CN103756132A - 一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下重量百分比的原料组成：聚丙烯46～95，无机填料0～25，增韧剂POE0～15，耐磨剂1～10，成核剂0.1～0.5，抗氧剂0.1～1，光稳定剂0.1～1，颜色色粉或色母粒0～2。将原料置于高速混合器中混合3～5分钟；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耐磨剂及成核剂，从而制备出耐磨性能更好的聚丙烯材料。本发明的优点是：在保证材料耐磨性能的同时，材料的各项物理力学性能基本不受影响；制备工艺简单、生产成本低。

Description

一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，可用于汽车内外饰件，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。但聚丙烯材料的耐磨性能较差，在一些容易受到外界不断磨擦的部件，如刹车灯灯壳、喇叭罩等部件，会因磨擦而受损伤，这直接影响汽车的美观，严重影响了其在汽车饰件中的应用，需要对聚丙烯材料进行改进，以满足产品耐磨的要求。
有关如何提高聚丙烯耐磨方面已有一些报道，提出了一些解决方案，中国专利CN1990534A采用二硫化钼及聚四氟乙烯提高了聚丙烯的耐磨性能，其极限PV值达98。中国专利CN102492215涉及到聚四氟乙烯提高玻纤增强聚丙烯复合物的耐磨性能。中国专利专利CN102492196则通过酰胺类、硅酮类材料复合制成耐磨擦剂，提高聚丙烯在高温状态下或经历高温老化后的耐磨擦性。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磨擦性能。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擦性能。虽然以上方法在特定组分与体系中解决了一定的耐磨性能，不能从根本上解决聚丙烯材料的耐磨性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨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磨性能，本发明的技术方案是在聚丙烯材料的基础配方中加入耐磨剂及成核剂，以降低聚丙烯材料的摩擦系数，提高材料的表面硬度，有效地改善聚丙烯复合材料的耐磨性能。
一种耐磨聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
Figure BDA0000449101230000021
更为优选的是：
一种耐摩聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
Figure BDA0000449101230000022
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、碳酸钙和硫酸钡中的一种或几种组合物，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，优选自3114、1010和DSTP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，优选自618和168中的一种或两种。
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。
所述的耐磨剂为一种白色细小颗粒的高分子量硅氧烷，其分子量在2w～6w之间，平均粒径5μm，PH值6.5-7.5，有效成分≥98.5%。
这种耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤为：
（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。
本发明在聚丙烯复合材料基础配方中添加耐磨剂及成核剂，从而制备出耐磨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耐磨剂和成核剂，使得所制得的聚丙烯复合材料具有更好的耐磨性能。
2、本发明所制得的聚丙烯复合材料在保证材料耐磨性能的同时，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磨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0.1～0.5％。所用的耐磨剂为上海帝润化工公司生产的LUBDE305，一种白色细小颗粒的高分子量硅氧烷，其分子量在2w～6w之间，平均粒径5μm，PH值6.5-7.5，有效成分≥98.5%，其添加量的重量百分比为1～10％。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，以及汽巴公司产的1010，商品牌号为IRGANOX1010，化学名称为四[甲基-β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯。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。
耐磨损性能测试：注射成型尺寸150×100×3.2mm的样板，参照测试方法SAE J948：2003，测试条件：磨轮：CS-10,负载：500g/轮，总共250转，鉴别测试后材料的磨损和表面发白情况。
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。
材料的耐磨性能根据材料的表面发白和磨损情况评判。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1-6及对比例1-4材料配方表（重量%）
Figure BDA0000449101230000051
表2实施例1-6及对比例1-4材料性能表
Figure BDA0000449101230000052
从实施例1-3与对比例1的对比，实施例4与对比例2的对比,实施例5与对比例3以及实施例6与对比例4的对比可以看出，成核剂及耐磨剂对聚丙烯复合材料的耐磨性能有很大的提高，其中添加0.2%成核剂、5%耐磨剂时对提高PP材料的耐磨性能已较为显著。此时，材料不仅具备很好的耐磨性能，同时材料的基本物理力学性能也能较好地保持。

Claims (10)

1.一种耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
Figure FDA0000449101220000011
2.根据权利要求1所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
Figure FDA0000449101220000012
3.根据权利要求1或2所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为熔体流动速率在5～60g/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所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，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的组合物，其粒径范围均为1～10微米。
5.根据权利要求1或2所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，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，熔融指数为0.5～15g/10min。
6.根据权利要求1或2所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，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。
7.根据权利要求1或2所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳定剂选用受阻胺类光稳定剂。
8.根据权利要求1或2所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，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。
9.根据权利要求1或2所述的一种耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的耐磨剂为一种白色细小颗粒的高分子量硅氧烷，其分子量在2w～6w之间，平均粒径5μm，PH值6.5-7.5，有效成分≥98.5%。
10.权利要求1或2所述一种耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤为：
（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。
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