CN105885240A - 一种微发泡复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微发泡复合材料，按重量百分比浓度计，包含以下组分：聚丙烯45％～60％；热稳定剂0％～1％；增韧改性剂4.5％～7.5％；发泡母粒1.0％～1.8％；填料30％～45％；抗氧剂0.1％～0.5％。本发明还公开了微发泡复合材料的制备方法，本发明的微发泡复合材料具有韧性好、抗冲击能力强、耐热变形温度高的优点。

Description

一种微发泡复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于微发泡材料领域，尤其涉及一种微发泡复合材料及其制备方法。
背景技术
舒适性、安全性和环保型是当今汽车技术发展的主要趋势，这构成了汽车材料发展的方向，材料性能优越和结构创新的汽车零部件不断涌现。泡沫结构的塑料件是重要汽车零部件，具有质轻、隔热、隔音和缓冲(吸能)的功能和特点，而发泡聚丙烯是综合性能先进的泡沫塑料，具有韧性优异和耐热温度高的优点，同时具有其它十分优异的性能，其突出优点是：(1)耐热性高，耐热温度可达120℃；(2)优良的回弹性与韧性，弹性模量达1.50GPa，保证了产品良好的挺性；(3)闭孔结构使其具备了优良的隔热性能，热导率在0.06W/MK左右；(4)塑化加工温度低，可与其他片材进行层压贴合、焊接和粘接，形成双层或三层夹心复合板材；(5)可适合热塑模压二次成型工艺，并且能锯、钉和打孔；(6)属于环保性绿色材料，耐化学腐蚀，并且不含有毒物质、无异味；因此发泡聚丙烯特别是复合后非常适合用作汽车隔热材料和缓冲吸能零部件。
在日欧美等发达国家，发泡聚丙烯材料在汽车上的应用不断扩大和深化，由最初的保险杠缓冲块已逐渐扩展到顶棚、仪表板衬材、车门板衬材、搁物板、尾箱和头盔等零部件，已成为多用途的汽车材料。目前聚丙烯的发泡方法主要有挤出发泡、模压发泡，其中挤出发泡法是指：将含发泡剂的树脂熔融物，从机头模口挤出时由高压变为常压，溶于树脂熔融物内的发泡剂分解气体发生减压膨胀，得到泡沫结构的聚丙烯材料；挤出发泡法是将物料混炼和发泡成型在双螺杆挤出机中一次完成，具有工艺流程简单、生产效率高、产品形态可调等特点。
然而，目前的聚丙烯微发泡材料普遍存在韧性差、抗冲击能力差、耐热变形温度低的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种微发泡复合材料，本发明的微发泡复合材料具有韧性好、抗冲击能力强、耐热变形温度高的优点。
本发明采用的技术方案为：一种微发泡复合材料，按重量百分比浓度计，包含以下组分：
聚丙烯45％～60％ 热稳定剂0～1％
增韧改性剂4.5％～7.5％ 发泡母粒1.0％～1.8％
填料30％～45％ 抗氧剂0.1％～0.5％。
优选地，所述微发泡复合材料，按重量百分比浓度计，包含以下组分：
聚丙烯50％～55％ 热稳定剂0.2％～0.5％
增韧改性剂4.8％～5.2％ 发泡母粒1.2％～1.6％
填料40％～45％ 抗氧剂0.2％～0.3％。
优选地，所述聚丙烯为高熔体强度PP与均聚PP和共聚PP的混合物，其中，高熔体强度聚丙烯的重量百分比含量为12～20％，更优选为18％。均聚PP与共聚PP的质量比为0.5～0.8:1。高熔体强度PP具有拉伸应变硬化的特点，有助于泡孔的固化，但其单独使用成本较高，而普通均聚PP和共聚PP的加入可降低成本，同时由于均聚PP具有较好的拉伸弯曲性能，共聚PP具有较强的耐冲击性能，通过控制均聚PP与共聚PP的用量，可使得微发泡复合材料具有良好的拉伸弯曲性能和耐冲击性能。
优选地，所述热稳定剂为硬脂酸钙与甘油锌的混合物。
优选地，所述增韧改性剂由PP树脂与三元乙丙橡胶(EPDM)共混制备得到，其中，三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为15％～25％。当三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为15％～25％时，PP树脂与三元乙丙橡胶共混体系的拉伸强度、断裂伸长率较优，并具有较高的冲击强度。更优选地，所述三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为20％。此时PP树脂与三元乙丙橡胶共混体系的拉伸强度、断裂伸长率最优。
优选地，所述发泡母粒由发泡剂、成核剂、包覆体和发泡母粒载体树脂组成；其中，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠的混合物；所述成核剂为硫酸钙和苯甲酸钠的混合物；包覆体为乙烯-醋酸乙烯共聚物；发泡母粒载体树脂为低密度聚乙烯。硫酸钙和苯甲酸钠的混合物作为成核剂制备发泡材料时，发泡的效果好，泡孔细密且分布比较均匀，泡孔的尺寸在50-70μm。包覆体用于改善泡孔周围的熔体强度。
更优选地，所述发泡母粒的各组分的重量百分比浓度分别为：偶氮二甲酰胺10％、硫酸钙15％、苯甲酸钠15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％和低密度聚乙烯40％。
优选地，所述填料为滑石粉。
优选地，所述抗氧剂为硫代二丙酸十八酯、[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯或两者的混合物。
