CN109206752A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料及其制备方法与应用，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。本发明的聚丙烯复合材料包括下述重量份的组分：聚丙烯42～67份，聚氨酯15～25份，玻璃纤维15～25份，相容剂3～8份。本发明同时引入聚氨酯和玻璃纤维，并通过促进各组份相容性、分散形态和比例，由此得到的聚丙烯复合材料同时具有刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度、良触感五种优异性能。本发明的聚丙烯复合材料可广泛应用于主副仪表板、门护板或立柱等汽车内饰件中。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法与应用，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
汽车内饰件的首选材料是聚丙烯，某些部件如仪表板、门板和仪表板中控等部件在满足基本力学、尺寸、装配等要求前提下，还追求哑光、良触感的外观效果。
申请号为201711336168.X的专利申请公开了一种汽车配件用改性聚丙烯材料，为克服染色性、粘接性和抗静电性，该申请分别引入了氯化聚乙烯、磷、硫、降粘剂、铝和锰，然而氯化聚乙烯加工困难，为解决该问题，该申请还引入增塑剂。可见，申请号为201711336168.X的专利申请，为提高聚丙烯材料提高抗冲击、抗划痕性能，改善其表面张力和油漆附着力，其引入了众多组分。
申请号为201610867451.4的专利申请公开了一种高刚性玻璃纤维增强聚丙烯材料及其制备方法，该申请是将聚丙烯和玻璃纤维复合从而解决材料翘曲问题，为实现两者极高的相容性，该申请对聚丙烯、玻璃纤维、弹性体都进行了化学改性，聚丙烯则为丙烯腈-聚丙烯接枝共聚，玻璃纤维则用聚氨酯预聚体进行表面接枝改性、弹性体则用马来酸酐进行接枝改性。该申请强调的性能是高刚性(提高弯曲模量)、耐翘曲(并非低线性膨胀系数)、耐热性高，但并未解决聚丙烯材料低线性膨胀系数、光泽度和触感等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度和良触感的聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种聚丙烯复合材料，其包括下述重量份的组分：聚丙烯42～67份，聚氨酯15～25份，玻璃纤维15～25份，相容剂3～8份。
聚氨酯具有良触感、增韧作用显著、光泽度低的优点，它可以显著提升材料触感；玻璃纤维具有高刚性的特点，加入适量的玻璃纤维则可赋予材料优异的刚韧平衡、低线性膨胀系数和耐划伤特性。本发明同时引入聚氨酯和玻璃纤维，并通过促进各组份相容性、分散形态和比例，由此得到的聚丙烯复合材料同时具有刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度、良触感五种优异性能。
申请号为201711336168.X的专利申请虽涉及聚氨酯预聚物，但聚氨酯预聚物是含有化学反应活性端基NCO的前驱体，它并非聚氨酯弹性体；并且，该申请的目的是为了克服染色性、粘接性和抗静电性，与本发明解决的技术问题完全不不相同。申请号为201711336168.X的专利申请为了实现其目的，引入了多种组分。
申请号为201610867451.4的专利申请虽然涉及聚氨酯预聚体和玻璃纤维，但聚氨酯预聚是可反应的半成品，而热塑性聚氨酯弹性体并非可反应的半成品，这二者存在差异；并且，为实现极高的相容性，申请号为201610867451.4的专利申请对聚丙烯、玻璃纤维和弹性体都进行了化学改性，而本发明的聚丙烯、玻璃纤维和聚氨酯均未改性，本发明通过加入少量相容剂来实现三者相容性。更重要的是，申请号为201610867451.4的专利申请强调的性能是高刚性(提高弯曲模量)、耐翘曲(并非低线性膨胀系数)、耐热性高，而本发明则强调刚韧平衡(刚性和韧性同时提高)、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度和良触感。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述聚氨酯为18～22重量份。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述玻璃纤维为20重量份，所述相容剂为6重量份。研究表明，所述玻璃纤维为20重量份，所述相容剂为6重量份时，得到的聚丙烯复合材料具有更优异的刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤特性、低光泽度和良触感的性能。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，如下(a)～(d)中的至少一项：
(a)所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯的熔体质量流动速率为6-60g/10min，所述聚丙烯的熔体质量流动速率是根据ISO 1133使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；
(b)所述聚氨酯为热塑性聚氨酯弹性体，所述聚氨酯的熔体质量流动速率为4-30g/10min，所述聚氨酯的熔体质量流动速率是根据ISO 1133使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；
(c)所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，所述短切玻璃纤维的截面为扁平状；
(d)所述相容剂为极性单体接枝聚合物，所述极性单体接枝聚合物中的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；所述极性单体接枝聚合物中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯类衍生物中的至少一种。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
