CN106589584B - 轻量化、耐刮擦、高光泽材料及其制备方法和在制备汽车仪表盘中的应用 - Google Patents

轻量化、耐刮擦、高光泽材料及其制备方法和在制备汽车仪表盘中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻量化、耐刮擦、高光泽材料及其制备方法和在制备汽车内饰仪表盘中的应用。该轻量化、耐刮擦、高光泽材料，由以下重量百分含量的组分构成：均聚聚丙烯60‑80％、高熔体强度聚丙烯5‑20％、成核剂0.1‑1.5％、无机纳米粉体0‑5％、聚丁烯1.5‑10％、共聚聚丙烯5‑15％、抗氧剂0.1‑2％、润滑剂0.1‑2％。本发明采用高刚性的均聚聚丙烯，高强度、高耐热的高融体强度聚丙烯和成核剂及少量纳米无机粉体复合，在使用极少量填料的情况下，满足车仪表盘材料标准，实现汽车轻量化。同时，本发明具有耐刮擦、高光泽、低气味、低VOC特点，能够有效的保护仪表盘、改善汽车内空气质量。

Description

轻量化、耐刮擦、高光泽材料及其制备方法和在制备汽车仪表 盘中的应用
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合材料技术领域，具体涉及一种轻量化、耐刮擦、高光泽材料及其制备方法和在制备汽车内饰仪表盘中的应用。
背景技术
当前，轻量化和环保化是世界汽车材料发展技术发展的主要方向，减轻汽车自身的重量，从而降低汽车尾气排放，提高燃烧效率达到节能环保。随着电动汽车的大规模发展，而电池技术无法取得实质性的突破，发展汽车轻量化技术日益迫切，仪表盘作为聚丙烯汽车材料制品为数不多的大件，其轻量化是大势所趋。而汽车主机厂对仪表盘材料标准要求其拉伸强度至少达到23MPa，弯曲强度高于30MPa，缺口冲击强度不低于5kJ/m2，热变形温度不低于110℃，纯聚丙烯材料性能无法满足汽车仪表盘材料标准要求，其制件均用20％-30％无机填料增强聚丙烯材料注塑而成。然而，无机填料密度高达到2.7-2.9g/cm3，增强材料密度1.04-1.14g/cm3，不利于汽车轻量化。
仪表盘作为汽车内饰，经常和硬物触碰，为不影响制品的外观，增强其耐刮擦性能是十分重要的。如公开号为CN101173074A(申请号为200710171709.8)的中国发明专利申请公开了一种具有耐划伤性能的聚丙烯组合物及其制备方法，该组合物由以下重量份原料组成：聚丙烯40份～100份、马来酸酐或甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚或接枝α-烯烃共聚物0.5份～5份、脂肪族伯酰胺0.2份～2份、矿物填料0～40份、增韧剂0～20份、抗氧剂0.1～1份、耐候剂0.1～1份。该技术方案其使用酰胺类润滑剂来改善聚丙烯材料的耐刮擦性，虽然酰胺类润滑剂有特殊的界面润滑作用，外部润滑效果优良，但目前，国家对汽车气味出台强制标准，而酰胺类润滑剂气味较大，显然已不适合做汽车内饰材料润滑剂。同时，常用的无机粉体填充聚丙烯汽车材料，其光泽度大幅降低，而有汽车主机厂对汽车制件尤其内饰光泽度有较高要求。
因此，研制具有轻量化、耐刮擦、高光泽聚丙烯新材料对汽车轻量化具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种轻量化、耐刮擦、高光泽材料，其既具有轻量化、耐刮擦、高光泽，又具有低气味、低VOC特点。
本发明还提供了一种轻量化、耐刮擦、高光泽材料的制备方法，采用双螺杆熔融挤出，方法操作简单，无需特殊的设备，成本低，适于工业化生产。
本发明还提供了一种轻量化、耐刮擦、高光泽材料的应用，其可用于制备汽车内饰仪表盘。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种轻量化、耐刮擦、高光泽材料(聚丙烯复合材料)，由以下重量百分含量的组分构成：
进一步优选，所述的轻量化、耐刮擦、高光泽材料，由以下重量百分含量的组分构成：
更进一步优选，所述的轻量化、耐刮擦、高光泽材料，由以下重量百分含量的组分构成：
本发明采用高刚性的均聚聚丙烯，高强度、高耐热的高融体强度聚丙烯和共聚聚丙烯、成核剂及少量纳米无机粉体复合，在使用极少量填料的情况下，满足车仪表盘材料标准，实现汽车轻量化。同时，本发明具有耐刮擦、高光泽、低气味、低VOC特点，能够有效的保护仪表盘、改善汽车内空气质量。
