CN106750948A - 低密度高刚性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

低密度高刚性聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低密度高刚性聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子领域。复合材料是由下述各组分按重量份制备而成：聚丙烯65‑85份、玻璃微珠5‑15份、增韧剂5‑10份、刚性复合改良剂5‑10份、其它助剂0.1‑2份。本发明在制备过程中通过玻璃微珠、增韧剂和刚性复合改良剂，玻璃微珠优先被增韧剂插层及包裹，形成“核‑壳”结构，分散在聚丙烯相中，刚性复合改良剂的引入，提高了材料的刚性；本发明使得制备的聚丙烯复合材料具有低密度、高刚性、低收缩、低光泽等特点，本发明在保持低密度、高刚性的同时，显示出良好的韧性和流动性，密度小于0.95g/cm3，满足了轻量化的发展趋势。

Description

低密度高刚性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，具体是低密度高刚性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成，发生了较大的变化，高密度材料的比例下降，低密度材料有较大幅度的增加，可以说，从90年代开始，汽车材料向轻量化、节省资源、高性能和高功能方向发展。
现有技术中，传统的矿物填充聚丙烯改性材料，广泛应用于汽车内外饰中。近年来，汽车产业的迅猛发展，世界能源的不断枯竭，对汽车材料轻量化提出了越来越高的要求，传统如仪表板、门板、立柱等使用的是PP+EPDM-T20的材料，密度在1.04-1.07g/cm3，已经越来越无法满足汽车行业中对材料轻量化的要求。而传统的降低矿物填充比例，虽然可以降低材料的密度，但是刚性、强度等无法满足零件的实际设计要求。
因此急需一种密度较传统PP+EPDM-T20材料低，其它性能如刚性、韧性、流动性等性能可以和PP+EPDM-T20材料达到同级别的新材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低密度高刚性聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
低密度高刚性聚丙烯复合材料，是由下述各组分按重量份制备而成：
优选的，所述的聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为20-100g/10min的均聚聚丙烯。
优选的，所述的玻璃微珠为中空玻璃微珠。
优选的，所述的增韧剂为乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、乙烯-丙烯聚合物中的一种或者两种以上的混合物。
优选的，所述的刚性复合改良剂为改性碳纤维短切材料，密度是1.78g/cm3。
优选的，所述的其它助剂为抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦剂抗静电剂或着色剂等。
本发明的另一个目的在于提供一种低密度高刚性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取原料，将聚丙烯、增韧剂加入到混合机中，于800-1500r/min下混合3-15min，然后加入其他助剂，于800-1500r/min下继续混合3-15min；
(2)在氮气保护下，将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入刚性复合改良剂和玻璃微珠，经挤出、造粒成型，制得低密度高刚性聚丙烯复合材料。
优选的，所述的双螺杆挤出机有两个抽真空处，其中一个抽真空处位于输送料段的末端、熔融段的开始端；另一个抽真空处位于计量段。
优选的，所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为40-50:1、螺杆转速为200-500r/min，双螺杆挤出机的温度为190-230℃。
采用上述技术方案制备的低密度高刚性聚丙烯复合材料具备以下优点：
1、本发明在制备改性聚丙烯材料过程中通过添加玻璃微珠、增韧剂和刚性复合改良剂，玻璃微珠优先被增韧剂插层及包裹，形成“核-壳”结构，分散在聚丙烯相中，刚性复合改良剂的引入，提高了材料的刚性。中空玻璃玻璃微珠由于其特殊的中空结构，其密度低于聚丙烯原料，而刚性复合改良剂的密度也低于传统的滑石粉类矿物。利用两者制备的聚丙烯复合材料具有具有低密度、高刚性、低收缩、低光泽等特点，满足零部件尺寸装配要求，可广泛应用于汽车内外饰材料中；
2、本发明制备的低密度高刚性聚丙烯复合材料，根据本行业的检测标准，缺口冲击强度大于20KJ/m2、弯曲模量大于1600MPa，显示出良好的刚性和韧性，同时密度小于0.95g/cm3，满足了轻量化的发展趋势；
3、本发明制得的低密度高刚性聚丙烯复合材料，其制备过程中的聚丙烯、玻璃微珠、刚性复合改良剂、助剂等原料易得，材料可循环使用，可直接用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1-5中玻璃微珠为3M公司生产的抗剪切破碎的IM16K中空玻璃微珠；刚性复合改良剂采购至国内贸易商，原供为日本东丽公司；增韧剂选自乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、乙烯-丙烯聚合物中的一种或者两种以上的混合物；其它助剂包括抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦剂、抗静电剂或着色剂。
本发明实施例中选用双螺杆挤出机有两个抽真空处，其中一个抽真空处位于输送料段的末端、熔融段的开始端；另一个抽真空处位于计量段。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40-50:1、螺杆转速为200-500r/min，双螺杆挤出机的温度为190-230℃。
双螺杆挤出机的其螺杆组合有如下特点：喂料段为导程为56/56mm、螺槽深度为10-12mm的正向螺纹输送段元件；熔融混合段为30°和60°角的啮合快组成；计量段增加一组齿轮盘，提高玻璃微珠的在螺杆中的分散。
实施例中的低密度高刚性聚丙烯复合材料是由表1中所示原料按重量份组成，具体制备方法包括以下步骤：
(1)按配比称取原料，将聚丙烯、增韧剂加入到混合机中，于800-1500r/min下混合3-15min，然后加入其他助剂，于800-1500r/min下继续混合3-15min；
(2)在氮气保护下，将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入刚性复合改良剂和玻璃微珠，经挤出、造粒成型，制得低密度高刚性聚丙烯复合材料。
另外，按实施例1的制备方法和原料制备对比例，其区别仅在于不加刚性复合改良剂，对比例加入滑石粉。
如在本发明的制备组份中添加耐刮擦剂、抗静电剂、着色剂等功能助剂，使复合材料具有相应特性亦受本发明保护。
表1具体实施例中制备原料的组成
原料组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
聚丙烯 85 80 75 70 65 70 70
玻璃微珠 5 10 5 10 15 10 -
滑石粉 - - - - - 10 20
增韧剂 5 5 10 8 10 10 10
刚性复合改良剂 5 5 10 10 7 - -
其它助剂 0.1 1 1.5 2 2 2 2
根据相关检测标准，对具体实施例1-5及对比例1-2制得的低密度高刚性聚丙烯复合材料进行测试，主要测试物性指标如下：熔指、密度、拉伸强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、光泽度，其检测标准与检测结果如表2所示：
表2低密度高刚性聚丙烯复合材料性能指标
由表2可知，通过按比例添加各种原材料，经过双螺杆挤出机得到的塑料颗粒，本发明制备的低密度高刚性聚丙烯复合材料的光泽度比对比例低，密度比对比例低，拉伸强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度等机械性能高于对比例，显示出良好的刚性和韧性，这是因为在聚丙烯中添加玻璃微珠和刚性复合改良剂。中空玻璃玻璃微珠由于其特殊的中空结构，其密度低于聚丙烯原料，而刚性复合改良剂的密度也低于传统的滑石粉类矿物。利用两者制备的聚丙烯复合材料具有具有低密度、高刚性、低收缩、低光泽等特点，满足零部件尺寸装配要求，可广泛应用于汽车内外饰材料中。
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实施案例做出各种修改，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案例，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 (9)

