CN104140591A - 一种高填充微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其是一种高填充微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明的原料由以下重量份的组分组成：聚丙烯20-50份，无机粉体40-70份，发泡母粒0.5-10份，增韧剂1-10份，抗氧剂0.2-2份。其有益效果是：在基本不损失材料性能的前提下，显著减轻材料重量，提高冲击性能，大幅降低生产成本，获得性能优良且环保的高填充微发泡聚丙烯材料。产品可应用到汽车的内外饰件、甚至部分结构制件，实现汽车材料轻量化；也可用于其它领域，比如建筑、电子、包装等行业。

Description

一种高填充微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其是一种高填充微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
无机粉体填充聚合物复合材料是通过一定的加工技术将无机粉体与聚合物混合，经熔融挤出造粒工艺制备而成。因复合材料中含有大量价格低廉的无机粉体，可显著降低材料成本，现已广泛应用于日常生活、家居装饰、包装、汽车、电子等领域，如日常生活中的“购物袋”、在电缆制造中使用的“填充绳”，汽车使用的门板、立柱、空调壳，密封条、扰流板、车轮罩等等部件。中国专利CN102040778B公开了一种高填充聚丙烯复合材料，具有良好的机械性能，同时具有较高的热变形温度，适合用于制造汽车的内外饰件及空调等部件；张伟等(公开号：103835494A)公开了一种纳米钙高填充聚丙烯抗老化建筑模板及其工艺，用于建筑模版，可显著降低成本，提高模量；刘晓青等(公开号：103102592)公开了一种用于汽车保险杠的改性聚丙烯材料及其制备方法，使用矿物填料含量为25-40％，可有效降低成本，等等。然而，现有技术在降低成本的同时，忽略了矿物在复合材料中的比例的上升，导致材料比重上升，产品重量增加，必然会面临问题。就汽车工业来说，车用材料重量的增加必然导致油耗增加、污染物排放量上升，进而提高汽车使用成本，加重环境污染；材料轻量化不但可以减轻车身重量、节约能源、提高燃油经济性、减轻污染，也可以缩短生产周期、降低生产成本、提高企业竞争力。在汽车塑料用料中，聚丙烯填充改性材料一直占据第一位，并且每年以2.2％—2.8％的速度加快增长。其矿物高填充材料被广泛应用于汽车内外饰件，甚至结构制件等。因此，聚丙烯填充改性复合材料，尤其是高填充改性材料的轻量化对于整车材料轻量化的意义重大。然而，目前采用的填充技术往往更多关注由矿物含量增加实现的降本，但却无法兼顾材料轻量化。
发明内容
本发明的目的是兼顾高矿物填充量的降本优势，提出一种具有轻量化特征的高填充微发泡聚丙烯复合材料，并提供该材料的制备方法，工艺简单，生产成本低，效率高、易于实现工业化。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种高填充微发泡聚丙烯复合材料，按重量份数，称取聚丙烯20-50份，无机矿物粉体40-70份，增韧剂1-10份，抗氧剂0.2-1份。
将以上组分按照比例加入到高速混合机中，混合3-6min；其中，聚丙烯基料优选熔融指数为0.2-30g/10min，IZOD冲击强度大于40kJ/m2的原料，进一步优化为熔融指数为2-15g/10min，IZOD冲击强度大于40kJ/m2，小于60kJ/m2的原料；无机矿物粉体为碳酸钙和滑石粉中的一种，优选滑石粉，增韧剂为乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯中的一种或几种，其中优选乙烯-辛烯共聚物；主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂中的一种或几种，优选1010，辅抗氧剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种，优选168；
将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒，得到高填充聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机料筒温度为170-270℃，螺杆转速50r/min；
将0.5-10份发泡母粒加入到高填充聚丙烯复合材料粒料中，并在混合机中混合均匀；其中，发泡母粒中德包覆体为聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种的组合物，优选乙烯醋酸乙烯共聚物；发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛、偶氮二碳酸胺中的一种或几种的组合物，优选偶氮二甲酰胺；发泡活性剂为氧化锌、尿素、三乙醇胺、硬脂酸锌中的一种或几种的组合物；优选氧化锌和硬脂酸锌的组合物。
将发泡母粒和聚丙烯复合材料混合物加入到注塑机中，注塑成型得到微发泡高填充聚丙烯复合材料。注塑机料筒温度设置为180-240℃，注射压力为40-60MPa，注射速度为40-80mm/s，冷却时间为10-30s。
将发泡母粒和聚丙烯复合材料混合物加入到挤出机中，挤出成型得到微发泡高填充聚丙烯复合材料。挤出机机筒温度设置为160-240℃，螺杆转速为50r/min。
本发明的原料来源广泛、成本低廉，可通过普通注塑机、挤出机实现，操作简单。其有益效果是：相比传统高填充聚丙烯复合材料，在基本不损失材料性能的前提下，显著减轻材料重量，提高抗冲击性能，进一步降低生产成本，获得性能优良且环保的高填充微发泡聚丙烯材料。产品可应用到汽车的内外饰件、甚至部分结构制件，实现汽车材料轻量化；也可用于其它领域，比如建筑、电子、包装等行业。
具体实施方式
实施例一
将熔融指数为2g/10min，IZOD冲击强度50kJ/m2的聚丙烯20份、滑石粉70份、乙烯-辛烯共聚物4.5份、抗氧剂168 0.3份、抗氧剂1010 0.2份的混合物放入高速混合机，混合6分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将5份发泡母粒与95份上述挤出粒料混合均匀，放入单螺杆挤出机中，挤出获得高填充微发泡聚丙烯复合材料。螺杆温度设置为160-240℃，螺杆转速50r/min。所得复合材料性能对比如下表所示：
表1 高填充微发泡材料与未发泡材料性能对比
实施例二