所述的均聚聚丙烯在230℃，2.16kg条件下，熔体流动速率1-30g/10min。进一步优选，熔体流动速率5-15g/10min。
所述的高熔体强度聚丙烯的熔体强度高于等于30cN，进一步为30cN～100cN；在230℃，2.16kg条件下，熔体流动速率1-5g/10min。
所述的成核剂为α成核剂、β成核剂中的一种或两种。
所述的α成核剂为松香类、芳基磷酸盐类、山梨醇缩醛类及环状羧酸盐类等；β成核剂为酰胺类成核剂、有机稀土类、稠环化合物类和脂肪羧酸盐类等。α成核剂的加入可提高基体的刚性及耐热性，β成核剂的加入可提高基体的韧性及耐热性。进一步优选，所述的成核剂为2,2'-亚甲基-双(4，6-二叔丁基苯酚)磷酸钠、二(3，4-二甲基苯亚甲基)山梨醇、庚二酸中的一种或两种以上(包括两种)。
所述的无机纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米滑石粉中的一种或两种以上(包括两种)。少量无机纳米粉体的加入可与有机成核剂协同作用，更好的增加基体性能。
所述的聚丁烯在190℃、2.16kg条件下，熔体流动速率0.01-50g/10min。聚丁烯具有较高的流动性，可在制件表面形成一层光亮的高分子保护膜，增强仪表盘的耐刮擦及光泽度，有效的保护制件。
所述的共聚聚丙烯为在230℃，2.16kg条件下，熔体流动速率10-50g/10min。进一步优选，熔体流动速率20-40g/10min。
所述的抗氧剂为胺类(如抗氧剂4010)、酚类(如抗氧剂1010)、硫代酯类(如抗氧剂DSTP)及亚磷酸酯类(如抗氧剂168)中的一种或几种组合。抗氧剂可以提高聚丙烯树脂在加工和使用过程中的耐热老化性能。
所述的润滑剂为脂肪酸类、酰胺类、脂类及醇类中的一种或几种组合。内润滑剂的加入使熔体易于分散，减少分子链的内摩擦提高熔体流动性；外润滑剂的加入可以减少熔体与料筒间的摩擦力提高材料的流动性、降低粘度。
一种轻量化、耐刮擦、高光泽材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将部分的共聚丙丙烯、无机纳米粉体、抗氧剂、润滑剂混匀后通过双螺杆挤出机制备成母粒；
(2)将均聚聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、成核剂、聚丁烯、剩余的共聚聚丙烯、母粒在混合均匀，混匀后的混合物；
(3)将混匀后的混合物经过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经共混、挤出、冷却、切粒、干燥后得到轻量化、耐刮擦、高光泽材料。
步骤(1)中，所述的部分的共聚丙丙烯、无机纳米粉体、抗氧剂、润滑剂的重量比为4：2～4：1.5～2.5：0.5～1.5，进一步优选为4：3：2：1。
步骤(2)中，所述的混合均匀的条件为：搅拌温度130-150℃，搅拌转速300r/min，搅拌时间10min。
步骤(3)中，所述的双螺杆挤出机的挤出各区温度为190-250℃，螺杆转速200-300r/min。
本发明制备的轻量化、耐刮擦、高光泽材料，伸强度至少达到23MPa，弯曲强度强于30MPa，缺口冲击强度大于5kJ/m2，热变形温度高于110℃，满足目前汽车仪表盘材料的标准要求，表盘密度由1.05-1.14降低为0.91-0.93，表盘重量大幅降低，实现汽车轻量化，非常适合用于制备汽车仪表盘。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用高刚性的均聚聚丙烯，高强度、高耐热的高融体强度聚丙烯和成核剂及少量的纳米无机粉体复合，在使用极少量填料的情况下，伸强度至少达到23MPa，弯曲强度强于30MPa，缺口冲击强度大于5kJ/m2，热变形温度高于110℃，满足目前汽车仪表盘材料的标准要求，表盘密度由1.05-1.14降低为0.91-0.93，表盘重量大幅降低，实现汽车轻量化。
本发明使用母粒，由共聚丙丙烯、无机纳米粉体、抗氧剂、润滑剂按照4:3:2:1重量比制备而成，该母粒增加了助剂分散均匀性，减少了工厂粉尘，降低了气味及VOC，能够有效的改善汽车内空气质量。
本发明使用高结晶、高模量、高光泽均聚聚丙烯为基体，并使用聚丁烯改性，其能在仪表盘表面形成一层光亮的高分子薄膜，更加增强仪表盘的耐刮擦及光泽度，能有效的保护仪表盘。
