CN108148286A - 一种低后收缩聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低后收缩聚丙烯复合材料及其制备方法，其由以下重量份的组分制成：聚丙烯、高密度聚乙烯、玻璃纤维粉、高目数玻璃纤维粉、增韧剂、成核剂、润滑剂、偶联剂、抗氧剂。本发明通过加入玻璃纤维粉且主、侧喂料口同时进料，以及与高目数玻璃纤维粉、高密度聚乙烯复配使用，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，可以用于高端汽车中作为保险杠使用。

Description

一种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。然而，聚丙烯在加工成型后易收缩，而造成制件尺寸问题。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，此材料注塑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)。
本发明利用高密度聚乙烯、玻璃纤维粉、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低后收缩聚丙烯复合材料及其制备方法，该材料可用于制备汽车保险杆。
一种低后收缩聚丙烯复合材料，其是由以下重量份的组分制成：
进一步方案，所述聚丙烯(PP)为至少两种共聚聚丙烯复配使用。
上述增韧剂是由乙烯-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)和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)复配使用。
上述玻璃纤维粉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和侧喂料进料量的质量比为3:2；所述玻璃纤维粉的水分含量≤0.1％、吸油量≤25(g/100g)。
上述高目数玻璃纤维粉的粒径为3000～5000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)和白油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。
上述低后收缩聚丙烯复合材料的制备方法如下：
第一步：称取15～45份玻璃纤维粉置于高速混合机A中，接着加入润滑剂中的硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺进行混合20～30分钟得混合物A；取出混合物A总重量的2/5备用，然后再加入10～35份高目数玻璃纤维粉加入高速混合机A中继续混合20～30分钟得混合物B；
第二步：将100份聚丙烯、15～30份高密度聚乙烯、25～45份增韧剂置于高速混合机B中，接着加入0.25～0.5份成核剂、0.2～0.3份偶联剂进行混合20～30分钟得混合物C；
第三步：将混合物B加入到高速混合机B中的混合物C中，再加入0.15～0.4份抗氧剂混合20～30分钟；然后加入润滑剂中的白油36#继续混合20～30分钟得混合物D；
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后经拉丝造粒、冷却、装包得复合材料。
所述高混机A的转速200～300转/分钟，温度50～70℃；
高混机B的转速200～300转/分钟，温度50～70℃；
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。
相对于现有技术，本发明的有益效果有：
1.本发明通过加入玻璃纤维粉且主、侧喂料口同时进料，以及与高目数玻璃纤维粉、高密度聚乙烯复配使用，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.本发明限定了玻璃纤维粉水分含量≤0.1％、吸油量≤25(g/100g)、长径比为20。此特种的玻璃纤维粉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：
实施例1
第一步：称取15份玻璃纤维粉于高速混合机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分钟得混合物A；然后取出混合物A总重量的2/5备用；再接着称取10份8000目玻璃纤维粉粉于高速混合机A中继续混合20分钟得混合物B；其中高速混合机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份高密度聚乙烯，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分钟得混合物C；高速混合机B的转速200转/分钟，温度50℃。
第三步：将混合物B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#继续混合20分钟得混合物D，高速混合机B的转速200转/分钟，温度50℃。
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后拉丝造粒、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。
实施例2
第一步：称取45份玻璃纤维粉于高速混合机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分钟得混合物A；然后取出混合物A总重量的2/5备用；再接着称取35份11000目玻璃纤维粉粉于高速混合机A中继续混合30分钟得混合物B；其中高速混合机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份高密度聚乙烯，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分钟得混合物C；高速混合机B的转速300转/分钟，温度70℃。
第三步：将高速混合机A中的玻璃纤维粉和玻璃纤维粉粉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分钟得混合物D，高速混合机B的转速300转/分钟，温度70℃。
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后拉丝造粒、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。
实施例3
第一步：称取21份玻璃纤维粉于高速混合机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分钟得混合物A；然后取出混合物A总重量的2/5备用；再接着称取12份11000目玻璃纤维粉粉于高速混合机A中继续混合27分钟得混合物B；其中高速混合机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份高密度聚乙烯，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分钟得混合物C；高速混合机B的转速209转/分钟，温度59℃。
第三步：将高速混合机A中的玻璃纤维粉和玻璃纤维粉粉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分钟得混合物D，高速混合机B的转速262转/分钟，温度62℃。
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后拉丝造粒、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。
实施例4
第一步：称取29份玻璃纤维粉于高速混合机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分钟得混合物A；然后取出混合物A总重量的2/5备用；再接着称取18份8000目玻璃纤维粉粉于高速混合机A中继续混合22分钟得混合物B；其中高速混合机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份高密度聚乙烯，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分钟得混合物C；高速混合机B的转速287转/分钟，温度59℃。
第三步：将高速混合机A中的玻璃纤维粉和玻璃纤维粉粉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分钟得混合物D，高速混合机B的转速220转/分钟，温度66℃。
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后拉丝造粒、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。
实施例5
第一步：称取32份玻璃纤维粉于高速混合机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分钟得混合物A；然后取出混合物A总重量的2/5备用；再接着称取21份11000目玻璃纤维粉粉于高速混合机A中继续混合29分钟得混合物B；其中高速混合机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份高密度聚乙烯，15份增韧剂POE 8150，7份增韧剂EM0500A，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分钟得混合物C；高速混合机B的转速290转/分钟，温度70℃。
第三步：将高速混合机A中的玻璃纤维粉和玻璃纤维粉粉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分钟得混合物D，高速混合机B的转速250转/分钟，温度60℃。
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后拉丝造粒、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。
实施例6
第一步：称取38份玻璃纤维粉于高速混合机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分钟得混合物A；然后取出混合物A总重量的2/5备用；再接着称取29份8000目玻璃纤维粉粉于高速混合机A中继续混合25分钟得混合物B；其中高速混合机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份高密度聚乙烯，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分钟得混合物C；高速混合机B的转速290转/分钟，温度67℃。
第三步：将高速混合机A中的玻璃纤维粉和玻璃纤维粉粉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分钟得混合物D，高速混合机B的转速260转/分钟，温度70℃。
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后拉丝造粒、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。
实施例7
第一步：称取43份玻璃纤维粉于高速混合机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分钟得混合物A；然后取出混合物A总重量的2/5备用；再接着称取34份8000目玻璃纤维粉粉于高速混合机A中继续混合23分钟得混合物B；其中高速混合机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份高密度聚乙烯，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分钟得混合物C；高速混合机B的转速200转/分钟，温度56.3℃。
第三步：将高速混合机A中的玻璃纤维粉和玻璃纤维粉粉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分钟得混合物D，高速混合机B的转速289转/分钟，温度52℃。
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后拉丝造粒、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。
上述实施例1-7制备的复合材料的性能见表-1，并以韩国SK生产的纯聚丙烯BX3920做为对比，检测结果如下表所示：
表-1
表中：NB表示冲不破，其抗冲击性能最强。
从以上表可以看出，本发明制备出的聚丙烯复合材料相对于纯聚丙烯BX3920的综合性能优异，且收缩率低，其素材收缩率仅为0.22-0.32％，喷涂后收缩率最低为0.15％，可以用于高端汽车中作为保险杠使用。
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)

