4之间形成部件1的第一中心区2（阶段E）。最后，将模具5冷却至环境温度（阶段R）以及最终总厚度Ef的发泡件1可从模具5剥离。
因此，本发明通过提供允许使用可简单实施的方法获得高品质表面状况并具有令人满意的机械性能和较强的抗刮划性的轻质发泡塑料件1的流动的、几乎不稠密的制剂为现有技术带来了决定性的改进。
本发明显然不限于上述作为实施例的实施方案，而是包含所述手段及其组合的所有技术等同物和变体。

Claims (12)

1.一种基于聚丙烯树脂的制剂，含有下列元素：
-50到90重量份的丙烯和乙烯共聚物；
-9到20重量份的矿物填料的混合物，其包含40％到80％的滑石粉和20％到60％的来自包含微球、纤维和超微粒滑石粉的组的填料；
-0.1到10重量份的发泡剂，选取所述制剂的不同元素的重量份使得总和为100重量份，
所述制剂具有50g/10min到200g/10min的熔体流动速率MFR和0.95g/cm3到1g/cm3的发泡剂膨胀前的密度。
2.根据权利要求1所述的制剂，其特征在于，矿物填料的混合物包含40％到80％的滑石粉和20％到60％的包含基于镁的合成纤维的纤维。
3.根据权利要求2所述的制剂，其特征在于，所述纤维具有小于1微米的直径和短于100微米的长度。
4.根据权利要求2所述的制剂，其特征在于，所述纤维具有小于1微米的直径和短于50微米的长度。
5.根据权利要求1到4之一所述的制剂，其特征在于，所述制剂包括0到10重量份的抗紫外添加剂使得所述制剂的不同元素的重量份总和共计100重量份。
6.一种特别用于车辆的发泡塑料件(1)，其特征在于，它由包含根据权利要求1到5之一的基于聚丙烯树脂的制剂的材料形成。
7.根据权利要求6所述的发泡塑料件(1)，其特征在于，所述材料在沿着所述件(1)的最长维度延伸的第一中心区(2)具有30％到50％的膨胀率，所述第一区(2)在非发泡材料的第二和第三表面区(3、4)之间插入。
8.根据权利要求6或7所述的发泡塑料件(1)，其特征在于，它具有使用10N的施加力通过交叉影线测量的1.4到1.5的抗刮划性。
9.根据权利要求6或7所述的发泡塑料件(1)，其特征在于，所述塑料件(1)具有总厚度Ef并且其中所述第二和第三表面区各具有(Ef/7.2)到(Ef/3.75)的相同的厚度。
10.根据权利要求6或7所述的发泡塑料件(1)，其特征在于，它具有：
-1600到2100MPa的杨氏模量，
-通过V型切口试验测量的在23℃下的15kJ/m2到20kJ/m2的和在-20℃下的2kJ/m2到4kJ/m2的简支梁冲击强度。
11.一种注射和发泡方法，其特征在于，它包括下列步骤：
-提供具有固定件(6)和移动件(7)的注射模具(5)；
-将所述固定件(6)和移动件(7)相对彼此定位以形成第一间隙Ei；
-注射根据权利要求1到5之一的基于聚丙烯树脂的制剂以填充由所述固定件(6)和移动件(7)界定的空间的全部；
-将所述固定件(6)和移动件(7)相对彼此移动以形成大于第一间隙Ei的第二间隙Ef，以便所述发泡剂通过气泡包含物的形成产生制剂的膨胀直到完全填充由所述固定件(6)和移动件(7)界定的空间。
12.根据权利要求11所述的注射和发泡方法，其特征在于，Ef/Ei比值在1.25到2.4之间以便膨胀在沿着由所述固定件(6)和移动件(7)界定的空间的最大维度延伸的第一中心区(2)以多达30％到50％的膨胀率发生，所述第一中心区(2)在非发泡材料中的第二和第三表面区之间插入。
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