本发明制备方法操作简单，无需特殊的设备，成本低，适于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
将共聚聚丙烯(燕山石化K9026，熔融指数为30g/l0min)、纳米滑石粉、重量比1：1抗氧剂1010和168、硬脂酸钙按照4:3:2:1重量比例混匀后通过双螺杆挤出机制备成母粒。将1496g均聚聚丙烯(台塑1080，熔融指数为10g/l0min)，240g份高熔体强度聚丙烯(熔体强度为35cN，熔融指数为3g/l0min)，4g 2,2'-亚甲基-双(4，6-二叔丁基苯酚)磷酸钠，40g聚丁烯(利安德巴塞尔0150M，0.6g/l0min)，120g共聚聚丙烯K9026，100g功能助剂母粒放入高速混合机中混合10min，搅拌温度130-150℃，搅拌转速300r/min；将上述所得到的混合物经过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经共混、挤出、冷却、切粒、干燥、筛选、包装，得可适用于轻量化、低气味、耐刮擦汽车仪表板材料；其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃、240℃，模头的温度为245℃，喂料转速60r/min，螺杆转速300r/min。
实施例2
将共聚聚丙烯(燕山石化K9026，熔融指数为30g/l0min)、纳米蒙脱土、重量比1：1抗氧剂1010和168、硬脂酸锌按照4:3:2:1重量比例混匀后通过双螺杆挤出机制备成母粒。将1330g均聚聚丙烯(台塑1124H，熔融指数为15g/l0min)，300g高熔体强度聚丙烯(熔体强度为35cN，熔融指数为3g/l0min)，10g二(3，4-二甲基苯亚甲基)山梨醇，60g聚丁烯(利安德巴塞尔8220M，46g/10min)，100g共聚聚丙烯K9026，200g功能助剂母粒放入高速混合机中混合10min，搅拌温度130-150℃，搅拌转速300r/min；将上述所得到的混合物经过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经共混、挤出、冷却、切粒、干燥、筛选、包装，得可适用于轻量化、低气味、耐刮擦汽车仪表板材料；其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃、240℃，模头的温度为245℃，喂料转速60r/min，螺杆转速300r/min。
实施例3
将共聚聚丙烯(燕山石化K9026，熔融指数为30g/l0min)、纳米碳酸钙、重量比1：1抗氧剂1010和168、硬脂酸钙按照4:3:2:1重量比例混匀后通过双螺杆挤出机制备成母粒。将1228g均聚聚丙烯(上海石化Y2600T，熔融指数为25g/l0min)，360g高熔体强度聚丙烯(熔体强度为35cN，熔融指数为3g/l0min)，2g庚二酸，30g聚丁烯(利安德巴塞尔8220M，46g/10min)，160g共聚聚丙烯K9026，200g功能助剂母粒放入高速混合机中混合10min，搅拌温度130-150℃，搅拌转速300r/min；将上述所得到的混合物经过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经共混、挤出、冷却、切粒、干燥、筛选、包装，得可适用于轻量化、低气味、耐刮擦汽车仪表板材料；其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃、240℃，模头的温度为245℃，喂料转速60r/min，螺杆转速300r/min。
对比例1
将共聚聚丙烯(燕山石化K9026，熔融指数为30g/l0min)、重量比1：1抗氧剂1010和168、硬脂酸钙按照7:2:1重量比例混匀后通过双螺杆挤出机制备成母粒。将1160g均聚聚丙烯(上海石化Y2600T，熔融指数为25g/l0min)，400g滑石粉，40g聚丁烯(利安德巴塞尔0150M)，240g共聚聚丙烯K9026，160g功能助剂母粒放入高速混合机中混合10min，搅拌温度130-150℃，搅拌转速300r/min；将上述所得到的混合物经过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经共混、挤出、冷却、切粒、干燥、筛选、包装，得可适用于轻量化、低气味、耐刮擦汽车仪表板材料；其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃、240℃，模头的温度为245℃，喂料转速60r/min，螺杆转速300r/min。
