CN105504529A - 一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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张鹰
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Abstract

本发明公开了一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料及其制备方法，这种聚丙烯复合材料包括以下重量百分比的组分：聚丙烯为47～83，无机填料为10～25，茂金属聚乙烯为5～15，乙烯丙烯酸乙酯为1～8，抗氧剂为0.1～2，其它助剂为0～3。本发明通过在聚丙烯材料中添加茂金属聚乙烯来提高复合材料的冲击强度和断裂伸长率，同时乙烯丙烯酸乙酯的添加可以提高该聚丙烯复合材料的表面张力。该制备工艺简单，采用这种具有较高表面张力的聚丙烯材料注塑的汽车保险杠可以不用表面预处理而直接喷涂油漆，从而节约成本，提高生产效率。

Description

一种汽车保险杠专用的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，尤其涉及一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有低密度、良好的加工性能和耐化学性，价格低廉等优点，从而广泛应用于汽车内外饰件中。但是，聚丙烯也存在耐低温冲击性能差，耐热性差，成型收缩率大等缺点，因此要用于汽车保险杠中需要进行改性。
汽车保险杠是一种表面积大、结构复杂的大型零部件，不仅需要材料具有优异的抗冲击性能和流动性能，还需要良好的油漆附着性能。为了视觉美观，汽车保险杠都需要油漆喷涂，然而由于聚丙烯是一种表面能较低的非极性聚合物，其表面附着力非常差，用它制成的保险杠如果不经过表面预处理很难进行直接喷涂油漆，零部件厂商为了提高其表面油漆附着力，必须额外增加表面处理的工艺。
目前火焰处理的方法已成为大多数的零部件厂商经常采用的提高聚丙烯所制保险杠表面张力的预处理方法，火焰处理就是对零件表面用氧化火焰进行瞬时处理，消除表面吸附的小分子，除掉油污和弱界面层，同时在火焰的作用下，在聚丙烯表面产生自由基和离子等极性基团。但是在实际生产中，火焰处理不当极易产生的不合格品，例如经过火焰处理的保险杠很容易由于温度的变化过大而发生变形，最终导致难以装配，造成较大的损失，此外火焰处理的过程既耗能又费时费力，生产效率明显降低。
专利CN1182097公开了一种制备高极性改性聚丙烯材料的方法，该制备方法以聚丙烯为主要原料，加入一定比例的极性单体、共接枝极性单体和引发剂，在170℃-220℃下反应1-3分钟，制得的高极性聚丙烯材料可以提高制品的极性，改善制品的表面涂饰性；专利CN101357967B公开以一种聚烯烃底材附着力促进剂的制备方法，将马来酸酐、顺丁烯二酸酐或反丁烯二酸酐在过氧化物作用下反应制备，所制备的促进剂用于处理聚丙烯时，能使聚丙烯附着力显著增强。以上这些方法能够提高聚丙烯极性，但是技术成本高，生产工艺复杂，未见市场化。可见传统聚丙烯材料在使用时，由于表面处理工艺的需要，不可避免地增加了成本。
发明内容
本发明提供了一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，通过在聚丙烯材料中添加茂金属聚乙烯来提高复合材料的冲击强度和断裂伸长率，同时乙烯丙烯酸乙酯的添加可以提高该聚丙烯复合材料的表面张力。
本发明的另一个目的是
本发明的目的是通过以下技术方案实现其目的：
一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，包括以下重量份计的原料：
其中，所述聚丙烯为嵌段共聚丙烯，在230℃、2.16kg负荷条件下熔融指数为5～60g/10min。
所述嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯；嵌段共聚物中乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。
所述无机填料为滑石粉、碳酸钙和硅灰石的一种或两种以上的组合物，平均粒径为1～10微米。
所述茂金属聚乙烯为乙烯-己烯茂共聚物，其密度为0.90-0.92g/cm3、在190℃、2.16kg负荷条件下熔融指数为10～30g/10min。
所述乙烯丙烯酸乙酯中丙烯酸乙酯含量为15％～30％。
所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；所述主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂中的一种或几种混合；相对应地，辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的一种或几种混合。
还可以包括本技术领域常用的其它助剂0～3重量份；所述其它助剂为颜色色粉或色母粒。
上述的汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)按上述重量配比称取材料各组分；
(2)将各原料置于高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将步骤(2)所得产物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
本发明汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，在聚丙烯材料中添加茂金属聚乙烯和乙烯丙烯酸乙酯，优点在于：
1.本发明的聚丙烯复合材料中，茂金属聚乙烯的添加，对材料的冲击强度和断裂伸长率明显提高，同时材料的流动性下降较少，有利于保险杠的成型加工。
2.本发明的聚丙烯复合材料具有较高的表面张力，表面张力可达45mN/m。
3.使用本发明的聚丙烯复合材料注塑的汽车保险杠表面活性高，可以不用表面预处理而直接喷涂油漆，从而节省成本，提高生产效率，节约能源
具体实施方式
