CN106273350B - 一种汽车用高刚性高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽车用高刚性高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法，其是由聚丙烯、碱式硫酸镁晶须、高目数滑石粉、增韧剂、润滑剂、偶联剂、抗氧剂按照重量份制备而成，其中所述高目数滑石粉为粒径8000~11000目的滑石粉。本发明通过分批搅拌混合，使碱式硫酸镁晶须和滑石粉分散的更加的均匀且能保证熔体与筒体摩擦损耗小，从而提高复合材料的刚性；同时将碱式硫酸镁晶须分别从挤出机的主、侧喂料进入，并与高目数滑石粉复配使用，得到综合性能优异的高刚性高韧性聚丙烯复合材料，可广泛用作高档及奢华汽车内外饰件。

Description

一种汽车用高刚性高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子材料改性领域，尤其涉及一种汽车用高刚性高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚丙烯(PP)由于价格低廉，易于加工成型及其具有密度低，耐化学腐蚀和自身优异的物理力学性能等优点，其应用非常广泛，成为发展最快的通用型塑料之一。在汽车行业，改性聚丙烯主要用于汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架等。然随着汽车行业的不断发展，各大汽车主机厂对汽车内外饰件的性能提出了更高的要求，如必须要求改性聚丙烯材料刚、韧性达到平衡，以满足汽车安全性能测试。
目前本行业内都知道，作为汽车内外饰件的典型材料定义为PP+EPDM-TD20材料，这种材料目前本行业内做的较好的综合性能为：在230℃，2.16kg条件下测试熔融指数为20g/10min、拉伸强度20MPa、弯曲强度≥30MPa、弯曲模量2000MPa、悬臂梁缺口冲击35KJ/m2。以上数据均为典型值，如专利CN 102558736 A中的PP+EPDM-TD20材料弯曲模量不到1600MPa。
本发明通过利用碱式硫酸镁晶须的主侧双喂料进料工艺以及与滑石粉复配，再加上特殊的混料方式做到了在PP+EPDM-TD20这种材料综合性能极其优异，其熔融指数20g/10min(230℃、2.16kg)、拉伸强度21MPa、弯曲强度31MPa、弯曲模量3000MPa、悬臂梁缺口冲击45KJ/m2。所以本发明的这种聚丙烯复合材料比普通的聚丙烯复合材料在弯曲模量和悬臂梁缺口冲击上同时得到大幅度提高，真正做到了刚韧平衡。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种汽车用高刚性高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法。
一种汽车用高刚性高韧性聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
所述高目数滑石粉为粒径8000～11000目的滑石粉。
进一步方案，所述聚丙烯为两种或以上共聚聚丙烯复配使用。
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物。
所述润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)和白油36#的复配物，其中硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺的质量和与白油36#的质量之比为1：1。
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)或异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(TMC-201)。
所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
本发明的另一个发明目的是提供上述聚丙烯复合材料的制备方法，制备方法如下：
(1)称取15～25份碱式硫酸镁晶须于高速混合机A中，再加入润滑剂中的硬脂酸锌和乙撑双硬脂酸酰胺，混合20～30分钟后得预混物；
(2)将(1)中预混物的4/5量和3～8份高目数滑石粉一起于高速混合机A中再混合10～20分钟；
(3)称取100份聚丙烯、10～15份增韧剂、0.2～0.3份偶联剂于高速混合机B中混合20～30分钟；
(4)将步骤(2)中所得的混合物和0.15～0.4份抗氧剂一起加入到(3)中的高速混合机B，混合10～15分钟后，再加入润滑剂中的白油36#继续混合10～15分钟；
(5)将经(4)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
所述双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、185℃、205℃、210℃、210℃、215℃、215℃、215℃、210℃、205℃，螺杆直径为75毫米、螺杆长径比为44。
