CN106700268A - 一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其是由以下重量份的组分制成：聚丙烯100份，无规聚丙烯15~30份，硅灰石15~45份，超细硫酸钡10~35份，增韧剂25~45份，成核剂0.25~0.5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。本发明通过加入硅灰石主侧喂料同时进料以及与超细硫酸钡、无规聚丙烯复配使用，大幅降低PP复合材料的收缩率；特种的硅灰石的加入使得复合材料在加工时，熔融混合均匀，不会出现机头堵塞、拉条断条等问题；通过加入成核剂使得PP复合材料尺寸稳定性好以及喷涂后保持较小的后收缩。本发明工艺简单、易进行大批量生产。

Description

一种汽车保险杆专用低后收缩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，尤其涉及一种汽车保险杆专用低后收缩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。对于汽车保险杠而言，需要较高的尺寸稳定性，即在注塑24h~48h后素材的收缩小且素材进行喷涂、包覆等后处理工艺后也应保持较小的后收缩。目前大多数汽车主机厂采用聚丙烯改性材料为PP+EPDM-TD15~TD30的材料，这样的材料注塑24h~48h后素材的收缩率为0.8~1.3%，进行喷涂24h~48h后的收缩率为1.0~1.5%。注：喷涂条件为85℃、40min。
目前常用的降低聚丙烯材料收缩率的方法如下：1.添加填料或增加填料的量，如滑石粉、碳酸钙、云母等；2.添加玻璃纤维；3.增加增韧剂的含量。
上述三种方法的缺点分别为：1.添加填料或增加填料的量---势必带来韧性的下降；2.添加玻璃纤维---势必带来浮纤、翘曲等注塑问题；3.增加增韧剂的含量---势必带来成本的提高、模量的降低。
本发明利用无规聚丙烯、硅灰石、增韧剂、成核剂复配使用的方式，制备出了综合力学性能优异、低后收缩聚丙烯复合材料。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其是由以下重量份的组分制成：
聚丙烯 100份，
无规聚丙烯 15~30份，
硅灰石 15~45份，
超细硫酸钡 10~35份，
增韧剂 25~45份，
成核剂 0.25~0.5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。
上述聚丙烯（PP）为两种以上共聚聚丙烯复配使用。
上述无规聚丙烯在220℃、10kg条件下的熔融指数≥20g/10min。
上述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物（POE）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS）、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SEBS）三者复配使用。
上述所述的硅灰石水分含量≤0.1%，吸油量≤25(g/100g),长径比为50。所述硅灰石的进料方式由主喂料和侧喂料同时进行，且质量比为主喂料进料量:侧喂料进料量=3:2；
上述超细硫酸钡的粒径在6000~8000目。
上述成核剂为羧酸盐类成核剂。
上述润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺（EBS）、白油36#复配使用。
上述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）。
上述抗氧剂为四[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）复配使用。
上述汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料制备方法如下：
第一步：称取15~45份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.2~0.4份润滑剂混合20~30分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取10~35份超细硫酸钡于高速混合机A中混合20~30分钟。高混机A的转速200~300转/分钟，温度50~70℃。
第二步：称取100份聚丙烯，15~30份无规聚丙烯，25~45份增韧剂于高速混合机B中，接着加入0.25~0.5份成核剂，0.2~0.3份偶联剂混合20~30分钟。高混机B的转速200~300转/分钟，温度50~70℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.15~0.4份的抗氧剂混合20~30分钟。最后加入0.2~0.4份润滑剂混合20~30分钟。高混机B的转速200~300转/分钟，温度50~70℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。
本发明的制备方法中，优选的，第一步加入的润滑剂为硬脂酸锌和乙撑双硬脂酸酰胺混合，第三步加入的润滑剂为白油36#。
本发明的优异之处在于：
1.本发明通过加入硅灰石主侧喂料同时进料以及与超细硫酸钡、无规聚丙烯复配使用，得到综合性能优异的PP复合材料，同时大幅降低PP复合材料的收缩率。
2.本发明限定了硅灰石水分含量≤0.1%，吸油量≤25(g/100g),长径比为50。特种的硅灰石的加入使得复合材料在加工时，熔融混合均匀，不会出现机头堵塞、拉条断条等问题，制备得到的复合材料收缩率及其他力学性能达到最优。
3.本发明通过加入成核剂使得PP复合材料在注塑24h~48h后尺寸稳定性好以及喷涂后保持较小的后收缩。
4.本发明通过加入适量的增韧剂于PP中，影响PP的结晶性能从而降低PP复合材料收缩率。
5.本发明工艺简单、易进行大批量生产。
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；密度按照ASTM D792-13执行；素材收缩率按照ASTM D955-08执行（即注塑制件冷却24h后进行测试）。喷涂后收缩按照ASTM D955-08执行（即在注塑冷却24h后进行喷涂后处理，喷涂后处理24h后进行测试。注：喷涂条件为85℃、40min）。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：
共聚聚丙烯 型号：BX3920 厂家：韩国SK；
共聚聚丙烯 型号：BX3900 厂家：韩国SK；
共聚聚丙烯 型号：K7760H 厂家：中石化；
共聚聚丙烯 型号：EP5077 厂家：利安德巴塞尔；
增韧剂POE 型号：POE 8150 厂家：美国陶氏；
增韧剂MBS 型号：EM-500A 厂家：韩国LG化学；
增韧剂SEBS 型号：G1652 厂家：美国科藤；
成核剂 型号：HPN-20E 厂家：美国美利肯；
润滑剂 型号：硬脂酸锌 厂家：连云港华明泰；
润滑剂 型号：EBS 厂家：印尼朝阳化学；
润滑剂 型号：白油36# 厂家：茂名市中海南联石化；
偶联剂 型号：KH550 厂家：天长市绿色化工助剂厂；
抗氧剂 型号：1010 厂家：宜兴市天使合成化学；
