CN107163477A - 一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法，由聚丙烯复合材料与碳酸氢钠发泡剂按照一定配比混合均匀，采用二次开模工艺注塑发泡成型，其中聚丙烯复合材料按照重量比由共聚PP55‑65份、HDPE10‑20份、UHMWPE 5‑10份、滑石粉15‑20份、抗氧剂0.2‑0.4份、润滑剂0.5‑1份、光稳定剂0.5‑1份及其他助剂0‑1份制备而成。以PP、HDPE、UHMWPE选择合适的配比，使得复合体系中分子量呈现合理的分布，分子链相互缠结，不同分子量的链段呈无规则缠绕，形成三维网状的网络结构，达到极好的相容性，从而改善线性聚丙烯的熔体强度，获得泡孔小而细腻的微发泡材料。该复合材料成本低，操作简便，机械性能优异，实现很好的减重效果，有效降低制件的重量，实现部件的轻量化。

Description

一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯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，具体是一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
中国是全球最大的汽车生产国和市场，但汽车数量的快速增长带来了严重问题，尤其是污染，其中罪归祸首是汽车尾气。汽车自重直接影响着油耗，研究表明，汽车每减少10％的自重可减少5％的油耗。在保证汽车性能与品质的前提下，减小车体质量，进而达到降低油耗，成为汽车厂商争相研究的课题，称为“汽车轻量化技术”。微发泡材料因其独特的微孔结构，具有质轻、高比强度、韧性好、力学性能优异、隔音隔热、成本低、尺寸稳定好等优势，使得微发泡技术逐渐被关注，顺势成为汽车轻量化材料行业的潮流，成为了风靡全球的汽车轻量化一种解决方案。聚丙烯材料作为车用材料使用量最大、品种最多的材料之一，研究聚丙烯微发泡技术显得尤为重要。但是普通线性聚丙烯属于半结晶型聚合物，当温度高于其熔融温度，粘度急剧下降，熔体强度极低，在发泡过程中，泡孔壁无法支撑气体膨胀而产生的应力，泡孔发生并泡塌陷，泡孔变大而分布不均，因此严重限制聚丙烯微发泡的工业化应用。普通线性聚丙烯引入长支链结构形成交联结构能提高聚丙烯的熔体强度。超高摩尔质量聚乙烯(UHWMPE)是一种线性结构，具有磨耗低、耐冲击、耐腐蚀、耐低温、自润滑等性能，是一种优异性能的热塑性塑料，其分子量一般超过150万，熔融指数极低，基本呈不流动状态，难以加工限制，无法直接采用注射成型，但其极高的熔体黏度，获得了较大的熔融张力，也具有优异的抗熔垂性。利用超高摩尔质量聚乙烯分子链与聚丙烯分子链相互缠结，提高聚丙烯的熔体强度，改善其发泡特性，成为研究者热衷的课题。但是超高摩尔质量聚乙烯与聚丙烯分子量差异大，相容性差，分子量小的分子链很难进入超高分子量的分子链的内部，难以直接增容超高摩尔质量聚乙烯，因此也难以提高线性聚丙烯的熔体强度，需要选择合适的增容聚合物，降低超高摩尔质量聚乙烯分子链的缠结，从而能提高聚丙烯与超高摩尔质量聚乙烯相容性。
发明内容：
为了解决线性聚丙烯在熔融温度以上，熔体强度急剧下降，发泡过程中分解产生的泡孔容易并泡，严重限制聚丙烯化学微发泡的工业化应用，也解决聚丙烯分子量与超高摩尔质量聚乙烯差异太大，彼此不相容，聚丙烯分子量无法进入PE链段中，无法与超高摩尔质量聚乙烯的分子链缠结，限制聚丙烯在新领域的应用。基于解决以上问题，本发明目的在于制备出一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法。
一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，由下列原料按重量百分比制备而成：
聚丙烯复合材料 96-99％
碳酸氢钠发泡剂 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：
进一步方案，所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，在230℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为30-120g/10min。
进一步方案，所述超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)数均分子量在150万以上。
进一步方案，所述HDPE，在190℃，2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为1-10g/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，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168；所述的光稳定剂是受阻胺类光稳定剂。
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、抗静电剂或着色剂的至少一种。
制备所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将共聚PP 55-65份、HDPE10-20份、UHMWPE 5-10份、滑石粉15-20份、抗氧剂0.2-0.4份、润滑剂0.5-1份、光稳定剂0.5-1份及其他助剂0-1份在高速混合机中搅拌均匀，然后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；
(2)将96-99％的聚丙烯复合材料与1-4％的碳酸氢钠发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺注塑发泡成型。
进一步方案，步骤(1)所述挤出机的挤出温度为230-250℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；步骤(2)所述成型温度为220-230℃。本发明具有如下有效地效果：
