CN104479275B - 一种用于汽车内外饰的pp/pa复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车内外饰的PP/PA复合材料及其制备方法，包括以下重量份的组分：60‑80份聚丙烯，20‑40份聚酰胺，1‑4份改性滑石粉，3‑5份接枝相容剂，0.5‑1份流动改性剂，0.2‑0.4份抗氧剂，0.2份光稳定剂，0.5‑2.5份蒙脱土，10‑30份膨胀型阻燃剂，1‑4份着色剂。接枝相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。先将复配膨胀型阻燃剂与蒙脱土以熔融共混方式混炼，将所述改性滑石粉与所述聚丙烯进行预先混合熔融造粒，再与其它组分分批投入混料锅混合均匀，经双螺杆挤出机挤出造粒制备PP/PA复合材料。本发明解决了现行PP/PA6材料吸水的问题，提高了现有PP/PA6材料的耐磨性、抗老化和阻燃性，使PP/PA6材料的使用寿命延长，安全系数提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别涉及一种用于汽车内外饰的PP/PA复合材料。
背景技术
尼龙是重要的工程塑料，它具有高强度，摩擦系数小，优越的耐磨性能和耐油性，良好的化学稳定性，自润滑，绝缘，自熄等优良性能，加工流动性能优越，广泛应用于汽车，电子电气，机械和建筑等行业。但由于尼龙中酰胺极性基团的存在，导致其吸水性较强，低温韧性较低，尺寸稳定性较差，因而其应用受到一定限制；另外PA6低温冲击强度低，干态韧性不足，抗蠕变性能也有待提高。聚丙烯(PP)易加工、耐热，吸水性较低，并且价格较PA6便宜。但其成型收缩率较大，热变形温度不高，冲击强度低、低温易脆断，与其他极性聚合物和无机填料的相容性较差，从而聚丙烯的进一步应用受限。由于PP与PA6极性相差较大，二者直接共混所得材料的力学性能极差，几乎没有实用价值。因此，要制备性能优良的PP/PA共混合金，提高PP与PA6的相容性是关键问题。同时，PP/PA材料的耐磨性、耐老化性、和阻燃性等性能影响产品的使用寿命和安全性，越来越受到关注。
PP/PA材料具有吸水性，注塑厂家在注塑产品时必须对材料进行烘干处理，从而增加了成本，浪费了能源。且PP/PA材料相容性差，单纯将两种材料融和，材料的力学性能很差，不能推广应用，而且成本较高。目前，PP/PA材料采用不环保阻燃剂，如卤系阻燃剂等，对人体和环境有很大危害；而部分膨胀型阻燃剂又易吸潮，老化性能差，难回收利用等问题。汽车材料内饰件抗刮擦性能要求越来越高，对提高材料的耐刮擦，耐磨性能成为一个技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以PP/PA为主要原料的高耐磨性、高抗老化和阻燃性的复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明提供一种用于汽车内外饰的PP/PA复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：60-80份聚丙烯(PP)，20-40份聚酰胺(PA)，1-4份改性滑石粉，3-5份接枝相容剂，0.5-1份流动改性剂，0.2-0.4份抗氧剂，0.2份光稳定剂，0.5-2.5份蒙脱土，10-30份膨胀型阻燃剂。其中作为优选，还包括1-4份着色剂。
作为优选，所述的PP/PA复合材料包括以下重量份的组分：70份聚丙烯，30份聚酰胺，2份改性滑石粉，4份接枝相容剂，0.8份流动改性剂，0.4份抗氧剂，0.2份光稳定剂，1.5份蒙脱土，15份复配膨胀型阻燃剂，2.5份着色剂。
其中，所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。共聚物型的PP材料具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃(如苯)溶剂、氯化烃(四氯化碳)溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
所述聚酰胺为PA6、PA66、PA11、PA12、PA1010和PA612中的一种或几种，优选为PA6。PA6热塑性、轻质、韧性好、耐化学品和耐久性好，具有良好的耐磨性、自润滑性和耐溶剂性。
所述改性滑石粉为由磷酸酯表面活性剂改性的改性滑石粉，具体为由以下方法进行改性：将滑石粉加入高混锅搅拌，升温至70-90℃，加入2-5％磷酸酯表面活性剂，继续升温至100-140℃完成改性。
将改性滑石粉与聚丙烯进行预先混合，经混炼设备在160℃-240℃下混炼熔融造粒，制备填充母粒。
