CN108659354A - 一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域。本发明高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下原料制成：改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠、增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂。本发明改性聚丙烯材料具有高刚性、低密度、低收缩性，韧性、流动性等性能优异，其制备过程中的改性聚丙烯、中空玻璃微珠、改性碳纤维、增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂等原料易得，材料可循环使用，可直接用于工业化生产。

Description

一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料及其制备方法。

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。而塑料品种及其复合材料是其主要的结构与装饰材料，其中聚丙烯(PP)以其密度低、刚性、耐热性、耐腐蚀性、加工性优良成为汽车行业中用量最大的塑料品种之一。由于通用聚丙烯存在着收缩率大、尺寸稳定性差、低温韧性差、抗热光老性差等缺陷，无法直接满足汽车部件如保险杠、仪表板、门内板等汽车内、外饰件要求，必须对通用PP进行改性，以满足汽车特定部件材料的要求

现有技术中，传统的聚丙烯改性材料，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聚丙烯材料低，其它性能如刚性、韧性、流动性等性能优异的聚丙烯材料。

发明内容

针对现有技术中技术问题，本发明提供一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，所述高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯50-80份、改性碳纤维10-20份、中空玻璃微珠25-40份、增韧剂3-8份、硅酮1-3份、抗氧剂1-4份、光热稳定剂1-2份。

优选的，所述高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯60-70份、改性碳纤维13-18份、中空玻璃微珠30-37份、增韧剂4-7份、硅酮1.5-2.5份、抗氧剂2-3份、光热稳定剂1.3-1.8份。

优选的，所述高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯65份、改性碳纤维15份、中空玻璃微珠33份、增韧剂5.5份、硅酮2份、抗氧剂2.5份、光热稳定剂1.5份。

优选的，所述改性聚丙烯是由滑石粉填充聚丙烯而成，由聚丙烯95-105份、相容剂POE12份、滑石粉22-25份混合而成。

优选的，所述聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为20-100g/10min的共聚聚丙烯。

优选的，所述改性碳纤维的改性方法为：将碳纤维用硅烷偶联剂进行表面处理；将表面预处理后的碳纤维浸入亚临界水-高锰酸钾体系中进行表面氧化处理；对氧化后的碳纤维进行清洗干燥，即可。

优选的，所述增韧剂为高胶粉、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种；所述抗氧剂为抗氧剂1076与抗氧剂168按照质量比1:1复配而成。

优选的，所述光热稳定剂为硫代酯类热稳定剂、受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯中的至少一种。

优选的，所述硫代酯类热稳定剂为硫代二丙酸二酯、硫代二丙酸二酯、硫代二丙酸二酯或硫代二丙酸二酯中的一种；所述受阻胺选自萘胺、二苯胺、对苯二胺中的一种；所述受阻酚选自2，6-三丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三丁基-4-羟基苯基)硫醚或四〔β-(3，5-三丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯中的一种。

一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠加入到高速混合机中，于80-150r/min下混合5-7min，再加入增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂混合3-7min,得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、冷却和造粒，即可，所述螺杆转速为100-300转/min，螺杆长径比为30-45：1，挤出机温度为185-225℃，真空度为-0.08MPa。

本发明提供一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料及其制备方法，与现有技术相比优点在于：

本发明改性聚丙烯材料具有高刚性、低密度、低收缩性，韧性、流动性等性能优异，其制备过程中的改性聚丙烯、中空玻璃微珠、改性碳纤维、增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂等原料易得，材料可循环使用，可直接用于工业化生产；

本发明改性聚丙烯材料在制备过程中通过将基体材料聚丙烯进行改性，改性后的聚丙烯能够和其他添加料更好的分散，添加改性碳纤维、中空玻璃微珠、增韧剂和硅酮、抗氧剂、光热稳定剂，中空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，改性碳纤维的引入，提高了材料的刚性。中空玻璃微珠由于其特殊的中空结构，其密度低于聚丙烯原料，而改性碳纤维的密度也低于传统的滑石粉类矿物，添加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，可广泛应用于新能源汽车内外饰材料中。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯50份、改性碳纤维10份、中空玻璃微珠25份、增韧剂3份、硅酮1份、抗氧剂1份、光热稳定剂1份；