抗氧剂 型号：168 厂家：宜兴市天使合成化学。
实施例 1
第一步：称取15份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.08份润滑剂硬脂酸锌和0.12份润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺混合20分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取10份8000目超细硫酸钡于高速混合机A中混合20分钟。高混机A的转速200转/分钟，温度50℃。
第二步：称取60份聚丙烯BX3900，40份聚丙烯EP5077，15份无规聚丙烯，15份增韧剂POE 8150，7份增韧剂EM-500A，3份增韧剂SEBS G1652于高速混合机B中，接着加入0.25份成核剂HPN-20E，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℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.06份抗氧剂1010，0.09份抗氧剂168混合20分钟。最后加入0.2份白油36#混合20分钟。高混机B的转速200转/分钟，温度50℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。
性能见表-1。
实施例 2
第一步：称取45份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.21份润滑剂硬脂酸锌和0.19份润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺混合30分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取35份8000目超细硫酸钡于高速混合机A中混合30分钟。高混机A的转速300转/分钟，温度70℃。
第二步：称取58份聚丙烯BX3920，42份聚丙烯EP5077，30份无规聚丙烯，30份增韧剂POE 8150，10份增韧剂EM-500A，5份增韧剂SEBS G1652于高速混合机B中，接着加入0.5份成核剂HPN-20E，0.3份偶联剂KH550混合30分钟。高混机B的转速300转/分钟，温度70℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.22份抗氧剂1010，0.18份抗氧剂168混合30分钟。最后加入0.4份白油36#混合30分钟。高混机B的转速300转/分钟，温度70℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。
性能见表-1。
实施例 3
第一步：称取21份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.09份润滑剂硬脂酸锌和0.17份润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺混合23分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取12份8000目超细硫酸钡于高速混合机A中混合27分钟。高混机A的转速234转/分钟，温度57℃。
第二步：称取43份聚丙烯K7760H，57份聚丙烯EP5077，19份无规聚丙烯，19份增韧剂POE 8150，7份增韧剂EM-500A，5份增韧剂SEBS G1652于高速混合机B中，接着加入0.29份成核剂HPN-20E，0.24份偶联剂KH550混合24分钟。高混机B的转速209转/分钟，温度59℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.16份抗氧剂1010，0.19份抗氧剂168混合22分钟。最后加入0.23份白油36#混合21分钟。高混机B的转速262转/分钟，温度62℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。性能见表-1。
实施例 4
第一步：称取29份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.08份润滑剂硬脂酸锌和0.12份润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺混合27分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取18份8000目超细硫酸钡于高速混合机A中混合22分钟。高混机A的转速260转/分钟，温度53℃。
第二步：称取40份聚丙烯BX3900，60份聚丙烯EP5077，22份无规聚丙烯，14份增韧剂POE 8150，12份增韧剂EM-500A，7份增韧剂SEBS G1652于高速混合机B中，接着加入0.37份成核剂HPN-20E，0.28份偶联剂KH550混合28分钟。高混机B的转速287转/分钟，温度59℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.08份抗氧剂1010，0.09份抗氧剂168混合29分钟。最后加入0.21份白油36#混合20分钟。高混机B的转速220转/分钟，温度66℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。性能见表-1。
实施例 5
第一步：称取32份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.09份润滑剂硬脂酸锌和0.17份润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺混合21分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取21份8000目超细硫酸钡于高速混合机A中混合29分钟。高混机A的转速252转/分钟，温度67℃。
第二步：称取31份聚丙烯BX3920，69份聚丙烯EP5077，23份无规聚丙烯，15份增韧剂POE 8150，7份增韧剂EM-500A，4份增韧剂SEBS G1652于高速混合机B中，接着加入0.33份成核剂HPN-20E，0.23份偶联剂KH550混合27分钟。高混机B的转速290转/分钟，温度70℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.07份抗氧剂1010，0.09份抗氧剂168混合27分钟。最后加入0.26份白油36#混合25分钟。高混机B的转速250转/分钟，温度60℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。性能见表-1。
实施例 6
第一步：称取38份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.07份润滑剂硬脂酸锌和0.14份润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺混合29分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取29份8000目超细硫酸钡于高速混合机A中混合25分钟。高混机A的转速240转/分钟，温度58℃。
