CN105348642A - 一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料及其制备方法,属于聚合物改性和加工领域。一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料该材料包括以下重量份数的组分：聚丙烯55～75份，增韧剂10～15份,无机矿物10～26份,相容剂1～3份,加工助剂1～3重量份。并公开了其制备方法。本发明的产品具有高流动、高模量、高冲击的特点,也具备了低线性热膨胀系数,耐低温冲击的特性,高效满足了汽车保险杠薄壁化设计的需求。

Description

一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物改性和加工领域，涉及一种聚丙烯复合材料，具体地说，涉及一种高流动、高模量、高冲击汽车保险杠专用改性聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的发展，汽车工业正以前所未有的速度发展，并越来越显现其在国民经济发展中的重要作用。汽车越来越普及的同时，人们对汽车也提出了更高的要求，比如节能、美观、环保及安全可靠性等。因此当前世界汽车新型材料的开发，以轻量化和环保化为发展方向。其中汽车塑料化降低整车重量,达到节能、环保目的，已是一个国家汽车工业技术水平的重要标志之一。
在汽车塑料化进程中，汽车保险杠目前普遍使用改性聚丙烯材料，这个安装在汽车的最前端和最后端的大型零件，在整车造型风格中起到至关重要的作用，它能够诠释出整车外装饰的艺术风格，而好的保险杠能够使用户感到赏心、悦目，得到美的享受。
为进一步降低重量，塑料件薄壁化设计是国内外各主机厂车型的新研究运用点；同时在薄壁化进程中，还需要满足汽车个性化设计的要求，在此基础上，需要一款优异的综合性能复合改性聚丙烯材料，同时满足以上两点要求。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是，提供一种高模量、高冲击、高流动汽车保险杠专用料及其制备方法，克服现有技术的缺点，满足汽车保险杠薄壁化发展、个性化设计的需要。从日本、美国等汽车主机厂的研究运用来看，缩减的壁厚导致产品强度下降，这要求提高材料的强度用以弥补产品壁厚缩减导致的产品强度下降，然而壁厚缩减会导致保险杠产品注塑加工时成型困难。并且新车型设计要求汽车前脸符合当代人的审美观点，有更多的个性化设计元素融入其中，过往的材料加工时，导致保险杠注塑时存在很多产品缺陷。综合以上，需要一种高模量、高冲击、高流动改性聚丙烯材料，可以满足当前设计需要。
为了解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：
聚丙烯55～75份，
增韧剂10～15份,
无机矿物10～26份,
相容剂1～3份,
加工助剂1～3份。
更进一步地，所述聚丙烯为均聚、共聚聚丙烯或者两者的混合物，熔体流动速率在20～90g/min之间。
更进一步地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物等中的一种或者两种以上的组合物。
更进一步地，所述无机矿物为平均粒径0.5-10μm的无机矿物填料，选自碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、云母、硅灰石、硫酸钙晶须、二氧化硅、镁盐晶须中的一种或两种以上的组合物。
更进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、硅氧烷、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或两种以上的组合物。
更进一步地，所述加工助剂包括着色剂、成核剂、光稳定剂、抗静电剂、润滑剂、分散剂、抗氧剂、紫外线吸收剂中的一种或以上的组合物。
一种高模量、高冲击、高流动汽车保险杠用聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数精确称取以下组分：聚丙烯55～75份，增韧剂10～15份,无机矿物10～26份,相容剂1～3份,加工助剂1～3份；
(2)将聚丙烯、增韧剂、相容剂加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为150～350r/min；
(3)将步骤(2)所得产物和加工助剂加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为300～500r/min；
(4)将步骤(3)所得产物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，无机矿物采用失重法，由侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，然后冷却、切粒、烘干，得到高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料。
更进一步地，所述步骤(4)中的双螺杆挤出机工作条件为：一区165℃、二区185℃、三区195℃、四区205℃、五区205℃、六区195℃、七区205℃、八区205℃、九区210℃，真空度-0.06～-0.08MPA，主机转速350r/min～450r/min，喂料速度8r/min～14r/min。
更进一步地，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
