CN107118490A - 一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料的制备及其方法，其是由将聚丙烯复合材料与发泡剂混合均匀，注塑采用二次开模工艺，制备聚丙烯微发泡复合材料，其中所述聚丙烯复合材料按照如下重量份数制备聚丙烯57‑63份、滑石粉0.1‑25份、增韧剂0.1‑20份，树枝状大分子母粒2‑10份、抗氧剂0.2‑0.4份、润滑剂0.5‑1份、其他助剂0‑3份制备而成，所述的化学发泡剂是LDPE载体的碳酸氢钠母粒。聚丙烯复合体系的熔体强度通过树枝状大分子特殊的树枝状结构与基体相互缠结调控，发泡后芯层呈现明显的三明治结构，泡孔直径为60μm，泡孔均匀致密，此外也具有隔热隔音降噪，为发展汽车轻量化材料提供一种新的解决途径，可以广泛应用于汽车内饰门板，仪表板等产品。

Description

一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体是一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料及其制备方法。
技术背景：
近年来，能源与环境的危机加速了各国政府对汽车行业的产品能耗和排放的严格控制。到2020年，除美国之外的全球主要的汽车生产与消费国家和地区对乘用车燃油油耗的要求都将严格限制在5L/100km以下的水平，而且碳排放也更为严格。汽车轻量化已经成为汽车主机厂迫切的需求，设计者在追寻汽车轻量化技术开发问题上，一直聚焦致力于寻找材料的替代减重和设计变更来降重。聚丙烯微发泡内部含有从几十微米到几百微米尺寸，不仅能降低聚丙烯制品密度，较传统材料在部件上实现最高50％的减重，也可以改善制品表面尺寸稳定性，降低产品翘曲，此外还能隔热、降噪、缓冲性能，这些优点发挥着巨大的优势，将聚丙烯微发泡推向行业前沿，成为汽车轻量化材料的必选之一。但是聚丙烯属于半结晶线性聚合物，达到熔点后，熔体强度迅速降低，较低的熔体强度无法克服发泡气源在发泡瞬间快速溢出所产生的瞬间压力，导致分解产生的气体在熔体成长过程极易破孔而出，引起泡孔合并、塌陷，在复合材料中形成的泡孔大小不一、泡孔分布不均等缺陷，当材料受力时易在这些缺陷上形成宏观裂纹，降低材料的综合性能，因此限制了聚丙烯微发泡的应用。聚丙烯微发泡要想助力汽车轻量化技术，首要解决如何提高聚丙烯的熔体强度，因为较高熔体强度能够在气体长大的过程中有效束缚气泡的生长，保证聚丙烯发泡芯层泡孔直径小，分布均匀而致密，获得性能优异的聚丙烯微发泡材料。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料及其制备方法，解决现有技术发泡过程中聚丙烯达到熔点后，熔体强度迅速降低，导致复合体系中发泡过程难以控制，气泡并泡塌陷严重，严重影响聚丙烯微发泡的性能，限制聚丙烯微发泡在汽车行业的应用等问题。
一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，由下列原料按重量百分比制备而成：
聚丙烯复合材料 96-99％
化学发泡剂 1-4％
其中所述的聚丙烯复合材料由下列原料按重量份制备而成：
聚丙烯份 57-63份
滑石粉 20-25份
增韧剂 10-15份
树枝状大分子母粒 2-8份
抗氧剂 0.2-0.4份
润滑剂 0.5-1份
其他助剂 0-3份
进一步方案，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，在230℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为10-120g/10min。
进一步方案，所述滑石粉粒径目数在10000目以上。
进一步方案，所述增韧剂为POE，在230℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为0.5-30g/10min。
进一步方案，所述树枝状大分子母粒以共聚聚丙烯为载体，树枝状大分子含量20％-40％。
进一步方案，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
更进一步地，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂DLTP，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
进一步方案，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙，硬脂酸锌、褐煤蜡、戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
进一步方案，所述其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂或着色剂。
制备所述聚丙烯注塑化学微发泡复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯57-63份、滑石粉0.1-25份、增韧剂0.1-20份、树枝状大分子母粒2-10份、抗氧剂0.2-0.4份、润滑剂0.5-1份、以及其他助剂0-3份投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将96-99wt％的聚丙烯复合材料与1-4wt％的发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺，在注塑机进行微发泡成型，其中加工温度为180-200℃。
本发明的有益效果
1、树枝状大分子母粒中心有核，内部有空腔，外围有大量支化单元，形成特殊的树枝状结构，表面分布大量呈三维舒展状态的柔性长链结构，在体系中与聚丙烯分子链的相互作用，相互缠结，形成空间三维网状结构，有效阻止聚丙烯分子链的滑移，继而提升复合体系的熔体强度。此外树枝状结构还能对填料表面形成交联点，改善填料与聚丙烯的界面作用，海岛效应增强，进一步提高复合体系的熔体强度。随着树枝状增韧剂含量的增加，复合体系的熔体强度增加，与未加入树枝状增韧剂相比，聚丙烯发泡芯层泡孔直径小，分布均匀，减重效果明显。
2、优异的性能：聚丙烯微发泡复合材料泡孔细小、均匀致密，材料性能的保持率高，根据国标检测标准复合材料悬臂梁缺口强度达23KJ/m2以上、弯曲模量达1800MPa以上，表明本发明复合材料具有优异的综合性能，此外内部均匀的泡孔还能隔热、降噪、缓冲性能，将受到了汽车行业广泛的、关注，也成为汽车轻量化材料的必选之一。
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。
在实施例和对比例的复合材料配方中，所用的聚丙烯为韩国巴塞尔生产的嵌段共聚聚丙烯，商品名为EA5076，熔体流动速率100/10min(测试条件：230℃*2.16kg)；乙烯辛烯嵌段共聚物为陶氏化学，商品名8407，熔体流动速率，30/10min(测试条件：190℃*2.16kg)；树枝状大分子母粒为威海晨源分子材料，商品名为CYD-6100，此外，使用10000目的滑石粉。
实施例1
本实施例中的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料是由下列原料按照重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将制备的聚丙烯63份、滑石粉20份、增韧剂15份、树枝状大分子母粒2份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.2份、润滑剂硬脂酸钙0.5份投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将99wt％的聚丙烯复合材料与1wt％的发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺，在注塑机进行微发泡成型，其中加工温度为180-200℃。
实施例2
本实施例中的一种可用于微发泡的聚丙烯复合材料是由下列原料按照重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将制备的聚丙烯61份、滑石粉20份、、增韧剂15份、树枝状大分子母粒4份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、润滑剂硬脂酸钙1份投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将97wt％的聚丙烯复合材料与3wt％的发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺，在注塑机进行微发泡成型，其中加工温度为180-200℃。
实施例3
本实施例中的一种可用于微发泡的聚丙烯复合材料是由下列原料按照重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将制备的聚丙烯59份、滑石粉20份、增韧剂15份、树枝状大分子母粒6份、抗氧剂1010 0.15份、抗氧剂168 0.15份、润滑剂PE蜡0.8份投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将97wt％的聚丙烯复合材料与3wt％的发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺，在注塑机进行微发泡成型，其中加工温度为180-200℃。
实施例4
本实施例中的一种可用于微发泡的聚丙烯复合材料是由下列原料按照重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将制备的聚丙烯57份、滑石粉25份、增韧剂10份、树枝状大分子母粒8份、抗氧剂1010 0.15份、抗氧剂DSTP 0.15份、润滑剂硬脂酸钙0.5份、光稳定剂0.5份、着色剂1份、抗静电剂1份、表面光亮剂0.5份投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将96wt％的聚丙烯复合材料与4wt％的发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺，在注塑机进行微发泡成型，其中加工温度为180-200℃。
对比例：
本对比例中的一种可用于微发泡的聚丙烯复合材料是由下列原料按照重量份组成：
具体制备方法包括以下步骤：
(1)将制备的聚丙烯65份、滑石粉20份、增韧剂15份、抗氧剂0.2份、润滑剂硬脂酸钙0.5份投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得碳纳米管增强阻燃聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将97％的聚丙烯复合材料与3％的发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺，在注塑机进行微发泡成型，其中加工温度为180-200℃。
将上述实施例1-4以及对比例制得的聚丙烯复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其密度、泡孔平均直径，拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量的检测标准与检测结果如下表所示：
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
聚丙烯复合材料发泡芯层泡孔直径小而致密，材料性能优异，根据国标检测标准测试复合材料悬臂梁缺口强度达23KJ/m2以上、弯曲模量达1800MPa以上，表明本发明复合材料具有优异的综合性能，此外内部均匀的泡孔还能隔热、降噪、缓冲性能，这将成为汽车轻量化材料首选之一。
如在本发明的制备组份中添加紫外光吸收剂、光稳定剂、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。
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 (10)