所述接枝相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)，由以下步骤制成：称取质量比为100∶(2-4)∶(0.1-0.4)的聚丙烯、马来酸酐、过氧化二异丙苯(DCP)，将马来酸酐和DCP溶解于一定量的丙酮溶液中，再与0.2％-0.4％抗氧剂粉末一起加入干燥过的PP粒料中，搅拌混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，如抗氧剂1010、168。作为优选，所述光稳定剂为紫外线吸收剂326。
所述复配膨胀型阻燃剂为聚磷酸、季戊四醇和三聚氰胺按3∶1∶1-1.5复配。将所述复配膨胀型阻燃剂与所述蒙脱土以熔融共混的方式在120℃-140℃下制备蒙脱土复配阻燃剂。
所述着色剂为色母粒或色粉。
本发明的PP/PA复合材料的制作方法为：将所述填充母粒与聚酰胺、聚丙烯接枝马来酸酐、蒙脱土复配阻燃剂、流动改性剂、抗氧剂、光稳定剂，以及色母粒分批投入混料锅混合均匀，最后经双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在180℃-260℃。
本发明实现了PP接枝马来酸酐复合物的制备，研究了PP/PA6配比及PP-g-MAH、PP接枝马来酸酐用量对PP/PA6合金吸水性的影响，(吸水率按GB/T1034-2008进行检测)，解决了现行PP/PA6材料吸水的问题。
PP/PA粒料以复配阻燃体系为基础，采用蒙脱土复配膨胀型阻燃剂磷酸密胺盐和季戊四醇，以熔融共混的方式制备PP/PA阻燃复合材料，当蒙脱土(MMT)添加量达到2phr时，燃烧等级可达到V-0级，且对材料力学性能影响较小，优于同行业水平。
通过向共混体系加入滑石粉和改变滑石粉混炼顺序，增强了PP/PA粒料的力学性能，并且材料成本有所降低，材料的拉伸强度，弯曲强度，以及流动性均优于国内同行业相关产品的性能。
通过加入复配光、氧老化剂，材料的耐老化性能得到很大提高，氙灯照射1000小时后，材料力学性能保持在50％以上，不发生龟裂、发粘等现象(耐老化性按GB/T 16422.2进行测试)。
通过将PP材料与PA材料接枝相容，复合物的力学性能提高的同时，材料的抗刮擦性得到极大提高，解决了现行PP材料用于汽车内外饰件不耐刮擦的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
1、接枝物的制备：先用500ml丙酮将2kg MAH和0.1kgDCP溶解，与0.4g抗氧剂1010粉末一起加入100kg干燥过的嵌段共聚聚丙烯粒料中，搅拌混合均匀，通过双螺杆挤出机在140℃挤出造粒，即得聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)。
2、滑石粉的改性：将10kg滑石粉加入高混锅，高速搅拌，升温至80℃，加入0.3kg磷酸酯表面活性剂，继续升温至120℃，卸料，静置24小时待用。
3、填充母粒制备：将60kg嵌段共聚聚丙烯与1kg改性滑石粉进行预先混合，经混炼设备混炼熔融造粒，加工温度为160℃。
4、蒙脱土复配阻燃剂的制备：采用6kg聚磷酸、2kg季戊四醇、2kg三聚氰胺和0.5kg蒙脱土以熔融共混的方式在120℃下制备而成。
5、用上述制备的原料进行复合材料的制备：
将30份PA6，4份接枝相容剂，10.5份蒙脱土复配阻燃剂，61份填充母粒，0.8份流动改性剂，2.5份色母粒(重庆澳彩科技有限公司)，0.4份抗氧剂1010，0.2份紫外线吸收剂326一起加入高混锅预先混合，再由平行双螺杆挤出，冷却造粒。
实施例2：
1、接枝物的制备：先用800ml丙酮将3kg MAH和0.2kg DCP溶解，与0.2g抗氧剂1010粉末一起加入100kg干燥过的嵌段共聚聚丙烯粒料中，搅拌混合均匀，通过双螺杆挤出机在160℃挤出造粒，即得聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)。
2、滑石粉的改性：将10kg滑石粉加入高混锅，高速搅拌，升温至80℃，加入0.2kg磷酸酯表面活性剂，继续升温至120℃，卸料，静置24小时待用。
3、填充母粒制备：将80kg嵌段共聚聚丙烯与4kg改性滑石粉进行预先混合，经混炼设备混炼熔融造粒，加工温度为240℃。
4、蒙脱土复配阻燃剂的制备：采用16.36kg聚磷酸、5.45kg季戊四醇、8.18kg三聚氰胺和2.5kg蒙脱土以熔融共混的方式在140℃下制备而成。
5、用上述制备的原料进行复合材料的制备：
将20份PA6，3份接枝相容剂，32.5份蒙脱土复配阻燃剂，84份填充母粒，1份流动改性剂，1份色母粒(重庆澳彩科技有限公司)，0.2份抗氧剂1010，0.2份紫外线吸收剂326一起加入高混锅预先混合，再由平行双螺杆挤出，冷却造粒。
实施例3：
1、接枝物的制备：先用1000ml丙酮将4kgMAH和0.4kg DCP溶解，与0.3g抗氧剂168粉末一起加入100kg干燥过的嵌段共聚聚丙烯粒料中，搅拌混合均匀，通过双螺杆挤出机在180℃挤出造粒，即得聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)。
