CN105037929B - 一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料及其制备方法，原料由以下重量份的组分组成：聚丙烯40‑80份，相容剂1‑5份，矿物粉5‑30份，微孔发泡复合助剂2‑15份，发泡剂母粒0.5‑5份，金属颜料母粒1‑4份，润滑剂0.3‑2份，抗氧剂0.2‑1份，光稳定剂0.2‑0.5份。本发明将免喷涂技术与注塑微发泡技术相结合，获得了具有高金属光泽效果的轻量化聚丙烯微发泡材料，免去了传统喷漆的繁琐操作，大大简化工序，更加环保，同时，显著减轻制件重量，最大减重幅度达20%以上，设备要求低，产品良品率高；另一方面，通过采用微孔发泡复合助剂，明显改善免喷涂材料表面质量，解决了其在注塑过程中制品表面发花、气痕和表皮分层现象等问题，满足其在汽车内外饰件使用要求。

Description

一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其是一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

塑料在汽车上的应用主要包括内饰件、外饰件、功能件和结构件，而这些部件一般需要进行喷漆来达到如美观的哑光、高光或者闪烁、金属质感等效果，同时还得负担起保护基材实现耐候和耐刮擦等功能。但是喷漆会带来三个问题：第一，喷漆过程对环境危害非常大，造成环境污染；第二，经过喷漆处理的塑料制件很难将油漆涂层剥离掉，使得制件回收困难，无法回收再利用，导致资源浪费；第三由于喷漆工艺的复杂，需要增加预处理、涂装和运输等基本环节，部分喷漆工艺还需要底漆、面漆和UV固化漆等多道生产工序，如此繁杂的程序可能产生良率问题，使得塑料制件的加工成本大幅增加。

随着人们对汽车绿色环保的要求越来越高，传统的塑料制件喷涂技术已渐渐无法满足新时代的需求。众多国际国内知名厂商越来越多的关注可直接注塑成型的免喷涂高光材料，它可使制品通过一次性直接注塑实现珠光、闪烁珠光等效果，相比喷涂产品，更容易成型、成品率高，制件可100％回收再利用，并且不产生对环境有害的气体、粉尘等污染物质；此外，色彩可帮助客户应对多样化、差别化的市场需求。

另一方面，轻量化已成为当今汽车行业必然趋势。微发泡材料具有独有的致密表层和发泡芯层结构，其特点就是在基本不损失实心改性聚丙烯材料性能的前提下，减少材料用量，显著减轻制件重量，用于替代实心注塑材料，实现制件轻量化，提高生产效率。近年来，随着汽车整车轻量化进程不断加快，微发泡技术越来越受到汽车厂商的青睐。

将免喷涂技术与微发泡技术相结合，对于汽车整车环保轻量化具有重要意义。而现有技术中已有此方面进展，如专利号是201510112267.4的一种可实现轻量化、环保化及金属效果的微发泡免喷涂聚丙烯材料及其制备方法采用高熔体强度聚丙烯制备了一种可实现轻量化、环保化及金属效果的微发泡免喷涂聚丙烯材料。然而，该技术的不足之处在于它并未解决注塑微发泡材料普遍存在的制件表面质量差等缺陷，例如大量气痕、表面分层、表面发花等，这严重制约了具有轻量化特征的免喷涂聚丙烯微发泡材料在有表面质量要求的汽车内外饰制件上的应用。而至今为止，没有有效方法能够解决这一技术难题。

发明内容

本发明将免喷涂技术与注塑微发泡技术相结合，获得了具有高金属光泽效果的轻量化聚丙烯微发泡材料，免去了传统喷漆的繁琐操作，大大简化工序，更加环保，同时，显著减轻制件重量，最大减重幅度达20％以上，设备要求低，产品良品率高；另一方面，通过采用微孔发泡复合助剂，明显改善免喷涂材料表面质量，解决了其在注塑过程中制品表面发花、气痕和表皮分层现象等问题，满足其在汽车内外饰件使用要求。

技术方案

本发明通过以下技术方案解决技术问题：

一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料专用微孔发泡复合助剂，由重量分数为30％-50％的乙烯基聚合物、30％-50％聚丙烯、5-10％助容剂、5-15％成核剂组成。