1.一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于：有下列原料按重量百分比制备而成：
聚丙烯复合材料 96-99%，
发泡剂 1-4%；
其中所述的聚丙烯复合材料由下列原料按重量份制备而成：
聚丙烯 57-63份，
滑石粉 20-25份，
增韧剂 10-15份，
树枝状大分子母粒 2-8份，
抗氧剂 0.2-0.4份，
润滑剂 0.5-1份，
其他助剂 0-3份。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为10-120g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于：所述滑石粉粒径目数在10000目以上。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于，所述增韧剂为POE，在190℃、2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为0.5-30g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于，所述树枝状大分子母粒以共聚聚丙烯为载体。
6.根据权利要求1所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、硫代硫酸酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述硫代硫酸酯类抗氧剂为抗氧剂DLTP，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙，硬脂酸锌、褐煤蜡、戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料，其特征在于，所述其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、光稳定剂、抗静电剂和/或着色剂。
10.制备权利要求1-9任一项所述的一种聚丙烯注塑化学微发泡复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚丙烯57-63份、滑石粉 20-25份、增韧剂10-15份、树枝状大分子母粒2-8份、抗氧剂0.2-0.4份、润滑剂0.5-1份、以及其他助剂0-3份投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为180-200℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；
（3）将96-99wt%的聚丙烯复合材料与1-4wt%的发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺，在注塑机进行微发泡成型，其中加工温度为180-200℃。
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