CN105754219A - 一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料、制备方法及其应用 - Google Patents

一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料、制备方法及其应用，聚丙烯复合材料包括：25?53wt％聚丙烯,12?35wt％预自制改性聚丙烯、10～20wt％增韧剂、10～30wt％的预处理超细填料、0.3～0.5wt％的抗氧剂，0.5～1.5wt％的润滑剂。与现有技术相比，本发明将超细填料(平均粒径5?15um)用复合偶联剂处理，目的在于提高复合聚丙烯材料的刚性，同时使该材料的断裂方式趋于韧性断裂，对爆破时防止碎片溅出有重要意义；另外，采用预自制性能的聚丙烯和增韧剂共同改性聚丙烯，改善材料之间的相容性从而改善低温韧性，提供良好的加工流动性。

Description

一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料、制备方法及其应用。
背景技术
聚丙烯，简称：PP是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。PP是在汽车用塑料中用量最大的品种，具有密度小、性能好、易加工等优点。但聚丙烯材料的难以获得优异的刚性和韧性之间的平衡，且低温脆性和收缩率大等缺点导致其制品耐冲击性差且易变形，限制了其在汽车上进一步的应用。
因此，研究者们对PP进行改性，改性聚丙烯材料是迄今为止适用性最强的汽车非金属材料之一，被广泛应用于制造汽车各零部件。尤其是对于材料的低温韧性有相当高要求的部件，如保险杠、无缝气囊、仪表板材料等。汽车受到车外意外冲击能量时，需要保证仪表板及时将安全气囊爆开，用以保护司乘人员受到的损伤减到最小，同时不能因为破坏产生碎片或者锐角使司乘人员受到伤害。因此在受到冲击时，材料的低温韧性成为汽车内饰和仪表板用材料中有限考虑的性能。
无缝附气囊汽车仪表板由于其更安全、美观,使用越来越广泛。由于其特殊的安全需求，使用环境和加工工艺，要求材料满足常温下的刚韧平衡性和低温下高冲击韧性，这样方可确保在不同温度环境中安全气囊受到撞击弹出时仪表板弱化位置在顺利打开的同时又不会产生碎片溅伤驾乘人员。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，通过控制原料的配比，提供了一种在超低温高韧性高刚性高流动，易于加工成型的改性聚丙烯复合材料。
本发明还提供了一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的制备方法，用复合偶联剂处理超细滑石粉，提高复合聚丙烯材料的刚性，使该材料的断裂方式趋于韧性断裂；采用预自制性能的聚丙烯和乙烯-α烯烃共同改性聚丙烯，可以提供材料所需要的常低温韧性。
本发明还提供了一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的应用，应用于无缝附气囊汽车仪表板。
本发明提供的一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比原料：25-53wt％聚丙烯,12-35wt％预自制改性聚丙烯、10～20wt％增韧剂、10～30wt％的预处理超细填料、0.3～0.5wt％的抗氧剂，0.5～1.5wt％的润滑剂。
所述预自制改性聚丙烯的制备方法为：按质量份，将100份聚丙烯、5-9份增韧剂、4-8份分子量调节剂，搅拌3-5min，得混合物料，加入双螺杆挤出机主喂料料斗中挤出，得预自制改性聚丙烯。所述的分子量调节剂具体为DCP母粒。
进一步地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯。
进一步地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丁烯共聚物中的一种或多种；优选为POE 5030S。
所述预处理超细填料制备方法为：按质量份，将100份超细填料，1～2份复合偶联剂在高速搅拌机下混合搅拌5-20min，得到预处理超细填料；所述超细填料为平均粒径在5～15um之间的滑石粉、云母粉、硫酸钡、碳酸钙中的一种或多种；所述复合偶联剂为钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、稀土偶联剂、含磷偶联剂、硅烷偶联剂、含硼偶联剂中的一种或多种；所述双金属偶联剂优选的有：铝-锆酸酯、铝钛复合偶联剂。
进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成，质量比为1:1或1:2。
进一步地，所述润滑剂为EBS、TAF、EB-FF、TR251、PE蜡、硬脂酸盐中的一种或多种。
本发明提供的一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将配方量的聚丙烯、增韧剂、预自制聚丙烯、预处理超细填料、抗氧剂和润滑剂，加入白矿油，搅拌混匀后，然后加入双螺杆挤出机喂料斗中待挤出；
(2)设定双螺杆挤出机各温区温度以及主机转速；
(3)挤出造粒，干燥切粒。
进一步地，步骤(2)中设定双螺杆挤出机各温区温度以及主机转速为：一区150-250℃，二区160-260℃，三区160-260℃，四区160-260℃，五区160-255℃，六区160-250℃，七区160-250℃，八区160-255℃，九区160-260℃，机头160-260℃，主机转速350～450rpm。
本发明提供的一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的应用，应用于无缝附气囊汽车仪表板。
与现有技术相比，本发明将超细填料(平均粒径5-15um)用复合偶联剂处理，目的在于提高复合聚丙烯材料的刚性，同时使该材料的断裂方式趋于韧性断裂，对爆破时防止碎片溅出有重要意义；另外，采用预自制性能的聚丙烯和增韧剂共同改性聚丙烯，改善材料之间的相容性从而改善低温韧性，提供良好的加工流动性。
本发明提供的聚丙烯复合材料，在较低的成本下较好的实现了材料的刚韧平衡性和低温韧性；在超低温下(-40℃)具有高韧性、高流动、易注塑加工，对于汽车无缝气囊仪表板的不同温度环境的安全性有着重要的作用。
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
实施例1
一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比原料：37.3wt％聚丙烯(PPM1600),29.9wt％预自制改性聚丙烯、12wt％增韧剂(POE，5030S)、20wt％的预处理超细滑石粉、0.3wt％的抗氧剂(抗氧剂1010：0.1％，抗氧剂168：0.2％)，0.5wt％的润滑剂(EB-FF)。