其中，改性聚丙烯是由滑石粉填充聚丙烯而成，由聚丙烯95份、相容剂POE12份、滑石粉22份混合而成；聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为20g/10min的共聚聚丙烯；

改性碳纤维的改性方法为：将碳纤维用硅烷偶联剂进行表面处理；将表面预处理后的碳纤维浸入亚临界水-高锰酸钾体系中进行表面氧化处理；对氧化后的碳纤维进行清洗干燥，即可。

增韧剂为高胶粉；抗氧剂为抗氧剂1076与抗氧剂168按照质量比1:1复配而成；光热稳定剂为硫代酯类热稳定剂；硫代酯类热稳定剂为硫代二丙酸二酯。

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠加入到高速混合机中，于80r/min下混合5min，再加入增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂混合3min,得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、冷却和造粒，即可，所述螺杆转速为100转/min，螺杆长径比为30：1，挤出机温度为185℃，真空度为-0.08MPa。

实施例2：

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯80份、改性碳纤维20份、中空玻璃微珠40份、增韧剂8份、硅酮3份、抗氧剂4份、光热稳定剂2份；

其中，改性聚丙烯是由滑石粉填充聚丙烯而成，由聚丙烯105份、相容剂POE12份、滑石粉25份混合而成；聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为100g/10min的共聚聚丙烯；

改性碳纤维的改性方法为：将碳纤维用硅烷偶联剂进行表面处理；将表面预处理后的碳纤维浸入亚临界水-高锰酸钾体系中进行表面氧化处理；对氧化后的碳纤维进行清洗干燥，即可。

增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物；抗氧剂为抗氧剂1076与抗氧剂168按照质量比1:1复配而成；光热稳定剂为受阻酚；受阻酚选自2，6-三丁基-4-甲基苯酚。

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠加入到高速混合机中，于150r/min下混合7min，再加入增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂混合7min,得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、冷却和造粒，即可，所述螺杆转速为300转/min，螺杆长径比为45：1，挤出机温度为225℃，真空度为-0.08MPa。

实施例3：

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯65份、改性碳纤维15份、中空玻璃微珠33份、增韧剂5.5份、硅酮2份、抗氧剂2.5份、光热稳定剂1.5份；

其中，改性聚丙烯是由滑石粉填充聚丙烯而成，由聚丙烯100份、相容剂POE12份、滑石粉24份混合而成；聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为60g/10min的共聚聚丙烯；

改性碳纤维的改性方法为：将碳纤维用硅烷偶联剂进行表面处理；将表面预处理后的碳纤维浸入亚临界水-高锰酸钾体系中进行表面氧化处理；对氧化后的碳纤维进行清洗干燥，即可。

增韧剂为高胶粉；抗氧剂为抗氧剂1076与抗氧剂168按照质量比1:1复配而成；光热稳定剂为硫代酯类热稳定剂、受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯按照质量比1:1:1:1；硫代酯类热稳定剂为硫代二丙酸二酯；受阻胺选自二苯胺；受阻酚选自双(3，5-三丁基-4-羟基苯基)硫醚。

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠加入到高速混合机中，于115r/min下混合6min，再加入增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂混合5min,得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、冷却和造粒，即可，所述螺杆转速为100-300转/min，螺杆长径比为37：1，挤出机温度为205℃，真空度为-0.08MPa。

实施例4：

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯60份、改性碳纤维13份、中空玻璃微珠30份、增韧剂4份、硅酮1.5份、抗氧剂2份、光热稳定剂1.3份；

其中，改性聚丙烯是由滑石粉填充聚丙烯而成，由聚丙烯100份、相容剂POE12份、滑石粉23份混合而成；聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为40g/10min的共聚聚丙烯；

改性碳纤维的改性方法为：将碳纤维用硅烷偶联剂进行表面处理；将表面预处理后的碳纤维浸入亚临界水-高锰酸钾体系中进行表面氧化处理；对氧化后的碳纤维进行清洗干燥，即可。

增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物；抗氧剂为抗氧剂1076与抗氧剂168按照质量比1:1复配而成；光热稳定剂为硫代酯类热稳定剂、受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯按照质量比1:1:1:1复配而成；硫代酯类热稳定剂为硫代二丙酸二酯或硫代二丙酸二酯；受阻胺选自对苯二胺；受阻酚选自四〔β-(3，5-三丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯。