所述高速混合机A、B的转速为200～300转/分钟、温度为50～70℃。
上述聚丙烯为两种或以上共聚聚丙烯复配使用。
本发明的有益效果有：
1、本发明通过分批搅拌混合的方式制备聚丙烯复合材料，使碱式硫酸镁晶须和滑石粉分散的更加的均匀且能保证熔体与筒体摩擦损耗小，从而提高复合材料的刚性。
2、通过将碱式硫酸镁晶须分别从挤出机的主、侧喂料进入，并与高目数滑石粉复配使用，得到综合性能优异的聚丙烯复合材料。
3、将润滑剂分别与无机填料、聚丙烯进行混合，能有效提高无机填料在聚丙烯复合材料中分散性，对最终聚丙烯复合材料性能有帮助。
具体实施例：
下面结合一些实施例与对比例对本发明作进一步说明。以下实施例只是本发明的典型例，本发明的保护范围并不局限于此。熔融指数按照ASTM D1238-10执行，在230℃、2.16kg条件下测试；拉伸性能按照ASTM D638-10执行，测试速度为50mm/min；弯曲性能按照ASTM D790-10执行，测试速度为1.25mm/min；悬臂梁冲击性能按照ASTM D256-10执行。以上所有测试环境为：23℃、50％RH。
实施例和对比例中用到的主要原材料如下：
下面实施例中所选用的双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、185℃、205℃、210℃、210℃、215℃、215℃、215℃、210℃、205℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。
实施例1
(1)称取15份碱式硫酸镁晶须、0.16份硬脂酸锌和0.04份乙撑双硬脂酸酰胺于转速200转/分钟、温度50℃的高速混合机A中混合20分钟得预混物；
(2)将预混物中的4/5量和3份8000目滑石粉置于高速混合机A中继续混合10分钟。
(3)称取20份共聚聚丙烯BX3900、40份共聚聚丙烯BX3800、40份共聚聚丙烯EP200R、10份增韧剂POE 8200于转速200转/分钟、温度50℃的高速混合机B中，接着加入0.2份偶联剂KH550进行混合20分钟。
(4)将(2)中混合物料和0.09份抗氧剂1010、0.06份抗氧剂168加入到(3)中的高速混合机B中继续混合10分钟；最后加入0.2份白油36#再混合10分钟。
(5)将经(4)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
对比例1：按照实施例1的原料及配比，按目前行业内较佳的混料工艺进行制备：
(1)称取20份共聚聚丙烯BX3900、40份共聚聚丙烯BX3800、40份共聚聚丙烯EP200R，10份增韧剂POE 8200于转速200转/分钟、温度50℃的高速混合机中，接着加入0.2份偶联剂KH550、0.2份白油36#混合5分钟；然后加入15份碱式硫酸镁晶须和3份8000目滑石粉继续混合5分钟；最后加入0.16份硬脂酸锌、0.04份乙撑双硬脂酸酰胺、0.09份抗氧剂1010、0.06份抗氧剂168混合5分钟。
(2)将第一步混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝经造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
对比例2：按照实施例1的原料及制备方法制备，区别仅在于把配方中的碱式硫酸镁晶须全部换成滑石粉
(1)称取18份8000目滑石粉、0.16份硬脂酸锌和0.04份乙撑双硬脂酸酰胺加入转速200转/分钟、温度50℃的高速混合机A中混合20分钟。
(2)称取20份聚丙烯BX3900、40份聚丙烯BX3800、40份聚丙烯EP200R、10份增韧剂POE 8200于转速200转/分钟、温度50℃的高速混合机B中，接着加入0.2份偶联剂KH550混合20分钟。
(3)将高速混合机A中的滑石粉混合物和0.09份抗氧剂1010、0.06份抗氧剂168加入到(2)中高速混合机B中混合10分钟后，再加入0.2份白油36#继续混合10分钟。
(4)将上述第三步混合好的料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
对比例3：按照实施例1的原料及制备方法制备，区别仅在于把配方中的滑石粉全部换成碱式硫酸镁晶须
(1)称取18份碱式硫酸镁晶须于高速混合机A中，接着加入0.16份硬脂酸锌和0.04份乙撑双硬脂酸酰胺混合20分钟得预混物；
(2)称取20份聚丙烯BX3900、40份聚丙烯BX3800、40份聚丙烯EP200R、10份增韧剂POE 8200于高速混合机B中，接着加入0.2份偶联剂KH550混合20分钟，高混机B的转速200转/分钟，温度50℃。
(3)将(1)中预混物中的4/5量和0.09份抗氧剂1010、0.06份抗氧剂168加入到(2)中的高速混合机B中混合10分钟，最后加入0.2份白油36#混合10分钟。高混机B的转速200转/分钟，温度50℃。
(4)将经(3)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
实施例2