进一步的技术方案，所述乙烯基聚合物为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯-二烯类三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种；

所述聚丙烯熔融指数为60-100g/10min；

所述的助容剂为丙烯酸接枝聚烯烃型、环状酸酐型、环氧型中的一种；

所述的成核剂为苯甲酸盐类、有机磷酸盐类、山梨醇类、二氧化硅、蒙脱土中的一种。

一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，原料由以下重量份的组分组成：

聚丙烯40-80份

相容剂1-5份

矿物粉5-30份

微孔发泡复合助剂2-15份

发泡剂母粒0.5-5份

金属颜料母粒1-4份

润滑剂0.3-2份

抗氧剂0.2-1份

光稳定剂0.2-0.5份

进一步的技术方案，所述聚丙烯的熔融指数为3-40g/10min。

进一步的技术方案，所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃类共聚物。

进一步的技术方案，所述发泡剂母粒的有效成分为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛中的一种；

所述金属颜料母粒的有效成分为铝粉、锌粉、铅粉、铜锌粉、锌铝粉中的一种；

所述的矿物粉为滑石粉、碳酸钙、晶须、硫酸钡、硅灰石、云母中的至少一种；

所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

进一步的技术方案，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，所述的主抗氧剂和辅抗氧剂按照重量比为2：3的比例添加；

所述主抗氧剂为受阻酚类、硫酯类中的一种；

所述的辅抗氧剂剂为亚磷酸盐类、亚磷酸酯类中的一种。

进一步的技术方案，所述光稳定剂为氰特公司3808PP5、V680和V703中的至少一种。

一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯40-80份，相容剂1-5份，矿物粉5-30份，微孔发泡复合助剂2-15份，金属颜料母粒1—4份，润滑剂0.3-2份，抗氧剂0.2-1份，光稳定剂0.2-0.5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，得到具有金属光泽质感的聚丙烯复合材料；

(2)将步骤(1)中所得到的聚丙烯复合材料95—99.5份、发泡剂母粒0.5-5份，放入混合机中混合，获得均匀混合物；

(3)将上述步骤(2)中得到的混合物加入到注塑机中，注塑成型得到高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，注塑机料筒温度220-280℃，注射压力为60-100MPa，注射速度为70-90mm/s，热流道温度230-260℃。

进一步的技术方案，所述步骤(1)中，双螺杆挤出机料筒温度为200-260℃，螺杆转速500r/min。

有益效果：

本发明将免喷涂技术与注塑微发泡技术相结合，获得了具有高金属光泽效果的轻量化聚丙烯微发泡材料，免去了传统喷漆的繁琐操作，大大简化工序，更加环保，同时，显著减轻制件重量，最大减重幅度达20％以上，设备要求低，产品良品率高；另一方面，通过采用微孔发泡复合助剂，获得了高表面质量免喷涂聚丙烯微发泡材料，解决了其在注塑过程中制品表面发花、气痕和表皮分层现象等问题，满足其在汽车内外饰件使用要求。产品不但可以应用于汽车内外饰件；也可用于其它领域，比如电动工具、建筑、电子电器、造船等。

1本发明中轻质免喷涂聚丙烯材料专用微孔发泡复合助剂可显著提高微发泡过程中聚丙烯机体的再修复能力，显著改善了免喷涂聚丙烯微发泡材料的表面质量，解决了一直以来困扰免喷涂聚丙烯微发泡材料在汽车内外饰件上应用时制件表面发花、气痕和表皮分层现象等严重表面质量问题，并且微孔发泡复合助剂生产成本低，适合工业化大生产。

2本发明中生产出高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料采用注塑微发泡技术在基本不损失实心改性材料机械性能前提下，显著减轻制件重量，最大减重幅度达20％以上，实现制件轻量化，降低生产成本，此外，产品具有优异的尺寸稳定性，可根据不同需求，实现工业化减少材料用量，达到所需目标性能。更为重要的是，本发明将注塑微发泡技术和微孔发泡复合助剂进行结合，使得本发明获得了具有高金属光泽效果的轻量化聚丙烯微发泡材料，免去了传统喷漆的繁琐操作，大大简化工序，更加环保。