第二步：称取50份聚丙烯K7760H，50份聚丙烯EP5077，25份无规聚丙烯，21份增韧剂POE 8150，9份增韧剂EM-500A，6份增韧剂SEBS G1652于高速混合机B中，接着加入0.39份成核剂HPN-20E，0.24份偶联剂KH550混合29分钟。高混机B的转速290转/分钟，温度67℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.06份抗氧剂1010，0.09份抗氧剂168混合20分钟。最后加入0.22份白油36#混合22分钟。高混机B的转速260转/分钟，温度70℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。性能见表-1。
实施例 7
第一步：称取43份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.08份润滑剂硬脂酸锌和0.18份润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺混合30分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取34份8000目超细硫酸钡于高速混合机A中混合23分钟。高混机A的转速208转/分钟，温度64℃。
第二步：称取72份聚丙烯BX3920，28份聚丙烯EP5077，29份无规聚丙烯，23份增韧剂POE 8150，12份增韧剂EM-500A，8份增韧剂SEBS G1652于高速混合机B中，接着加入0.46份成核剂HPN-20E，0.27份偶联剂KH550混合28.4分钟。高混机B的转速200转/分钟，温度56.3℃。
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.06份抗氧剂1010，0.09份抗氧剂168混合20分钟。最后加入0.27份白油36#混合26.7分钟。高混机B的转速289转/分钟，温度52℃。
第四步：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。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃。螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。
性能见表-1。
表-1
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 对比例（聚丙烯F401）
密度/(g/cm3) 1.02 1.14 1.03 1.07 1.08 1.13 1.14 0.9
拉伸强度/MPa 40 47 40 42 42 42 43 23
弯曲强度/MPa 57 50 50 52 53 55 57 32
弯曲模量/MPa 4760 5030 3351 3850 3910 3743 4065 1510
悬臂梁缺口冲击/(KJ/m2) 44 NB 50 42 41 NB NB 12
素材收缩率/% 0.31 0.30 0.32 0.31 0.32 0.34 0.26 2.1
喷涂后收缩率/% 0.28 0.26 0.25 0.35 0.29 0.21 0.22 1.9
从以上实施例可以看出，本发明制备出的聚丙烯复合材料综合性能优异，收缩率低，可以用于高端汽车中作为保险杠使用。

Claims (11)

1.一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：
聚丙烯 100份，
无规聚丙烯 15~30份，
硅灰石 15~45份，
超细硫酸钡 10~35份，
增韧剂 25~45份，
成核剂 0.25~0.5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。
2.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，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.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无规聚丙烯在220℃、10kg条件下的熔融指数≥20g/10min。
4.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物三者复配使用。
5.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的硅灰石水分含量≤0.1%，吸油量≤25(g/100g),长径比为50。
6.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，所述超细硫酸钡的粒径在6000~8000目。
7.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，所述成核剂为羧酸盐类成核剂。
8.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、白油36#复配使用。
9.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
10.如权利要求1所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料，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]亚磷酸酯复配使用。
11.权利要求1-10任一项所述一种汽车保险杆专用低后收缩聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
第一步：称取15~45份硅灰石于高速混合机A中，接着加入0.2~0.4份润滑剂混合20~30分钟，之后取出混合好的硅灰石的2/5的量用于侧喂料进料，再接着称取10~35份超细硫酸钡于高速混合机A中混合20~30分钟，高混机A的转速200~300转/分钟，温度50~70℃；
第二步：称取100份聚丙烯，15~30份无规聚丙烯，25~45份增韧剂于高速混合机B中，接着加入0.25~0.5份成核剂，0.2~0.3份偶联剂混合20~30分钟，高混机B的转速200~300转/分钟，温度50~70℃；
第三步：将高速混合机A中的硅灰石和超细硫酸钡混合物加入到高速混合机B中，再加入0.15~0.4份的抗氧剂混合20~30分钟；最后加入0.2~0.4份润滑剂混合20~30分钟；高混机B的转速200~300转/分钟，温度50~70℃；
第四步：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；双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、195℃、215℃、220℃、220℃、225℃、225℃、215℃、215℃、210℃；螺杆直径为75毫米，螺杆长径比为44。
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