2、滑石粉的改性：将10kg滑石粉加入高混锅，高速搅拌，升温至80℃，加入0.5kg磷酸酯表面活性剂，继续升温至120℃，卸料，静置24小时待用。
3、填充母粒制备：将70kg嵌段共聚聚丙烯与2.5kg改性滑石粉进行预先混合，经混炼设备混炼熔融造粒，加工温度为200℃。
4、蒙脱土复配阻燃剂的制备：采用11.54kg聚磷酸、3.85kg季戊四醇、4.62kg三聚氰胺和1.5kg蒙脱土以熔融共混的方式在130℃下制备而成。
5、用上述制备的原料进行复合材料的制备：
将40份PA6，5份接枝相容剂，21.5份复配阻燃剂，72.5份填充母粒，0.5份流动改性剂，4份色粉(重庆澳彩科技有限公司)，0.3份抗氧剂1010，0.2份紫外线吸收剂326一起加入高混锅预先混合，再由平行双螺杆挤出，冷却造粒。
对比例
将40份PA6，60份聚丙烯，5份接枝相容剂，15份卤系阻燃剂，2.5份色母粒0.4份抗氧剂1010，0.2份紫外线吸收剂326一起加入高混锅混合，经双螺杆挤出，冷却造粒。
制备出的PP/PA复合材料吸水率和物理强度见表1：
表1
制备出的PP/PA复合材料阻燃效果见表2：
表2
| 水平燃烧数据 | 发烟量 | 是否滴落 | 燃烧等级 |
| 实施例1 | 小 | 否 | V-0 |
| 实施例2 | 中等 | 是 | V-1 |
| 实施例3 | 小 | 否 | V-0 |
| 对比例 | 大 | 是 | HB |
制备出的PP/PA复合材料抗氧化效果见表3：
表3
本发明增强了PP/PA粒料的力学性能，解决了现行PP/PA6材料吸水的问题，提高了现有PP/PA6材料的耐磨性、抗老化和阻燃性，使PP/PA6材料的使用寿命延长，安全系数提高。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于汽车内外饰的PP/PA复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：60-80份聚丙烯，20-40份聚酰胺，1-4份改性滑石粉，3-5份接枝相容剂，0.5-1份流动改性剂，0.2-0.4份抗氧剂，0.2份光稳定剂，0.5-2.5份蒙脱土，10-30份复配膨胀型阻燃剂；所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯；所述改性滑石粉由磷酸酯表面活性剂进行改性的改性滑石粉；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；所述复配膨胀型阻燃剂为聚磷酸、季戊四醇和三聚氰胺按3∶1∶1-1.5复配得到。
2.根据权利要求1所述的用于汽车内外饰的PP/PA复合材料，其特征在于，还包括1-4份着色剂。
3.根据权利要求1-2任一项所述的用于汽车内外饰的PP/PA复合材料，其特征在于，所述聚酰胺为PA6、PA66、PA11、PA12、PA1010和PA612中的一种或两种以上任意比例聚酰胺的混合物。
4.根据权利要求1-2任一项所述的用于汽车内外饰的PP/PA复合材料，其特征在于，所述接枝相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，由以下步骤制成：称取质量比为100∶2-4∶0.1-0.4的聚丙烯、马来酸酐、过氧化二异丙苯，将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶解于一定量的丙酮溶液中，再与0.2％-0.4％抗氧剂粉末一起加入干燥过的聚丙烯粒料中，搅拌混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒。
5.根据权利要求2所述的用于汽车内外饰的PP/PA复合材料，其特征在于，所述着色剂为色母粒或者色粉。
6.一种如权利要求2所述的用于汽车内外饰的PP/PA复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述复配膨胀型阻燃剂与所述蒙脱土以熔融共混的方式在120℃-140℃下制备蒙脱土复配阻燃剂；
(2)将滑石粉加入高混锅搅拌，升温至70-90℃，加入2-5％磷酸酯表面活性剂，继续升温至100-140℃完成改性；
(3)将所述改性滑石粉与所述聚丙烯进行预先混合，经混炼设备在160℃-240℃下混炼熔融造粒，制备填充母粒；
(4)将所述填充母粒与聚酰胺、接枝相容剂、蒙脱土复配阻燃剂、流动改性剂、抗氧剂、光稳定剂，以及着色剂分批投入混料锅混合均匀，最后经双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度控制在180℃-260℃。
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