1、本发明采用新的配方和新工艺制备的的高流动性材料满足保险杠个性化设计以及产品薄壁化，使之满足保险杠产品严苛的加工工艺条件；同时材料在确保冲击韧性优异的情况下，提高材料的模量，使最终保险杠产品兼具刚韧平衡。本发明的保险杠用聚丙烯材料符合福特汽车保险杠材料标准要求WSS-M4D1005A1(2)(拉伸强度≥17Mpa，弯曲模量1900～2400Mpa，缺口冲击强度≥28kj/m2，熔融指数28～46g/10min)。
2、本发明的制备方法，步骤(2)将聚丙烯、增韧剂、相容剂先混合，因其是均是树脂颗粒利于混合均匀，步骤(3)再加入加工助剂混合有利于原料的初步混合均匀；步骤(4)中侧喂料口加入矿粉可以较好的保持滑石粉的片状结构，同时可以更好的控制无机矿物的添加比例，提升生产效率。
3、本发明的制备方法严格控制双螺杆挤出机1区到8区的温度分布:低温挤出是为了减少材料受热分解，同时考虑聚丙烯基材与增韧剂的粘度比例，确保增韧剂在螺杆剪切分散做到均匀分散；真空度控制要求确保材料低分子物质和水汽能排除，不会导致材料发泡；主机转速控制要求确保材料不会因剪切过热而分解；喂料速度控制要求确保挤出稳定正常，不会导致冒料等异常现象。
4、本发明的制备方法简单、生产效率高、而且适合现有设备，不需另行改进生产线路易于实现工业化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明
实施例1
将熔融指数为40g/10min的均聚聚丙烯73份、乙烯-辛烯共聚物10份、马来酸酐接枝聚丙烯2份加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为150～350r/min，再加入加工助剂(抗氧剂、润滑剂、成核剂混合物)3份放入混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为300～500r/min；然后，将上述组分混合物经由料斗加入双螺杆挤出机，将硫酸钙晶须12份经由挤出机中部侧喂料口加入，同时挤出并造粒，获得增强聚丙烯复合材料。各区温度为一区165℃、二区185℃、三区195℃、四区205℃、五区205℃、六区195℃、七区205℃、八区205℃、九区210℃，真空度-0.06～-0.08MPA，主机转速350r/min～450r/min，喂料速度8r/min～14r/min；然后冷却、切粒、烘干。所得高模量、高冲击、高流动汽车保险杠专用料性能如下表所示：
表1材料性能
检测项目 标准 单位 测试结果
密度 ISO 1183 g/cm3 0.98
熔体流动速率 ISO 1133 g/10min 28
拉伸强度 ISO 527 MPa 23
弯曲模量 ISO 178 MPa 1900
缺口冲击强度 ISO 180 kJ/m2 40
实施例2
将熔融指数为60g/10min的共聚聚丙烯57份、乙烯-丁烯共聚物15份、马来酸酐接枝聚丙烯1份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2份加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为150～350r/min，再加入加工助剂(光稳定剂、分散剂、抗氧剂混合物)3份放入混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为300～500r/min；然后，将上述组分混合物经由料斗加入双螺杆挤出机，将硫酸钡6份与硅灰石16份混合后经由挤出机中部侧喂料口加入，同时挤出并造粒，获得增强聚丙烯复合材料。各区温度为一区165℃、二区185℃、三区195℃、四区205℃、五区205℃、六区195℃、七区205℃、八区205℃、九区210℃，真空度-0.06～-0.08MPA，主机转速350r/min～450r/min，喂料速度8r/min～14r/min；然后冷却、切粒、烘干。所得高模量、高冲击、高流动汽车保险杠专用料性能如下表所示：
表2材料性能
检测项目 标准 单位 测试结果
密度 ISO 1183 g/cm3 1.05
熔体流动速率 ISO 1133 g/10min 32
拉伸强度 ISO 527 MPa 20
弯曲模量 ISO 178 MPa 2100
缺口冲击强度 ISO 180 kJ/m2 40
实施例3
将熔融指数为30g/10min的共聚聚丙烯26份、熔融指数为90g/10min的均聚聚丙烯30份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物15份、硅氧烷1份加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为150～350r/min，再加入加工助剂(着色剂、光稳定剂、成核剂混合物)1份放入混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为300～500r/min；然后，将上述组分混合物经由料斗加入双螺杆挤出机，将滑石粉13份、云母13份经由挤出机中部侧喂料口加入，同时挤出并造粒，获得增强聚丙烯复合材料。各区温度为一区165℃、二区185℃、三区195℃、四区205℃、五区205℃、六区195℃、七区205℃、八区205℃、九区210℃，真空度-0.06～-0.08MPA，主机转速350r/min～450r/min，喂料速度8r/min～14r/min；然后冷却、切粒、烘干。所得高模量、高冲击、高流动汽车保险杠专用料性能如下表所示：