对比例2
将共聚丙丙烯(燕山石化K9026，熔融指数为30g/l0min)、纳米蒙脱土、重量比1：1抗氧剂1010和168、硬脂酸锌按照4:3:2:1重量比例混匀后通过双螺杆挤出机制备成母粒。将1330g均聚聚丙烯(台塑1124H，熔融指数为15g/l0min)，300g高熔体强度聚丙烯(熔体强度为35cN，熔融指数为3g/l0min)，10g二(3，4-二甲基苯亚甲基)山梨醇，160g共聚聚丙烯K9026，200g功能助剂母粒放入高速混合机中混合10min，搅拌温度130-150℃，搅拌转速300r/min；将上述所得到的混合物经过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经共混、挤出、冷却、切粒、干燥、筛选、包装，得可适用于轻量化、低气味、耐刮擦汽车仪表板材料；其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃、240℃，模头的温度为245℃，喂料转速60r/min，螺杆转速300r/min。
将上述汽车仪表盘材料注射成测试样条，进行性能测试，结果如表1所示，见下表：
表1
对比例1中，采用20％滑石粉填充聚丙烯，对比例2中未加入聚丁烯，从上述数据可以看出，本发明以完全满足汽车仪表盘各项性能要求，且较正常20％滑石粉填充聚丙烯性能优异，聚丁烯的加入很好的提高了材料的耐刮擦及光泽度。因此，本发明是一款较好的轻量化、耐刮擦、高光泽汽车内饰仪表盘材料。

Claims (5)

1.一种汽车仪表盘用轻量化、耐刮擦、高光泽材料，其特征在于，由以下重量百分含量的组分构成：
均聚聚丙烯 62%-75%；
高熔体强度聚丙烯 12%-19%；
成核剂 0.1%-0.5%；
无机纳米粉体 1%-4%；
聚丁烯 1.5%-3.5%；
共聚聚丙烯 8%-12.5%；
抗氧剂 0.1%-2%；
润滑剂 0.1%-2%；
所述均聚聚丙选自台塑1080、台塑1124H或上海石化Y2600；
所述高熔体强度聚丙烯的熔体强度为35cN，熔融指数为3g/l0min；
所述共聚聚丙烯选自燕山石化K9026，熔融指数为30g/l0min；
所述汽车仪表盘用轻量化、耐刮擦、高光泽材料的拉伸强度至少达到23MPa，弯曲强度高于30MPa，缺口冲击强度不低于5kJ/m2，热变形温度不低于110℃。
2.根据权利要求1所述的汽车仪表盘用轻量化、耐刮擦、高光泽材料，其特征在于，所述的成核剂为2,2'-亚甲基-双（4，6-二叔丁基苯酚）磷酸钠、二（3，4-二甲基苯亚甲基）山梨醇、庚二酸中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的汽车仪表盘用轻量化、耐刮擦、高光泽材料，其特征在于，所述的无机纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米滑石粉中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的轻量化、耐刮擦、高光泽材料，其特征在于，所述的聚丁烯在190℃、2.16kg条件下，熔体流动速率0.01-50g/10min。
5.根据权利要求1~4任一项所述的汽车仪表盘用轻量化、耐刮擦、高光泽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将部分的共聚丙丙烯、无机纳米粉体、抗氧剂、润滑剂混匀后通过双螺杆挤出机制备成母粒；
（2）将均聚聚丙烯、高熔体强度聚丙烯、成核剂、聚丁烯、剩余的共聚聚丙烯、母粒在混合均匀，混匀后的混合物；
（3）将混匀后的混合物经过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经共混、挤出、冷却、切粒、干燥后得到轻量化、耐刮擦、高光泽材料。
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CN105860269A (zh) * 2016-03-02 2016-08-17 南京聚隆科技股份有限公司 一种轻量化汽车空调壳体用材料及其制备方法

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