CN109096610A - 一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料及其生产方法，属于高分子材料技术领域。该材料由下述重量份数的原料制成：聚丙烯50～80份、玻璃纤维0～30份、玻璃微珠5～30份、膨胀微球5～30份、偶联剂1～2份、分散剂5～10分、抗氧剂0.5～5份、相容剂1～5份。本发明得到的材料具有优良的力学性能，高耐磨，低气味，耐腐蚀等优点。

Description

一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料及其生产 方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料及其生产方法。

背景技术

轻量化一直是汽车行业热议和追捧的课题，特别是新能源汽车的出现，谁能掌握汽车轻量化的极致，谁就能占据汽车行业的领导地位。据中国汽车工业协会数据统计，2017年新能源汽车生产63.3万辆，同比增长50.4%，销售60.5万辆，同比增长52.8%。其中纯电动汽车累计销量占比新能源汽车83%。纯电动汽车中，塑料用量占比汽车总量15%，其中改性塑料占比60%～80%，通过改性塑料的使用，汽车可以实现减重15%～53%。据统计汽车减重10%可导致燃油利用率提高6%～8%，而尾气排放减少5%，实现环保的同时原材料成本降低10%，符合了《中国制造2025》对绿色环保友好材料开发的鼓励和支持。

而在国内汽车使用树脂材料统计来看，改性聚丙烯使用量最大，其次改性尼龙，改性ABS等，通过树脂材料的改性，使其达到金属制件的外观和强度，实现以塑代钢的目的。

聚丙烯，比重0.9g/cm³，是塑料材料中比重最轻的材料之一。改性聚丙烯，就需要以聚丙烯为载体，添加一定的无机填料、有机成分，来实现聚丙烯的改性，以达到高性能、高强度来满足汽车制件的应用需求，而添加各种有机、无机成分都会增加材料的比重，那么如何实现聚丙烯原料的减重，成为改性塑料研究者思考和探索的课题。

本发明模仿蜂巢以及海绵特性，通过增加聚丙烯内部空隙来实现轻量化。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料及其生产方法的技术方案，该材料具有优良的力学性能，高耐磨，低气味，耐腐蚀等优点。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于由下述重量份数的原料制成：

聚丙烯50～80份、玻璃纤维0～30份、玻璃微珠5～30份、膨胀微球5～30份、偶联剂1～2份、分散剂5～10分、抗氧剂0.5～5份、相容剂1～5份。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于由下述重量份数的原料制成：

聚丙烯55～70份、玻璃纤维5～20份、玻璃微珠8～20份、膨胀微球8～20份、偶联剂1.2～1.8份、分散剂6～9分、抗氧剂1～4份、相容剂1～3份。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的一种或两种共混物。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的玻璃微珠粒径规格为15～135um。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的膨胀微球粒径规格为18～25um。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的分散剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的抗氧剂由β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、2,2-硫代-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯复配而成，其复配比例为2:1:1:2。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料的生产方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

1）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分，再将原料聚丙烯进入主下料口；

2）将所述重量的相容剂、分散剂和抗氧剂，先进行高混机混合，混合时间5-10分钟，再将混合物进入主下料口；

3）将所述重量的玻璃微珠、膨胀微球以及玻璃纤维分别从侧喂料口进入螺杆与原料聚丙烯混合，侧喂料口分别设在加热区5区、6区、7区，其中5区为玻璃纤维进料，6区为膨胀微球进料，7区为玻璃微珠进料；挤出机的螺杆采用槽深为13mm的螺纹螺杆，剪切块角度采用30°和45°，挤出机各区温度如下：

4）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。

上述的玻璃微珠由钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司生产销售，膨胀微球由西能化工科技（上海）有限公司生产销售。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和优异效果：

1）首先本发明通过空心玻璃微珠的物理填充，减少了单位积极内，聚丙烯的填充空间，由于空心玻璃微珠的比重只有0.15g/cm³，实现了聚丙烯的轻量化。

2）其次本发明考虑到空心玻璃微珠受螺杆挤压，壳体破损导致球体含量无法100%保留，采用膨胀微球互配方法来提高实现聚丙烯轻量化的效果；膨胀微球外壳为热塑性壳体，热态状态下受挤压变形，但不破损，可有效缓冲玻璃微珠直接挤压破损。