第二方面，本发明提供了上述聚丙烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将聚丙烯、聚氨酯、玻璃纤维和相容剂按配比投入高混机中，充分混合均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物投入双螺杆挤出机中，熔融混合分散后挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，高混机的混合时间为5～30分钟；所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的长径比为40:1。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的制备方法的优选实施方式，所述双螺杆挤出机各区的温度均为190-240℃，所述双螺杆挤出机的转速为300-800转/分钟。
第三方面，本发明提供了上述聚丙烯复合材料在制备汽车内饰件中的应用。
上述汽车内饰件可优选为主副仪表板、门护板或立柱等。
最后，本发明还提供了一种含有上述聚丙烯复合材料的汽车内饰件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明同时引入聚氨酯和玻璃纤维，并通过促进各组份相容性、分散形态和比例，由此得到的聚丙烯复合材料同时具有刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度、良触感五种优异性能。本发明的聚丙烯复合材料可广泛应用于主副仪表板、门护板或立柱等汽车内饰件中。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
下述实施例中，聚丙烯和聚氨酯的熔体质量流动速率(MFR)均是根据ISO 1133使用2.16kg重量并在230℃的温度测量。
实施例1
本发明聚丙烯复合材料的一种实施例，本实施例所述聚丙烯复合材料的组成组分如表1所示。
本实施例所述聚丙烯复合材料的制备方法为：
(1)将聚丙烯、聚氨酯、玻璃纤维和相容剂按配比投入高混机充分混合5～30分钟，混合均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物投入长径比为40:1的双螺杆挤出机中，熔融混合分散后挤出造粒，得到聚丙烯复合材料；其中，双螺杆挤出机各区的温度为190-240℃，双螺杆挤出机的转速为300-800转/分钟。
实施例2～17以及对比例1～6
实施例2～17以及对比例1～6所述聚丙烯复合材料的组成组分均如表1所示，实施例2～17以及对比例1～6所述聚丙烯复合材料的制备方法均同实施例1。
同时，测试实施例1～17以及对比例1～6所述聚丙烯复合材料的下列性能：拉伸强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、线性膨胀系数(CLTE)、耐划伤性(ΔL)、光泽度及触感。其中，各性能的测试方法为：
拉伸强度测试标准为ISO 527，测试条件为：拉伸速率50mm/min；
弯曲模量测试标准为ISO 178，测试条件为：弯曲速率2mm/min，跨距64mm；
悬臂梁缺口冲击强度测试标准为ISO 180，测试条件为：4J摆锤；
线性膨胀系数(CLTE)测试标准为ISO 11359-2，测试条件为：温度-20℃～80℃，流动方向；
耐划伤性(ΔL)测试标准为PV 3952，测试条件为：神龙P100皮纹，负荷10N，针头1mm；
光泽度测试标准为GB/T 8807，测试条件为：温度60℃；
触感采用主观评价，测试条件为：神龙P100皮纹，室温条件24h，样品使用同一种尺寸、皮纹，且注塑工艺、调节时间保持一致。触感评价方法为：5名评价员用食指逐一对各样品触摸，食指与样品呈30°倾角，控制压力使接触面积为第一指节投影面积的1/3，以约10mm/s的速度划过100mm，评分等级：1级，无回弹，滑腻和坚硬感强烈；2级，无回弹，能感受到明显的滑腻和坚硬感；3级，无回弹，无明显坚硬感且有滑腻感；4级，无明显滑腻和坚硬感，能感受到回弹触感；5级，有明显的回弹触感；6级，感受到舒适的回弹触感。
测试结果如表2所示。
表1
上述表1中，PP K7227H和PP SP179均为共聚聚丙烯，PP K7227H的熔体质量流动速率为28g/10min，其购于中韩石化；PP SP179的熔体质量流动速率为9g/10min，其购于兰州石化；均聚聚丙烯购于洛阳石化；短切玻璃纤维为ECS13-4.5-508A，纤维直径为13μm，短切长度为4.5mm，购于浙江巨石玻纤；热塑性聚氨酯弹性体为WHT-1180系列，购于烟台万华；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，CMG9801，购于佳易容相容剂江苏有限公司。
表2
大部分汽车主机厂要求耐划伤性ΔL≤1.5，光泽度低于0.9才具备哑光效果。由表2可见，按照本发明配比组成的聚丙烯复合材料，其同时具有刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度、良触感五种优异性能。
效果例1
本发明聚丙烯复合材料中聚氨酯的配比影响聚丙烯复合材料的性能，为考察聚氨酯配比对聚丙烯复合材料的性能的影响，申请人按照实施例1的方法制备了试验组和对照组聚丙烯复合材料，并按照上述实施例1～17所述聚丙烯复合材料性能的测试方法，测试了本效果例试验组和对照组聚丙烯复合材料的性能。