一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在预处理超细填料体系中，将100质量份1500目超细滑石粉，1.2质量份铝钛复合偶联剂在高速搅拌机下混合搅拌8min,得到预处理超细滑石粉。
(2)在预自制改性聚丙烯体系中，将7质量份POE型号为：5030S，6质量份分子量调节剂(过氧化物母粒)，100质量份高冲击嵌段共聚PP K8003，加入搅拌机中搅拌3min,加入料斗挤出造粒成预自制聚丙烯。
(3)再将37.3wt％聚丙烯，12wt％POE,29.9wt％的预自制改性聚丙烯，1缸白矿油加入搅拌机中搅拌2min，再加入0.3wt％的抗氧剂，0.5wt％的润滑剂，20wt％的预处理滑石粉加入搅拌机中搅拌5min，将上述混合物料加入双螺杆挤出机主喂料中，用双螺杆挤出造粒，加工温度设定如下：
一区180℃，二区195℃，三区200℃，四区200℃，五区195℃，六区190℃，七区190℃，八区195℃，九区195℃，机头190℃，主机转速400rpm；
(4)挤出造粒，干燥切粒。
实施例2
一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比原料：33.5wt％聚丙烯(AP03B),33.5wt％预自制改性聚丙烯、12wt％增韧剂(POE型号为670)、20wt％的预处理超细填料、0.3wt％的抗氧剂(1010：0.15％，168：0.15％)、0.7wt％的润滑剂。
一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在预处理超细填料体系中，将50质量份3000目超细滑石粉，50质量份2000目白云母粉，1.5质量份稀土偶联剂在高速搅拌机下混合搅拌8min,得预处理超细填料；
(2)在预自制改性聚丙烯体系中，将5质量份POE(优选POE型号为5030S)，6质量份过氧化物母粒，100质量份高冲击嵌段共聚PP K8303加入搅拌机中搅拌3min,加入料斗挤出造粒成预自制聚丙烯；
(3)再将33.5wt％聚丙烯，12wt％POE,33.5wt％的预自制聚丙烯，1缸白矿油加入搅拌机中搅拌2min，再加入0.3wt％的抗氧剂，0.7wt％的润滑剂。20wt％的预处理混合填料加入搅拌机中搅拌5min，将上述混合物料加入双螺杆挤出机主喂料中，用双螺杆挤出造粒，加工温度设定如下：
一区210℃，二区225℃，三区230℃，四区230℃，五区225℃，六区220℃，七区220℃，八区225℃，九区225℃，机头220℃，主机转速400rpm。
对比例(现有材料)：
制备方法为：
①将67wt％高熔指共聚聚丙烯，12wt％POE,1缸白矿油加入搅拌机中搅拌3min；
②将0.3wt％的抗氧剂,0.7wt％润滑剂，20％1500目滑石粉加入搅拌机中搅拌5min，将上述混合物料加入双螺杆挤出机主喂料中，用双螺杆挤出造粒，加工温度设定如下：
一区180℃，二区195℃，三区200℃，四区200℃，五区195℃，六区190℃，七区190℃，八区195℃，九区195℃，机头190℃，主机转速400rpm。
制备过程中加入白矿油，本本领域的常规技术手段，目的在于使原料胶黏的更好，不影响产品的性质。
实施例与对比例性能参数对比，如下表1：
表1：
从实施例1、2与对比例(现有材料)对比可以看出，超细填料用偶联剂预处理，加入预自制聚丙烯后，综合性能有较大改善，尤其在最小程度影响刚性的基础了明显改善了材料的常低温冲击强度，并且可以根据实际的综合性能需求情况对填料的种类和配比做出相应的调整。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料包括以下重量百分比原料：25-53wt％聚丙烯,12-35wt％预自制改性聚丙烯、10～20wt％增韧剂、10～30wt％的预处理超细填料、0.3～0.5wt％的抗氧剂，0.5～1.5wt％的润滑剂。
2.根据权利要求1所述的超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述预自制改性聚丙烯的制备方法为：按质量份，将100份聚丙烯、5-9份增韧剂、4-8份分子量调节剂，搅拌3-5min，得混合物料，加入双螺杆挤出机主喂料料斗中挤出，得预自制改性聚丙烯。
3.根据权利要求1或2所述的超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丁烯共聚物中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述预处理超细填料制备方法为：按质量份，将100份超细填料，1～2份复合偶联剂在高速搅拌机下混合搅拌5-20min，得到预处理超细填料。
5.根据权利要求4所述的超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合偶联剂为钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、稀土偶联剂、含磷偶联剂、硅烷偶联剂、含硼偶联剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成，质量比为1:1或1:2。
7.根据权利要求1或2所述的超低温下高韧性的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为EBS、TAF、EB-FF、TR251、PE蜡、硬脂酸盐中的一种或多种。
8.一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的聚丙烯、增韧剂、预自制聚丙烯、预处理超细填料、抗氧剂和润滑剂，加入白矿油，搅拌混匀后，然后加入双螺杆挤出机喂料斗中待挤出；
(2)设定双螺杆挤出机各温区温度以及主机转速；
(3)挤出造粒，干燥切粒。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，骤(2)中设定双螺杆挤出机各温区温度以及主机转速为：一区150-250℃，二区160-260℃，三区160-260℃，四区160-260℃，五区160-255℃，六区160-250℃，七区160-250℃，八区160-255℃，九区160-260℃，机头160-260℃，主机转速350～450rpm。
10.一种超低温下高韧性的聚丙烯复合材料的应用，其特征在于，用于气囊汽车仪表板。
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