本发明所公开的是一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料中含有聚丙烯、无机填料、茂金属聚乙烯、乙烯丙烯酸乙酯、抗氧剂、其它助剂。实验证明，在由上述组分制得的聚丙烯复合材料在注塑汽车保险杠，由于材料已经具有较高的表面张力，可以不用表面预处理而直接喷涂油漆，明显地提高了生产效率，降低了制造成本。
本发明的汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料中，包括质量百分含量47～84％的熔融指数(测试条件：230℃，2.16kg负荷)为5～60g/10min的嵌段共聚丙烯(嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯其含量在4～10mol％的范围内)；质量百分含量10～25％、平均粒径为1～10微米的滑石粉、碳酸钙、硅灰石的一种或它们的组合物等作为无机填料；质量百分含量为5～15％、密度为0.90～0.92g/cm3、熔融指数为10～30g/10min(测试条件：190℃，2.16kg负荷)的茂金属聚乙烯；质量百分含量为1～8％的乙烯丙烯酸乙酯(丙烯酸乙酯含量为15％～30％)。还包括包含以受阻酚或硫酯类抗氧剂中的一种或几种组成的主抗氧剂和以亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的一种或几种组成的辅抗氧剂为组分的抗氧剂，该抗氧剂在本发明聚丙烯组合物中的质量百分比含量为0.1～2％。还可以包括质量百分含量为0～3％的本技术领域常用其它助剂，如颜色色粉或色母粒等。
使用前，按上述组分和重量配比称取原料，在高速混合器中干混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200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括82.7％聚丙烯、10％无机填料、5％茂金属聚乙烯(EHC)、1％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
实施例2
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括72.7％聚丙烯、10％无机填料、10％茂金属聚乙烯(EHC)、6％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
实施例3
本本发明聚丙烯复合材料主要组分包括71.7％聚丙烯、15％无机填料、10％茂金属聚乙烯(EHC)、2％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
实施例4
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括63.7％聚丙烯、15％无机填料、15％茂金属聚乙烯(EHC)、5％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
实施例5
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括64.7％聚丙烯、20％无机填料、10％茂金属聚乙烯(EHC)、4％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
实施例6
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括55.7％聚丙烯、20％无机填料、15％茂金属聚乙烯(EHC)、8％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
实施例7
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括60.7％聚丙烯、25％无机填料、10％茂金属聚乙烯(EHC)、3％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
实施例8
本发明聚丙烯复合材料主要组分包括50.7％聚丙烯、25％无机填料、15％茂金属聚乙烯(EHC)、8％乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
上述实施例主要成分质量百分含量见表1。
表1，实施例1～8主要组分含量(质量百分含量)
实施例编号 1 2 3 4 5 6 7 8
聚丙烯 82.7 72.7 71.7 63.7 64.7 55.7 60.7 50.7
无机填料 10 10 15 15 20 20 25 25
EHC 5 10 10 15 10 15 10 15
EEA 1 6 2 5 4 8 3 8
抗氧剂3114 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
抗氧剂168 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
黑色母粒 1 1 1 1 1 1 1 1
对比例1
本对比例聚丙烯复合材料主要组分包括78.7％聚丙烯、10％无机填料、10％茂金属聚乙烯(EHC)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
对比例2
本对比例聚丙烯复合材料主要组分包括68.7％聚丙烯、15％无机填料、15％茂金属聚乙烯(EHC)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
对比例3
本对比例聚丙烯复合材料主要组分包括63.7％聚丙烯、20％无机填料、15％茂金属聚乙烯(EHC)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
对比例4
本对比例聚丙烯复合材料主要组分包括58.7％聚丙烯、25％无机填料、15％茂金属聚乙烯(EHC)、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168以及1％黑色母粒。
对比例不添加乙烯丙烯酸乙酯，其它主要组分与实施例一致，各主要组分质量百分含量见表2。
表2对比例1～4主要组分含量(质量百分含量)