3）膨胀微球通过加热，自身体积会膨胀，内部气体增大内压球体膨胀40-80倍，增大了空心体积，也实现了聚丙烯的轻量化。

4）本发明选择特定的偶联剂、分散剂、抗氧剂和相容剂，使得玻璃微珠能够紧密的与载体聚丙烯能够很好的粘附在一起，增加了材料的机械强度，同时能够在聚丙烯中得到均匀分散，保护了空心玻璃微珠受挤压和摩擦导致球体破损。并且通过抗氧剂的复配，改善了膨胀微球加热黄变的现象，改善了外观的同时，提高了产品的使用寿命。

5）本发明用过对挤出机各个区域温度的特定限定，能有效保证基料聚丙烯处于熔融状态，使得无机粒子与载体基料能够混合与分散。

6）本发明采用深槽螺杆塑化混炼，同时采取侧喂料供料方法，减少玻璃微珠和膨胀球体在螺杆内的挤压和摩擦，减少了球体的损坏，保留了空心球体的保留量。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步说明本发明。本发明所用的份数均为重量份。

实施例1

1）取聚丙烯60份（均聚聚丙烯30份和共聚聚丙烯30份）、玻璃纤维10份、玻璃微珠10份（粒径为100 um）、膨胀微球9份（粒径为20 um）、硅烷偶联剂2份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物6份、抗氧剂2份（抗氧剂由β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、2,2-硫代-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯复配而成，其复配比例为2:1:1:2）、马来酸酐接枝聚丙烯1份；

2）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分，再将原料聚丙烯进入主下料口；

3）将所述重量的相容剂、分散剂和抗氧剂，先进行高混机混合，混合时间5-10分钟，再将混合物进入主下料口；

4）将所述重量的玻璃微珠、膨胀微球以及玻璃纤维分别从侧喂料口进入螺杆与原料聚丙烯混合，侧喂料口分别设在加热区5区、6区、7区，其中5区为玻璃纤维进料，6区为膨胀微球进料，7区为玻璃微珠进料；挤出机的螺杆采用槽深为13mm的螺纹螺杆，剪切块角度采用30°和45°；挤出机各区温度如下：

5）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。

实施例2

1）取共聚聚丙烯50份、玻璃纤维5份、玻璃微珠15份（粒径为135 um）、膨胀微球18份（粒径为25 um）、硅烷偶联剂1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物5份、抗氧剂4份（抗氧剂由β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、2,2-硫代-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯复配而成，其复配比例为2:1:1:2）、马来酸酐接枝聚丙烯2份；

2）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分，再将原料聚丙烯进入主下料口；

3）将所述重量的相容剂、分散剂和抗氧剂，先进行高混机混合，混合时间5-10分钟，再将混合物进入主下料口；

4）将所述重量的玻璃微珠、膨胀微球以及玻璃纤维分别从侧喂料口进入螺杆与原料聚丙烯混合，侧喂料口分别设在加热区5区、6区、7区，其中5区为玻璃纤维进料，6区为膨胀微球进料，7区为玻璃微珠进料；挤出机的螺杆采用槽深为13mm的螺纹螺杆，剪切块角度采用30°和45°；挤出机各区温度如下：

5）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。

实施例3

1）取均聚聚丙烯70份、玻璃纤维5份、玻璃微珠7份（粒径为80 um）、膨胀微球6份（粒径为18 um）、硅烷偶联剂1.8份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物6份、抗氧剂1.2份（抗氧剂由β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、2,2-硫代-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯复配而成，其复配比例为2:1:1:2），马来酸酐接枝聚丙烯3份；

2）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分，再将原料聚丙烯进入主下料口；

3）将所述重量的相容剂、分散剂和抗氧剂，先进行高混机混合，混合时间5-10分钟，再将混合物进入主下料口；

4）将所述重量的玻璃微珠、膨胀微球以及玻璃纤维分别从侧喂料口进入螺杆与原料聚丙烯混合，侧喂料口分别设在加热区5区、6区、7区，其中5区为玻璃纤维进料，6区为膨胀微球进料，7区为玻璃微珠进料；挤出机各区温度如下：