(1)称取25份碱式硫酸镁晶须、0.31份硬脂酸锌和0.09份乙撑双硬脂酸酰胺于高速混合机A中混合30分钟得预混物；高速混合机A转速300转/分钟、温度70℃。
(2)将预混物中的4/5量和8份11000目滑石粉置于高速混合机A中继续混合30分钟。
(3)称取20份聚丙烯BX3900、30份聚丙烯M2600R、50份聚丙烯EP200R、15份增韧剂POE 8842于高速混合机B中，接着加入0.3份偶联剂TMC-201混合30分钟。高速混合机B的转速300转/分钟，温度70℃。
(4)将(2)中混合物料和0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168一起加到(3)中高速混合机B中混合15分钟，最后加入0.4份白油36#继续混合15分钟。高混机B的转速300转/分钟，温度70℃。
(5)将经(4)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
对比例4：按照实施例1的原料，按照目前行业内较佳的混料工艺制备
(1)称取20份聚丙烯BX3900、30份聚丙烯M2600R、50份聚丙烯EP200R，15份增韧剂POE 8842与高速混合机中，接着加入0.3份偶联剂TMC-201、0.4份白油36#混合5分钟。接着称取25份碱式硫酸镁晶须和8份11000目滑石粉与高速混合机中混合5分钟，最后加入0.31份硬脂酸锌、0.09份乙撑双硬脂酸酰胺、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168与高混机中混合5分钟。高速混合机转速300转/分钟，温度70℃。
(2)将第一步混合好的料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
对比例5：按照实施例2的原料及制备方法制备，区别仅在于把配方中的碱式硫酸镁晶须全部换成滑石粉
(1)称取33份11000目滑石粉于高速混合机A中，接着加入0.31份硬脂酸锌和0.09份乙撑双硬脂酸酰胺混合30分钟。高混机A的转速300转/分钟，温度70℃。
(2)称取20份聚丙烯BX3900、30份聚丙烯M2600R、50份聚丙烯EP200R、15份增韧剂POE 8842与高速混合机B中，接着加入0.3份偶联剂TMC-201混合30分钟。高混机B的转速300转/分钟，温度70℃。
(3)将(1)中的滑石粉混合料加入到(2)高速混合机B中，再加入0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168混合15分钟；最后加入0.4份白油36#混合15分钟。高混机B的转速300转/分钟，温度70℃。
(4)将上述第三步混合好的料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
对比例6：按照实施例2的原料及制备方法制备，区别仅在于把配方中的滑石粉全部换成碱式硫酸镁晶须
(1)称取33份碱式硫酸镁晶须与高速混合机A中，接着加入0.31份硬脂酸锌和0.09份乙撑双硬脂酸酰胺混合30分钟得预混物；高速混合机A的转速300转/分钟，温度70℃。
(2)称取20份聚丙烯BX3900、30份聚丙烯M2600R、50份聚丙烯EP200R、15份增韧剂POE 8842与高速混合机B中，接着加入0.3份偶联剂TMC-201混合30分钟高速混合机B的转速300转/分钟，温度70℃。
(3)将(1)中预混物中的4/5量和0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168加入到(2)中的高速混合机B中混合15分钟，最后加入0.4份白油36#混合15分钟。
(4)将经(3)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
上述实施例1～2和对比例1～6的机械性能如表-1所示：
表-1实施例1～2和对比例1～6性能
从以上实施例1～2和对比例1～6可明显看出，本发明制备出的聚丙烯复合材料综合性能优异。如：实施例1可见，复合材料的熔融指数为22.9g/10min、拉伸强度22.2MPa、断裂标称应变67％、弯曲强度33.4MPa、弯曲模量3050MPa、悬臂梁缺口冲击45KJ/m2。由此可见，本发明的这种复合材料完全可以用于高端奢华的汽车中作为内外饰使用。
实施例3
(1)称取18份碱式硫酸镁晶须、0.19份硬脂酸锌和0.04份乙撑双硬脂酸酰胺于转速246转/分钟、温度57℃的高速混合机A中混合23分钟；
(2)将预混物中的4/5量和4.3份8000目滑石粉置于高速混合机A中继续混合12.6分钟。
(3)称取22份聚丙烯BX3900、36.5份聚丙烯BX3800、41.5份聚丙烯EP200R、11.6份增韧剂POE 8200于转速239转/分钟、温度59℃的高速混合机B中，接着加入0.27份偶联剂KH550混合22.4分钟。
(4)将(2)中混合物料和0.11份抗氧剂1010、0.06份抗氧剂168加入到(3)中的高速混合机B中混合12分钟，最后加入0.23份白油36#继续混合13.4分钟。此时高速混合机B的转速282转/分钟，温度55℃。