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠加入到高速混合机中，于115r/min下混合6min，再加入增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂混合5min,得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、冷却和造粒，即可，所述螺杆转速为100-300转/min，螺杆长径比为37：1，挤出机温度为205℃，真空度为-0.08MPa。

实施例5：

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯70份、改性碳纤维18份、中空玻璃微珠37份、增韧剂7份、硅酮2.5份、抗氧剂3份、光热稳定剂1.8份；

其中，改性聚丙烯是由滑石粉填充聚丙烯而成，由聚丙烯102份、相容剂POE12份、滑石粉24份混合而成；聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为80g/10min的共聚聚丙烯；

改性碳纤维的改性方法为：将碳纤维用硅烷偶联剂进行表面处理；将表面预处理后的碳纤维浸入亚临界水-高锰酸钾体系中进行表面氧化处理；对氧化后的碳纤维进行清洗干燥，即可。

增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物；抗氧剂为抗氧剂1076与抗氧剂168按照质量比1:1复配而成；光热稳定剂为硫代酯类热稳定剂、受阻酚、亚磷酸酯按照质量比1:1:1复配而成；硫代酯类热稳定剂为硫代二丙酸二酯；受阻酚选自双(3，5-三丁基-4-羟基苯基)硫醚。

本实施例高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠加入到高速混合机中，于115r/min下混合6min，再加入增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂混合5min,得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、冷却和造粒，即可，所述螺杆转速为100-300转/min，螺杆长径比为37：1，挤出机温度为205℃，真空度为-0.08MPa。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于，所述高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯50-80份、改性碳纤维10-20份、中空玻璃微珠25-40份、增韧剂3-8份、硅酮1-3份、抗氧剂1-4份、光热稳定剂1-2份。

2.根据权利要求1所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于，所述高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯60-70份、改性碳纤维13-18份、中空玻璃微珠30-37份、增韧剂4-7份、硅酮1.5-2.5份、抗氧剂2-3份、光热稳定剂1.3-1.8份。

3.根据权利要求1所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于，所述高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：改性聚丙烯65份、改性碳纤维15份、中空玻璃微珠33份、增韧剂5.5份、硅酮2份、抗氧剂2.5份、光热稳定剂1.5份。

4.根据权利要求1所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于：所述改性聚丙烯是由滑石粉填充聚丙烯而成，由聚丙烯95-105份、相容剂POE12份、滑石粉22-25份混合而成。

5.根据权利要求4所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为熔融指数在230℃/2.16kg下为20-100g/10min的共聚聚丙烯。

6.根据权利要求1所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于，所述改性碳纤维的改性方法为：将碳纤维用硅烷偶联剂进行表面处理；将表面预处理后的碳纤维浸入亚临界水-高锰酸钾体系中进行表面氧化处理；对氧化后的碳纤维进行清洗干燥，即可。

7.根据权利要求1所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于：所述增韧剂为高胶粉、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种；所述抗氧剂为抗氧剂1076与抗氧剂168按照质量比1:1复配而成。

8.根据权利要求7所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于：所述光热稳定剂为硫代酯类热稳定剂、受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料，其特征在于：所述硫代酯类热稳定剂为硫代二丙酸二酯、硫代二丙酸二酯、硫代二丙酸二酯或硫代二丙酸二酯中的一种；所述受阻胺选自萘胺、二苯胺、对苯二胺中的一种；所述受阻酚选自2，6-三丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三丁基-4-羟基苯基)硫醚或四〔β-(3，5-三丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯中的一种。

10.一种如权利要求1-9任一所述高刚性、低密度、低收缩改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按照原料重量份称取各个原料；

S2、将改性聚丙烯、改性碳纤维、中空玻璃微珠加入到高速混合机中，于80-150r/min下混合5-7min，再加入增韧剂、硅酮、抗氧剂、光热稳定剂混合3-7min,得混合物料；再将该混合物料从喂料口加入双螺杆挤出机中经熔融、挤出、冷却和造粒，即可，所述螺杆转速为100-300转/min，螺杆长径比为30-45：1，挤出机温度为185-225℃，真空度为-0.08MPa。