本发明还提供了所述的微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：将所述聚丙烯、热稳定剂、增韧改性剂、填料和抗氧剂使用双螺杆挤出机混合均匀后，加入注塑机中，然后向注塑机中加入所述发泡母粒，在注塑机料筒温度为180～220℃、注塑压力为60～70MPa、注射速度为50～70mm/s、冷却时间为10～20s的条件下，注塑成型即得所述微发泡复合材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的微发泡复合材料中使用的发泡母粒克服了粉状发泡剂易于飞扬、影响计量精度的缺陷，将发泡剂制成母粒，具有高发气性、良好的分散性及与树脂良好的相容性，易于形成闭孔气固相结合的多孔发泡料结构，同时由于本发明中添加了增韧改性剂和热稳定剂，可提高材料的韧性、耐抗冲击能力及耐热变形温度。
本发明的制备方法操作简单、方便，制得的微发泡复合材料性能更佳。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
微发泡复合材料
一种微发泡复合材料，按重量百分比浓度计，包含以下组分：
聚丙烯45％ 热稳定剂0.6％
增韧改性剂7.5％ 发泡母粒1.8％
填料45％ 抗氧剂0.1％；
其中，所述聚丙烯为高熔体强度PP与均聚PP和共聚PP的混合物，其中，高熔体强度聚丙烯的重量百分比含量为12％。均聚PP与共聚PP的质量比为0.5:1。
热稳定剂为硬脂酸钙与甘油锌的混合物，其中硬脂酸钙与甘油锌的质量比为2:1；
所述增韧改性剂由PP树脂与三元乙丙橡胶(EPDM)共混制备得到，其中，三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为15％；
所述发泡母粒的各组分的重量百分比浓度分别为：偶氮二甲酰胺10％、硫酸钙15％、苯甲酸钠15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％和低密度聚乙烯40％；
所述填料为滑石粉；
所述抗氧剂为硫代二丙酸十八酯。
微发泡复合材料的制备方法
所述微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分均匀混合后制得的预混物加入注塑机中，在注塑机料筒温度为200℃、注塑压力为60MPa、注射速度为50mm/s、冷却时间为10s的条件下，将预混物注塑成型即得所述微发泡复合材料。
实施例2
微发泡复合材料
一种微发泡复合材料，按重量百分比浓度计，包含以下组分：
聚丙烯52％ 热稳定剂0.6％
增韧改性剂5.7％ 发泡母粒1.4％
填料40％ 抗氧剂0.3％；
其中，所述聚丙烯为高熔体强度PP与均聚PP和共聚PP的混合物，其中，高熔体强度聚丙烯的重量百分比含量为18％。均聚PP与共聚PP的质量比为0.6:1。
热稳定剂为硬脂酸钙与甘油锌的混合物，其中硬脂酸钙与甘油锌的质量比为3:1；
所述增韧改性剂由PP树脂与三元乙丙橡胶(EPDM)共混制备得到，其中，三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为20％；
所述发泡母粒的各组分的重量百分比浓度分别为：偶氮二甲酰胺10％、硫酸钙15％、苯甲酸钠15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％和低密度聚乙烯40％；
所述填料为滑石粉；
所述抗氧剂为[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯和硫代二丙酸十八酯的混合物，其中[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯和硫代二丙酸十八酯的质量比为3:2。
微发泡复合材料的制备方法
所述微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分均匀混合后制得的预混物加入注塑机中，在注塑机料筒温度为220℃、注塑压力为65MPa、注射速度为60mm/s、冷却时间为15s的条件下，将预混物注塑成型即得所述微发泡复合材料。
实施例3
微发泡复合材料
一种微发泡复合材料，按重量百分比浓度计，包含以下组分：
聚丙烯60％ 热稳定剂1％
增韧改性剂4.7％ 发泡母粒1.8％
填料32％ 抗氧剂0.5％；
其中，所述聚丙烯为高熔体强度PP与均聚PP和共聚PP的混合物，其中，高熔体强度聚丙烯的重量百分比含量为20％。均聚PP与共聚PP的质量比为0.6:1。
热稳定剂为硬脂酸钙与甘油锌的混合物，其中硬脂酸钙与甘油锌的质量比为4:1；
所述增韧改性剂由PP树脂与三元乙丙橡胶(EPDM)共混制备得到，其中，三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为25％；
所述发泡母粒的各组分的重量百分比浓度分别为：偶氮二甲酰胺10％、硫酸钙15％、苯甲酸钠15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％和低密度聚乙烯40％；
所述填料为滑石粉；
所述抗氧剂为[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯。
微发泡复合材料的制备方法
所述微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分均匀混合后制得的预混物加入注塑机中，在注塑机料筒温度为180℃、注塑压力为70MPa、注射速度为70mm/s、冷却时间为20s的条件下，将预混物注塑成型即得所述微发泡复合材料。
实施例4