(5)将经(4)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
实施例4
(1)称取22份碱式硫酸镁晶须、0.19份硬脂酸锌和0.06份乙撑双硬脂酸酰胺于转速296转/分钟、温度67℃的高速混合机A中混合27分钟。
(2)将预混物中的4/5量和5.6份11000目滑石粉置于高速混合机A中继续混合12.9分钟。
(3)称取29份聚丙烯BX3900、29.5份聚丙烯BX3800、41.5份聚丙烯EP200R、13.7份增韧剂POE 8840与转速289转/分钟、温度64℃的高速混合机B中，接着加入0.27份偶联剂KH550混合22.8分钟。
(4)将(2)中混合物料和0.12份抗氧剂1010、0.07份抗氧剂168加入到(3)中的高速混合机B中混合13.4分钟，最后加入0.25份白油36#混合13.8分钟。高速混合机B的转速289转/分钟，温度68℃。
(5)将经(4)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
实施例5
(1)称取23.8份碱式硫酸镁晶须、0.19份硬脂酸锌和0.06份乙撑双硬脂酸酰胺于转速268转/分钟、温度66℃的高速混合机A中混合28.7分钟；
(2)将预混物中的4/5量和6.9份11000目滑石粉置于高速混合机A中继续混合12.4分钟。
(3)称取29份聚丙烯BX3900、29.5份聚丙烯BX3800、41.5份聚丙烯EP200R、14.7份增韧剂POE 8200与高速混合机B中，接着加入0.27份偶联剂TMC-201混合27.8分钟。高速混合机B的转速289转/分钟，温度62℃。
(4)将(2)中混合物料和0.1份抗氧剂1010、0.21份抗氧剂168加入到(3)中的高速混合机B中混合13.9分钟，最后加入0.25份白油36#继续混合13.8分钟。高速混合机B的转速289转/分钟，温度68℃。
(5)将经(4)混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将(1)中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
实施例3-5制备的复合材料的机械性能如下表-2所示：
表-2实施例3～5性能
从以上实施例3～5可明显看出，本发明制备出的聚丙烯复合材料综合性能优异，且其刚性和韧性均高，完全可以用于高端奢华的汽车中作为内外饰使用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车用高刚性高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯 100份，
碱式硫酸镁晶须 15~25份，
高目数滑石粉 3~8份，
增韧剂 10~15份，
润滑剂 0.4~0.8份，
偶联剂 0.2~0.3份，
抗氧剂 0.15~0.4份，
所述高目数滑石粉为粒径8000~11000目的滑石粉；
其制备方法如下：
（1）称取15~25份碱式硫酸镁晶须于高速混合机A中，再加入润滑剂中的硬脂酸锌和乙撑双硬脂酸酰胺，混合20~30分钟后得预混物；
（2）将（1）中预混物的4/5量和3~8份高目数滑石粉一起于高速混合机A中再混合10~20分钟；
（3）称取100份聚丙烯、10~15份增韧剂、0.2~0.3份偶联剂于高速混合机B中混合20~30分钟；
（4）将步骤（2）中所得的混合物和0.15~0.4份抗氧剂一起加入到（3）中的高速混合机B，混合10~15分钟后，再加入润滑剂中的白油36#继续混合10~15分钟；
（5）将经（4）混合好的物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，同时将（1）中预混物的1/5量从侧喂料口加入，然后经拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为两种以上共聚聚丙烯复配使用。
3.据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物。
4.据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺和白油36#的复配物，其中硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺的质量和与白油36#的质量之比为1：1。
5.据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、185℃、205℃、210℃、210℃、215℃、215℃、215℃、210℃、205℃，螺杆直径为75毫米、螺杆长径比为44。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述高速混合机A、B的转速为200~300转/分钟、温度为50~70℃。
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