3本发明中一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料的制备方法，使用的技术方案工艺简单，效率高，加工周期明显缩短，显著降低生产成本，且适合现有设备，不需另行改进生产线路，易于实现工业化。

具体实施方式

实施例1

将熔融指数为40g/10min的聚丙烯40份、相容剂4份、滑石粉30份、微孔发泡复合助剂15份(微孔发泡复合助剂的成分包括:30％乙烯-醋酸乙烯共聚物、50％熔融指数为60g/10min的聚丙烯、10％环状酸酐型助容剂，10％蒙脱土)、铝粉母粒4份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.3份、聚乙烯蜡1份、光稳定剂3808PP50.5份的混合物放入高速混合机，双螺杆挤出机料筒温度设置为200-260℃，螺杆转速500r/min，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，得到聚丙烯复合材料。

将95份聚丙烯复合材料和5份发泡剂母粒放入混合机中混合，获得均匀混合物，所述的发泡剂母粒有效成分为偶氮二甲酰胺。

最后，将得到的混合物加入注塑机中，注塑成型得到高表面质量的轻质免喷涂聚丙烯微发泡复合材料，注塑机料筒温度220-280℃，注射压力为60MPa，注射速度为90％，热流道温度260℃。

所得复合材料性能对比如下表所示：

表1 是实施例1与未发泡玻纤增强聚丙烯材料性能对比

实施例2

将熔融指数为40g/10min的聚丙烯80份、相容剂2.3份，碳酸钙5份、微孔发泡复合助剂9.7份(微孔发泡复合助剂的成分包括:50％乙烯-辛烯共聚物、30％熔融指数为70g/10min聚丙烯、5％丙烯酸接枝聚丙烯型助容剂，15％山梨醇类成核剂)、锌粉母粒1份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.4份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.6份、硬脂酸钙0.3份、光稳定剂V6800.2份的混合物放入高速混合机，双螺杆挤出机料筒温度设置为200-260℃，螺杆转速500r/min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，得到聚丙烯复合材料。

将99.5份聚丙烯复合材料和0.5份发泡剂母粒放入混合机中混合，获得均匀混合物，所述的发泡剂母粒有效成分为碳酸氢钠。

最后，将得到的混合物加入注塑机中，注塑成型得到高表面质量的轻质免喷涂聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度220-280℃，注射压力为70MPa，注射速度为70％，热流道温度230℃。

所得复合材料性能对比如下表所示：

表2 实施例2与未发泡玻纤增强聚丙烯材料性能对比

实施例3

将熔融指数为3g/10min的聚丙烯71份、相容剂1份，硫酸钡20份、微孔发泡复合助剂2份(微孔发泡复合助剂的成分包括:38％乙烯-丙烯-二烯类三元共聚物、42％熔融指数为100g/10min聚丙烯、8％环状酸酐型助容剂，12％苯甲酸盐类成核剂)、铜锌粉母粒3份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.08份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.12份、乙撑双硬脂酰胺0.5份、光稳定剂V7030.3份的混合物放入高速混合机，双螺杆挤出机料筒温度设置为200-260℃，螺杆转速500r/min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，得到聚丙烯复合材料。

将98份聚丙烯复合材料和2份发泡剂母粒放入混合机中混合，获得均匀混合物，所述的发泡剂母粒有效成分为甲苯磺酞氨基崛。

最后，将得到的混合物加入注塑机中，注塑成型得到高表面质量的轻质免喷涂聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度220-280℃，注射压力为100MPa，注射速度为80％，热流道温度240℃。

所得复合材料性能对比如下表所示：

表3 实施例3与未发泡玻纤增强聚丙烯材料性能对比

实施例4

将熔融指数为10g/10min的聚丙烯67.5份、相容剂4份，晶须10份、微孔发泡复合助剂10份(微孔发泡复合助剂的成分包括:43％高密度聚乙烯、46％熔融指数为80g/10min聚丙烯、6％环状酸酐型助容剂，5％二氧化硅)、铝锌粉母粒2份、主抗氧剂1010又名四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.4份、辅抗氧剂168又名三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.6份、硬脂酸钙2份、光稳定剂3808PP50.5份的混合物放入高速混合机，双螺杆挤出机料筒温度设置为200-260℃，螺杆转速500r/min，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，得到聚丙烯复合材料。