微发泡复合材料
一种微发泡复合材料，按重量百分比浓度计，包含以下组分：
聚丙烯50％ 热稳定剂0.5％
增韧改性剂5.6％ 发泡母粒1.6％
填料42％ 抗氧剂0.3％；
其中，所述聚丙烯为高熔体强度PP与均聚PP和共聚PP的混合物，其中，高熔体强度聚丙烯的重量百分比含量为18％。均聚PP与共聚PP的质量比为0.8:1。
热稳定剂为硬脂酸钙与甘油锌的混合物，其中硬脂酸钙与甘油锌的质量比为3.5:1；
所述增韧改性剂由PP树脂与三元乙丙橡胶(EPDM)共混制备得到，其中，三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为22％；
所述发泡母粒的各组分的重量百分比浓度分别为：偶氮二甲酰胺10％、硫酸钙15％、苯甲酸钠15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％和低密度聚乙烯40％；
所述填料为滑石粉；
所述抗氧剂为[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯和硫代二丙酸十八酯的混合物，其中[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯和硫代二丙酸十八酯的质量比为3:2。
微发泡复合材料的制备方法
所述微发泡复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分均匀混合后制得的预混物加入注塑机中，在注塑机料筒温度为200℃、注塑压力为67MPa、注射速度为65mm/s、冷却时间为18s的条件下，将预混物注塑成型即得所述微发泡复合材料。
实施例5
对根据实施例1～实施例4中的方法制得的微发泡复合材料的性能进行测试，其中拉伸性能按GB/T 1040.2-2006进行测试，拉伸速率为50mm/min；弯曲性能按GB/T 9341-2000进行测试，弯曲速率为2mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T 1843-2008进行测试，摆锤能量5.5J，V形缺口深度为2mm。结果如下表所示：
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种微发泡复合材料，其特征在于：按重量百分比浓度计，包含以下组分：
聚丙烯 45％～60％ 热稳定剂 0～1％
增韧改性剂 4.5％～7.5％ 发泡母粒 1.0％～1.8％
填料 30％～45％ 抗氧剂 0.1％～0.5％。
2.根据权利要求1所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为高熔体强度PP与均聚PP和共聚PP的混合物，其中，高熔体强度聚丙烯的重量百分比含量为12～20％。
3.根据权利要求1所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为硬脂酸钙与甘油锌的混合物。
4.根据权利要求1所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述增韧改性剂由PP树脂与三元乙丙橡胶共混制备得到，其中，三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为15％～25％。
5.根据权利要求4所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶的重量百分比浓度为20％。
6.根据权利要求1所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述发泡母粒由发泡剂、成核剂、包覆体和发泡母粒载体树脂组成；其中，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠的混合物；所述成核剂为硫酸钙；包覆体为乙烯-醋酸乙烯共聚物；发泡母粒载体树脂为低密度聚乙烯。
7.根据权利要求1所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述发泡母粒的各组分的重量百分比浓度分别为：偶氮二甲酰胺10％、硫酸钙30％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％和低密度聚乙烯40％。
8.根据权利要求1所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述填料为滑石粉。
9.根据权利要求1所述的微发泡复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为硫代二丙酸十八酯、[β-(3,5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯或两者的混合物。
10.一种如权利要求1～9中任一权利要求所述的微发泡复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将所述聚丙烯、热稳定剂、增韧改性剂、填料和抗氧剂使用双螺杆挤出机混合均匀后，加入注塑机中，然后向注塑机中加入所述发泡母粒，在注塑机料筒温度为180～220℃、注塑压力为60～70MPa、注射速度为50～70mm/s、冷却时间为10～20s的条件下，注塑成型即得所述微发泡复合材料。
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