1.低密度高刚性聚丙烯复合材料，其特征在于，是由下述各组分按重量份制备而成：
聚丙烯 65-85份
玻璃微珠 5-15份
增韧剂 5-10份
刚性复合改良剂 5-10份
其它助剂 0.1-2份。
2.根据权利要求1所述的低密度高刚性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为20-100g/10min的均聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的低密度高刚性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的玻璃微珠为中空玻璃微珠。
4.根据权利要求1所述的低密度高刚性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的增韧剂为乙烯-丁烯聚合物、乙烯-辛烯聚合物、乙烯-丙烯聚合物中的一种或者两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的低密度高刚性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的刚性复合改良剂为改性碳纤维短切材料，密度是1.78g/cm3。
6.根据权利要求1所述的低密度高刚性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的其它助剂为抗氧剂、光稳定剂、耐刮擦剂、抗静电剂或着色剂。
7.一种如权利要求1所述的低密度高刚性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配比称取原料，将聚丙烯、增韧剂加入到混合机中，于800-1500r/min下混合3-15min，然后加入其他助剂，于800-1500r/min下继续混合3-15min；
（2）在氮气保护下，将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融，再从挤出机的侧喂料口加入刚性复合改良剂和玻璃微珠，经挤出、造粒成型，制得低密度高刚性聚丙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机有两个抽真空处，其中一个抽真空处位于输送料段的末端、熔融段的开始端；另一个抽真空处位于计量段。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为40-50:1、螺杆转速为200-500r/min，双螺杆挤出机的温度为190-230℃。
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