5）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。

对比例1

1）取均聚聚丙烯70份、玻璃纤维5份、玻璃微珠13份（粒径为80 um）、硅烷偶联剂1.8份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物6份、抗氧剂1.2份（抗氧剂由β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、2,2-硫代-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯复配而成，其复配比例为2:1:1:2），马来酸酐接枝聚丙烯3份；

2）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分，再将原料聚丙烯进入主下料口；

3）将所述重量的相容剂、分散剂和抗氧剂，先进行高混机混合，混合时间5-10分钟，再将混合物进入主下料口；

4）将所述重量的玻璃微珠以及玻璃纤维分别从侧喂料口进入螺杆与原料聚丙烯混合，侧喂料口分别设在加热区5区、6区、7区，其中5区为玻璃纤维进料，6区为膨胀微球进料，7区为玻璃微珠进料；挤出机各区温度如下：

5）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。

对比例2

1）取均聚聚丙烯70份、玻璃纤维5份、玻璃微珠7份（粒径为80 um）、膨胀微球6份（粒径为18 um）、硅烷偶联剂1.8份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物6份、抗氧剂1.2份（抗氧剂由β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、2,2-硫代-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯复配而成，其复配比例为2:1:1:2），马来酸酐接枝聚丙烯3份；

2）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料在搅拌机中混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分；

3）再将玻璃纤维、玻璃微球、分散剂、抗氧剂等原料加入搅拌机中，搅拌均匀后进入主下料口；

4）挤出机各区温度如下：

5）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。

对比文件3

1）取均聚聚丙烯70份、玻璃纤维5份、玻璃微珠7份（粒径为80 um）、膨胀微球6份（粒径为18 um）、硅烷偶联剂1.8份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物6份、β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯1.2份，马来酸酐接枝聚丙烯3份；

2）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分，再将原料聚丙烯进入主下料口；

3）将所述重量的相容剂、分散剂和抗氧剂，先进行高混机混合，混合时间5-10分钟，再将混合物进入主下料口；

4）将所述重量的玻璃微珠以及玻璃纤维分别从侧喂料口进入螺杆与原料聚丙烯混合，侧喂料口分别设在加热区5区、6区、7区，其中5区为玻璃纤维进料，6区为膨胀微球进料，7区为玻璃微珠进料；挤出机各区温度如下：

5）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。

下表1示出了实施例1到实施例3加入不同比例成分所得到的材料的物性等对照数据：

表1 实施例对比数据

通过以上实验确认，本发明与普通工艺以及单纯填充玻璃微珠材料相比，其物理性能能够得到大幅度提升，同时明显降低了材料的比重，减轻了材料的重量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于由下述重量份数的原料制成：

聚丙烯50～80份、玻璃纤维0～30份、玻璃微珠5～30份、膨胀微球5～30份、偶联剂1～2份、分散剂5～10分、抗氧剂0.5～5份、相容剂1～5份。

2.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于由下述重量份数的原料制成：

聚丙烯55～70份、玻璃纤维5～20份、玻璃微珠8～20份、膨胀微球8～20份、偶联剂1.2～1.8份、分散剂6～9分、抗氧剂1～4份、相容剂1～3份。

3.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的一种或两种共混物。

4.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的玻璃微珠粒径规格为15～135um。

5.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的膨胀微球粒径规格为18～25um。

6.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂。

7.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的分散剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。

8.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述的抗氧剂由β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、β(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、2,2-硫代-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯复配而成，其复配比例为2:1:1:2。

9.如权利要求1所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料，其特征在于所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

10.如权利要求1-9任一所述的一种汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料的生产方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

1）将所述重量的偶联剂与聚丙烯原料混合搅拌均匀，使聚丙烯粒子表面包裹偶联剂成分，再将原料聚丙烯进入主下料口；

2）将所述重量的相容剂、分散剂和抗氧剂，先进行高混机混合，混合时间5-10分钟，再将混合物进入主下料口；

3）将所述重量的玻璃微珠、膨胀微球以及玻璃纤维分别从侧喂料口进入螺杆与原料聚丙烯混合，侧喂料口分别设在加热区5区、6区、7区，其中5区为玻璃纤维进料，6区为膨胀微球进料，7区为玻璃微珠进料；挤出机的螺杆采用槽深为13mm的螺纹螺杆，剪切块角度采用30°和45°，挤出机各区温度如下：

4）挤出成型，得到汽车用高性能低气味轻量化复合聚丙烯材料。