本效果例中，试验组和对照组聚丙烯复合材料除聚氨酯的重量份不同之外，其他均相同。试验组和对照组聚丙烯复合材料由聚丙烯、聚氨酯、玻璃纤维和相容剂组成，且聚丙烯为42～67重量份，玻璃纤维为15～25重量份，相容剂为3～8重量份，聚氨酯的重量份如表3所示。其中，聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，聚丙烯的熔体质量流动速率为6-60g/10min；聚氨酯为热塑性聚氨酯弹性体，聚氨酯的熔体质量流动速率为4-30g/10min；玻璃纤维为短切玻璃纤维，短切玻璃纤维的截面为扁平状；相容剂为极性单体接枝聚合物，所述极性单体接枝聚合物中的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；所述极性单体接枝聚合物中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯类衍生物中的至少一种。
本效果例中，试验组和对照组聚丙烯复合材料的性能测试结果如表3所示。
表3
由表3可见，本发明聚丙烯复合材料中聚氨酯的配比影响聚丙烯复合材料的性能，当聚氨酯的配比在本发明范围内时，本发明聚丙烯复合材料刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度、良触感五种性能较好；尤其当聚氨酯为18～22重量份时，本发明聚丙烯复合材料的这五种性能尤佳。
效果例2
本效果例考察了玻璃纤维和相容剂的配比对聚丙烯复合材料的性能的影响。申请人按照实施例1的方法制备了试验组聚丙烯复合材料，并按照上述实施例1～17所述聚丙烯复合材料性能的测试方法，测试了本效果例试验组聚丙烯复合材料的性能。
本效果例中，试验组聚丙烯复合材料除玻璃纤维和相容剂的重量份不同之外，其他均相同。试验组聚丙烯复合材料由聚丙烯、聚氨酯、玻璃纤维和相容剂组成，且聚丙烯为42～67重量份，聚氨酯为15～25重量份。
玻璃纤维和相容剂的重量份如表4所示。其中，聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，聚丙烯的熔体质量流动速率为6-60g/10min；聚氨酯为热塑性聚氨酯弹性体，聚氨酯的熔体质量流动速率为4-30g/10min；玻璃纤维为短切玻璃纤维，短切玻璃纤维的截面为扁平状；相容剂为极性单体接枝聚合物，所述极性单体接枝聚合物中的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；所述极性单体接枝聚合物中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯类衍生物中的至少一种。
本效果例中，试验组丙烯复合材料的性能测试结果如表4所示。
表4
由表4可见，当玻璃纤维为20重量份，相容剂为6重量份时，本发明聚丙烯复合材料刚韧平衡、低线性膨胀系数、耐划伤、低光泽度、良触感五种性能更好。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包括下述重量份的组分：聚丙烯42～67份，聚氨酯15～25份，玻璃纤维15～25份，相容剂3～8份。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚氨酯为18～22重量份。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为20重量份，所述相容剂为6重量份。
4.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，如下(a)～(d)中的至少一项：
(a)所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯的熔体质量流动速率为6-60g/10min，所述聚丙烯的熔体质量流动速率是根据ISO 1133使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；
(b)所述聚氨酯为热塑性聚氨酯弹性体，所述聚氨酯的熔体质量流动速率为4-30g/10min，所述聚氨酯的熔体质量流动速率是根据ISO 1133使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；
(c)所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，所述短切玻璃纤维的截面为扁平状；
(d)所述相容剂为极性单体接枝聚合物，所述极性单体接枝聚合物中的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种；所述极性单体接枝聚合物中的极性单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸酯类衍生物中的至少一种。
5.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
6.如权利要求1～5任一项所述聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯、聚氨酯、玻璃纤维和相容剂按配比投入高混机中，充分混合均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物投入双螺杆挤出机中，熔融混合分散后挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
7.如权利要求6所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，高混机的混合时间为5～30分钟；所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的长径比为40:1。
8.如权利要求6所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机各区的温度均为190-240℃，所述双螺杆挤出机的转速为300-800转/分钟。
9.权利要求1～5任一项所述聚丙烯复合材料在制备汽车内饰件中的应用。
10.一种含有权利要求1～5任一项所述聚丙烯复合材料的汽车内饰件。
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