1、以PP、HDPE、UHMWPE选择合适的配比，HDPE进入UHMWPE链段中，解缠结分子链段，增加链段的活动能力，起到分散润滑的作用。UHMWPE被解缠结后，增大了较小分子量的聚丙烯进入UHMWPE链段内部的几率，让复合体系中分子量呈现合理的分布，链段相互缠结，达到极好的相容性，三种不同分子量的链段呈无规则缠绕，形成三维网状的网络结构，达到连续相结构。另一方面滑石粉片层能限制分子链的缠结，降低UHMWPE的缠结，提高UHMWPE熔体的流动性，进一步让UHMWPE与PP链段相互缠结，聚丙烯链段进入晶格被阻碍，降低其结晶速率，提高其熔体强度，有助于二氧化碳溶解到基体中，也有利于发泡过程中熔体破裂导致的气体逃逸，减少泡孔的合并与破裂，从而改善聚丙烯发泡特性，获得泡孔小而细腻的泡孔，保证复合材料的优异的性能。
2、泡孔细小而均匀：复合材料具有较高的熔体强度，在发泡过程中有效阻止二氧化碳的逃逸，使更多的气体用于气泡成核，从而增大其泡孔密度，另一方面，较高的熔体强度也对分解的二氧化碳均匀包覆，有效束缚泡孔的长大及扩散，也减少泡孔破裂而导致的泡孔合并，塌陷，让聚丙烯复合材料的泡孔直径平均在66μm，泡孔分布均匀。
3、具有优异的性能：聚丙烯复合材料微发泡呈现明显的三明治结构，两端是结皮，中间是发泡芯层，该复合材料密度小，比强度高，根据国标检测标准复合材料悬臂梁缺口强度达32KJ/m2、弯曲模量达1800MPa，表明本发明复合材料具有优异的机械性能，能够满足汽车行业的制件使用的标准，可以广泛应用于汽车内外饰制件中，降低汽车零部件的重量，将在汽车轻量化中扮演重要的角色。该复合材料成本低，操作简便，机械性能优异，实现很好的减重效果，有效降低制件的重量，实现部件的轻量化，可以广泛应用于汽车的车门内衬板、仪表板、后门内衬板、底护板等部位。
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
本实施例中的一种可直接注塑化学微发泡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)将共聚PP 65份、HDPE 10份、UHMWPE 5份、滑石粉20份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.2份、光稳定剂0.5份、润滑剂PE蜡1份在高速混合机中搅拌均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得一种聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为230-250℃，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％的碳酸氢钠发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺注塑发泡成型，得到一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其中成型温度为220-230℃。
实施例2
本实施例中的一种可直接注塑化学微发泡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)将共聚PP 55份、HDPE 20份、UHMWPE 10份、滑石粉20份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、光稳定剂1份、润滑剂PE蜡0.5份在高速混合机中搅拌均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得一种聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为230-250℃，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％的碳酸氢钠发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺注塑发泡成型，得到一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其中成型温度为220-230℃。
实施例3
本实施例中的一种可直接注塑化学微发泡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)将共聚PP 60份、HDPE 20份、UHMWPE 5份、滑石粉15份、抗氧剂1010 0.15份、抗氧剂168 0.15份、光稳定剂0.5份、润滑剂PE蜡0.75份在高速混合机中搅拌均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得一种聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为230-250℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa。
(2)将97wt％的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料与3wt％的碳酸氢钠发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺注塑发泡成型，得到一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其中成型温度为220-230℃。
实施例4
本实施例中的一种可直接注塑化学微发泡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)将共聚PP 55份、HDPE 15份、UHMWPE 10份、滑石粉20份、抗氧剂1010 0.15份、抗氧剂168 0.15份、光稳定剂0.5份、润滑剂硬脂酸钙0.75份、着色剂1份在高速混合机中搅拌均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得一种聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为230-250℃，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％的碳酸氢钠发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺注塑发泡成型，得到一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其中成型温度为220-230℃。