对比例 1 2 3 4
聚丙烯 78.7 68.7 63.7 58.7
无机填料 10 15 20 25
EHC 10 15 15 15
抗氧剂3114 0.1 0.1 0.1 0.1
抗氧剂168 0.2 0.2 0.2 0.2
黑色母粒 1 1 1 1
在上述实施例及对比例材料配方中，聚丙烯为共聚聚丙烯，熔体流动速率为25g/10min。所述的无机填料为1250目滑石粉，平均粒径为10微米。所述的茂金属聚乙烯为齐鲁石化公司生产的茂金属乙烯-己烯共聚物，密度为0.91g/cm3，熔体流动速率为22g/10min。所述的乙烯丙烯酸乙酯(EEA)为日本尤尼卡公司生产的，商品牌号NUC-6940，其中EA含量为30％，熔体流动速率为20g/10min。所述的主抗氧剂3114为BASF公司生产，商品牌号为Irganox3114，化学名称为3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯；辅抗氧剂168为BASF公司生产，商品牌号为Irgafos168，化学名称为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
上述实施例和对比例中各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℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
将按上述方法完成造粒的粒子材料在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，进行性能测试。
熔体流动速率测试按ISO1133-2005进行，测试条件为230℃×2.16Kg；拉伸性能测试按ISO527-2(1996)进行，试样尺寸为170×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO178-2003进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；简支梁缺口冲击强度按ISO179-2000进行，试样尺寸为80×6×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；表面张力按接触角法测试，试样尺寸为50×50×3.2mm，采用动态接触角测量仪JC2000C进行测试。
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、断裂伸长率、弯曲模量的数值进行评判，材料的表面活性通过测试所得的表面张力大小进行评判。本发明实施例1～8与对比例1～4性能检测结果分别见表3。
表3实施例1～8和对比例1～4聚丙烯复合材料性能测试结果
从实施例1～8与对比例1～4的测试结果对比可以看出，在改性聚丙烯复合材料中，随着乙烯丙烯酸乙酯的加入，对提高材料的表面张力有很大的帮助，表面张力最大可以达到45mN/m左右，材料有良好的表面活性；同时随着茂金属聚乙烯的添加，对聚丙烯复合材料的冲击强度和断裂伸长率明显提高，材料的流动性下降较少，有利于保险杠的成型加工。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围。

Claims (10)

1.一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下重量份计的原料：
2.根据权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为嵌段共聚丙烯，其在230℃、2.16kg负荷条件下熔融指数为5～60g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯；嵌段共聚物中乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。
4.根据权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述无机填料为滑石粉、碳酸钙和硅灰石的一种或两种以上的组合物，平均粒径为1～10微米。
5.根据权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述茂金属聚乙烯为乙烯-己烯茂共聚物，其密度为0.90-0.92g/cm3、在190℃、2.16kg负荷条件下熔融指数为10～30g/10min。
6.根据权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述乙烯丙烯酸乙酯中丙烯酸乙酯含量为15％～30％。
7.根据权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；所述主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂中的一种或几种混合；相对应地，辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的一种或几种混合。
8.根据权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：还包括本技术领域常用的其它助剂0～3重量份。
9.根据权利要求8所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述其它助剂为颜色色粉或色母粒。
10.权利要求1所述的一种汽车保险杠专用的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)按上述重量配比称取材料各组分；
(2)将各原料置于高速混合器中干混3～5分钟；
(3)将步骤(2)所得产物置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区200～210℃，二区210～220℃，三区210～220℃，四区205～215℃；停留时间为1～2分钟，压力为12～18Mpa。
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