1.一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：其由以下重量份的组分制成：
聚丙烯 100份，
高密度聚乙烯 15~30份，
玻璃纤维粉 15~45份，
高目数玻璃纤维粉 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.根据权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯（PP）为至少两种共聚聚丙烯复配使用。
3.根据权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂是由乙烯-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）和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SEBS）复配使用。
4.根据权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维粉的进料方式由主喂料和侧喂料同时进行，且主喂料进料量和侧喂料进料量的质量比为3:2。
5.根据权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维粉的水分含量≤0.1%、吸油量≤25g/100g；所述高目数玻璃纤维粉的粒径为3000~5000目。
6.根据权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的成核剂为羧酸盐类成核剂；所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）。
7.根据权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺（EBS）和白油36#复配使用。
8.根据权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[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。
9.如权利要求1所述的一种低后收缩聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
第一步：称取15~45份玻璃纤维粉置于高速混合机A中，接着加入润滑剂中的硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺进行混合20~30分钟得混合物A；取出混合物A总重量的2/5备用，然后再加入10~35份高目数玻璃纤维粉于高速混合机A继续混合20~30分钟得混合物B；
第二步：将100份聚丙烯、15~30份高密度聚乙烯、25~45份增韧剂置于高速混合机B中，接着加入0.25~0.5份成核剂、0.2~0.3份偶联剂进行混合20~30分钟得混合物C；
第三步：将混合物B加入到高速混合机B中的混合物C中，再加入0.15~0.4份抗氧剂混合20~30分钟；然后加入润滑剂中的白油36#继续混合20~30分钟得混合物D；
第四步：将混合物D加入双螺杆挤出机的主喂料口，同时将第一步中取出的混合物A总重量的2/5加入双螺杆挤出机的侧喂料口，然后经拉丝造粒、冷却、装包得复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述高混机A的转速200~300转/分钟，温度50~70℃；高混机B的转速200~300转/分钟，温度50~70℃；
所述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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