对比例
本对比例中的一种可直接注塑化学微发泡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)将共聚PP 60份、HDPE 20份、滑石粉20份、抗氧剂1010 0.15份、抗氧剂1680.15份、光稳定剂0.5份、润滑剂硬脂酸钙0.75份在高速混合机中搅拌均匀，然后投入同向双螺杆挤出机后，经过熔融挤出，造粒，制得一种聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为230-250℃，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％的碳酸氢钠发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺注塑发泡成型，得到一种聚丙烯化学微发泡复合材料材料，其中成型温度为220-230℃。
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：
1、泡孔细小而均匀：以PP、HDPE、UHMWPE选择合适的配比，让复合体系中分子量呈现合理的分布，链段相互缠结，达到极好的相容性，三种不同分子量的链段呈无规则缠绕，形成三维网状的网络结构，达到连续相结构，有效改善线性聚丙烯的熔体强度。HDPE对UHMWPE起到明显的增容、润滑作用。UHMWPE明显改善聚丙烯的发泡特性，随着其含量的增加，熔体强度越增强，泡孔直径越细小，但是复合体系的熔融指数也随之降低。
2、环境友好型碳酸氢钠发泡剂：本文发明选择以碳酸氢钠的发泡母粒，分散产生二氧化碳，绿色环保，不增加材料的气味，是一种环境友好型碳酸氢钠发泡剂。
3、具有优异的性能：复合微发泡材料泡孔直径66μm以下，可实现20％以上的减重，仍然保留有很好的机械性能，根据国标检测标准复合材料悬臂梁缺口强度达32KJ/m2、弯曲模量达1800MPa，极好的满足汽车行业的制件使用的标准，可以广泛应用于汽车内外饰制件中，降低汽车零部件的重量，将会完美的助力汽车轻量化技术。
如在本发明的制备组份中添加紫外光吸收剂、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)

1.一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：由下列原料按重量百分比制备而成：
聚丙烯复合材料 96-99%，
碳酸氢钠发泡剂 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：
共聚PP 55-65份，
HDPE 10-20份，
UHMWPE 5-10份，
滑石粉 15-20份，
抗氧剂 0.2-0.4份，
润滑剂 0.5-1份，
光稳定剂 0.5-1份，
其他助剂 0-1份。
2.根据权利要求1所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为30-120g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于，所述HDPE，在190℃、2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为1-10g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于，所述UHMWPE数均分子量在150万以上。
5.根据权利要求1所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉，粒径目数在10000目以上。
6.根据权利要求1所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168；所述的光稳定剂是受阻胺类光稳定剂。
7.根据权利要求1所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，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。
8.根据权利要求1所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于，所述其他助剂为紫外光吸收剂、表面光亮剂、抗静电剂或着色剂的至少一种。
9.制备权利要求1-8任一项所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将共聚PP55-65份、HDPE10-20份、UHMWPE 5-10份、滑石粉15-20份、抗氧剂0.2-0.4份、润滑剂0.5-1份、光稳定剂0.5-1份及其他助剂0-1份在高速混合机中搅拌均匀，然后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；
（2）将96-99wt%的聚丙烯复合材料与1-4wt%的碳酸氢钠发泡剂混合均匀后，采用二次开模工艺注塑发泡成型，得到一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料化学微发泡材料。
10.根据权利要求9所述的一种可直接注塑化学微发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的挤出机的挤出温度为230-250℃，螺杆转速为350-400r/min，真空度为-0.06—-0.08MPa；步骤（2）所述的成型温度为220-230℃。
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