表3材料性能
检测项目 标准 单位 测试结果
密度 ISO 1183 g/cm3 1.08
熔体流动速率 ISO 1133 g/10min 40
拉伸强度 ISO 527 MPa 19
弯曲模量 ISO 178 MPa 2200
缺口冲击强度 ISO 180 kJ/m2 35
实施例4
将熔融指数为40g/10min的共聚聚丙烯36份、熔融指数为50g/10min的均聚聚丙烯25份、乙烯-辛烯共聚物7份、乙烯-丁烯共聚物8份、马来酸酐接枝聚丙烯1份加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为150～350r/min，再加入加工助剂(抗氧剂、润滑剂、分散剂、成核剂、光稳定剂混合物)2份放入混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为300～500r/min；然后，将上述组分混合物经由料斗加入双螺杆挤出机，将二氧化硅3份与镁盐晶须18份经由挤出机中部侧喂料口加入，同时挤出并造粒，获得增强聚丙烯复合材料。各区温度为一区165℃、二区185℃、三区195℃、四区205℃、五区205℃、六区195℃、七区205℃、八区205℃、九区205℃，真空度-0.06～-0.08MPA，主机转速350r/min～450r/min，喂料速度8r/min～14r/min；然后冷却、切粒、烘干。所得高模量、高冲击、高流动汽车保险杠专用料性能如下表所示：
表4材料性能
检测项目 标准 单位 测试结果
密度 ISO 1183 g/cm3 1.04
熔体流动速率 ISO 1133 g/10min 35
拉伸强度 ISO 527 MPa 18
弯曲模量 ISO 178 MPa 1900
缺口冲击强度 ISO 180 kJ/m2 40
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根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分：
聚丙烯55～75份，增韧剂10～15份,无机矿物10～26份,相容剂1～3份,加工助剂1～3份。
2.根据权利1所述高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或者两者的混合物，熔体流动速率在20～90g/min之间。
3.根据权利1所述高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物中的一种或者两种以上的组合物。
4.根据权利1所述高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料，其特征在于：所述无机矿物为平均粒径0.5-10μm的无机矿物填料，所述的无机矿物为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、云母、硅灰石、硫酸钙晶须、二氧化硅、镁盐晶须中的一种或两种以上的组合物。
5.根据权利1所述高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、硅氧烷、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或两种以上的组合物。
6.根据权利1所述高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料，其特征在于：所述加工助剂包括着色剂、成核剂、光稳定剂、抗静电剂、润滑剂、分散剂、抗氧剂、紫外线吸收剂中的一种或以上的组合物。
7.一种权利要求1至6任一项所述高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1)按重量份数精确称取以下组分：聚丙烯55～75份，增韧剂10～15份,无机矿物10～26份,相容剂1～3份,加工助剂1～3份；
（2)将聚丙烯、增韧剂、相容剂加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为150～350r/min；
（3)将步骤（2）所得产物和加工助剂加入到混合机中混合3～5分钟，混合机的转速为300～500r/min；
（4)将步骤（3）所得产物加入到双螺杆挤出机中熔融挤出，无机矿物采用失重法，由侧喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，然后冷却、切粒、烘干，得到高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料。
8.根据权利要求7所述的一种高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中的双螺杆挤出机工作条件为：一区165℃、二区185℃、三区195℃、四区205℃、五区205℃、六区195℃、七区205℃、八区205℃、九区210℃，真空度-0.06～-0.08MPA，主机转速350r/min～450r/min，喂料速度8r/min～14r/min。
9.根据权利要求7所述的高流动、高模量、高冲击的汽车保险杠用聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的长径比为40:1。
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