将97份聚丙烯复合材料和3份发泡剂母粒放入混合机中混合，获得均匀混合物，所述的发泡剂母粒有效成分为偶氮二甲酰胺。

最后，将得到的混合物加入注塑机中，注塑成型得到高表面质量的轻质免喷涂聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度220-280℃，注射压力为70MPa，注射速度为80％，热流道温度240℃。

所得复合材料性能对比如下表所示：

表4 实施例4与未发泡玻纤增强聚丙烯材料性能对比

从以上实施例与未发泡改性聚丙烯材料性能对比可以看出，本发明采用注塑微发泡技术，基本损失填充改性免喷涂聚丙烯材料机械性能情况下，大幅降低产品重量，可减少材料用量，显著降低生产成本；同时，采用组合式微孔发泡复合助剂，能够获得与未发泡免喷涂聚丙烯材料目视近乎一致的高表面质量，消除了聚丙烯微发泡制品表面发花、气痕等问题，可在汽车内外饰应用中替代现有实心注塑改性聚丙烯材料，实现汽车整车、部件环保化、轻量化。

本发明的另一个特点是加工周期明显缩短，亦可降低生产成本、提高生产效率；本产品可通过普通注塑工艺实现，操作简单，实用性强。产品除了适用于汽车零部件产品外，还可用于电动工具、园林工具、建筑、电子电器、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 (7)

1.一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，其特征在于，原料由以下重量份的组分组成：

聚丙烯40-80份

相容剂1-5份

矿物粉5-30份

微孔发泡复合助剂2-15份

发泡剂母粒 0.5-5份

金属颜料母粒1-4份

润滑剂0.3-2份

抗氧剂0.2-1份

光稳定剂0.2-0.5份；

所述的微孔发泡复合助剂，由重量分数为30%-50%的乙烯基聚合物、30%-50%聚丙烯、5-10%助容剂、5-15%成核剂组成；

所述的微孔发泡复合助剂中的乙烯基聚合物为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯-二烯类三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种；

所述的微孔发泡复合助剂中的聚丙烯熔融指数为60-100g/10min；

所述的微孔发泡复合助剂中的助容剂为丙烯酸接枝聚烯烃型、环状酸酐型、环氧型中的一种；

所述的微孔发泡复合助剂中的成核剂为苯甲酸盐类、有机磷酸盐类、山梨醇类、二氧化硅、蒙脱土中的一种。

2.根据权利要求1所述一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔融指数为3-40g/10min。

3.根据权利要求1所述一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃类共聚物。

4.根据权利要求1所述一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，其特征在于：所述发泡剂母粒的有效成分为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛中的一种；

所述金属颜料母粒的有效成分为铝粉、锌粉、铅粉、铜锌粉、锌铝粉中的一种；

所述的矿物粉为滑石粉、碳酸钙、晶须、硫酸钡、硅灰石、云母中的至少一种；

所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

5.根据权利要求1所述一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，所述的主抗氧剂和辅抗氧剂按照重量比为2：3的比例添加，

所述主抗氧剂为抗氧剂1010，

所述的辅抗氧剂为抗氧剂168。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将聚丙烯40-80份，相容剂1-5份，矿物粉5-30份，微孔发泡复合助剂2-15份，金属颜料母粒1—4份，润滑剂0.3-2份，抗氧剂0.2-1份，光稳定剂0.2-0.5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，得到具有金属光泽质感的聚丙烯复合材料；

将步骤（1）中所得到的聚丙烯复合材料95—99.5份、发泡剂母粒 0.5-5份，放入混合机中混合，获得均匀混合物；

将上述步骤（2）中得到的混合物加入到注塑机中，注塑成型得到高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料，注塑机料筒温度220-280℃，注射压力为60-100MPa，注射速度为70-90mm/s，热流道温度230-260℃。

7.根据权利要求6所述的一种高表面质量轻质免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，双螺杆挤出机料筒温度为200-260℃，螺杆转速500r/min。