将熔融指数为15g/10min，IZOD冲击强度48kJ/m2的聚丙烯50份、滑石粉40份、三元乙丙橡胶1份、抗氧剂168 1.2份、抗氧剂1010 0.8份的混合物放入高速混合机，混合3分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将7份发泡母粒与93份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到微发泡高填充聚丙烯复合材料。注塑机料筒温度设置为180-240℃，注射压力为60MPa，注射速度为80mm/s，冷却时间为10s。所得复合材料性能对比如下表所示：
表2 高填充微发泡材料与未发泡材料性能对比
实施例三
将熔融指数为5g/10min，IZOD冲击强度56kJ/m2的聚丙烯35份、滑石粉50份、乙烯-丁烯共聚物4份、抗氧剂168 0.6份、抗氧剂1010 0.4份的混合物放入高速混合机，混合5分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将10份发泡母粒与90份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到微发泡高填充聚丙烯复合材料。注塑机料筒温度设置为180-240℃，注射压力为40MPa，注射速度为40mm/s，冷却时间为30s。所得复合材料性能对比如下表所示：
表3 高填充微发泡材料与未发泡材料性能对比
实施例四
将熔融指数为10g/10min，IZOD冲击强度43kJ/m2的聚丙烯45份、滑石粉44.3份、聚乙烯10份、抗氧剂168 0.12份、抗氧剂1010 0.08份的混合物放入高速混合机，混合4分钟，然后，将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒。双螺杆挤出机料筒温度设置为170-270℃，螺杆转速50r/min；最后将0.5份发泡母粒与99.5份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到微发泡高填充聚丙烯复合材料。注塑机料筒温度设置为180-240℃，注射压力为50MPa，注射速度为60mm/s，冷却时间为20s。所得复合材料性能对比如下表所示：
表4 高填充微发泡材料与未发泡材料性能对比
从以上实施例性能检测结果看，在保证高填充聚丙烯复合材料性能前提下，微发泡能够显著降低制品重量，实现了轻量化。另外，可根据不同需求，调整配方比例，达到所需目标性能，减少材料用量。实现轻量化的同时进一步降低生产成本。
本发明采用微发泡技术，在基本不损失高填充聚丙烯复合材料力学性能的情况下，有效改善产品尺寸稳定性，提高抗冲击性能，可减轻产品重量8-25wt％，实现了材料轻量化，同时，缩短加工周期，降低生产成本。本产品可通过普通注塑、挤出等工艺制造外，还可用于建筑、电子、体育器材等行业领域。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高填充微发泡聚丙烯复合材料，原料由以下重量份的组分组成：
聚丙烯20-50份
无机粉体40-70份
发泡母粒0.5-10份
增韧剂1-10份
抗氧剂0.2-2份。
2.根据权利要求1所述高填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔融指数为0.2-30/10min，IZOD冲击强度大于40kJ/m2。
3.根据权利要求1所述高填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述无机粉体为滑石粉或碳酸钙。
4.根据权利要求1所述高填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述发泡母粒由重量分数为30-60％的包覆体、5-30％发泡剂、0.5-2％发泡活性剂组成。
5.根据权利要求4所述高填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述包覆体为聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种，所述发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛、偶氮二碳酸胺中的至少一种，所述发泡活性剂为氧化锌、尿素、三乙醇胺、硬脂酸锌中的至少一种。
6.根据权利要求1所述高填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述高填充微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂分为主抗氧剂和辅抗氧剂，按照2：3的比例添加，所述主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂中的至少一种，辅抗氧剂剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
8.根据权利要求1-7所述任一高填充微发泡聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯20-50份、无机粉体40-70份、增韧剂1-10份、抗氧剂0.2-2份放入高速混合机中混合3-6min，然后将上述组分混合物于双螺杆挤出机中挤出并造粒，得到高填充聚丙烯复合材料；
(2)将30-60份包覆体、5-30份发泡剂、0.5-2份发泡活化剂加入高混机中混合3-6min，然后将上述组分组合物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到发泡母粒；
(3)将步骤(1)中所得到的高填充聚丙烯复合材料和步骤(2)得到的发泡母粒加入到注塑机中，注塑成型得到微发泡高填充聚丙烯复合材料，注塑机料筒温度180-240℃，注射压力为40-60MPa，注射速度为40-80mm/s，冷却时间为10-30s；
(4)将步骤(1)中所得到的高填充聚丙烯复合材料和步骤(2)得到的发泡母粒加入到单螺杆挤出机中，挤出成型得到微发泡高填充聚丙烯复合材料，挤出温度为160-240℃，螺杆转速50r/min。
9.根据权利要求8所述高填充微发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，双螺杆挤出机料筒温度为170-270℃，螺杆转速50r/min。
10.根据权利要求8所述高填充微发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，发泡母粒挤出温度为100～160℃，螺杆转速为40r/min。
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