CN109370062A - 一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明的抗落球冲击、良外观长玻纤增强聚丙烯材料包括重量份数比为20‑90:10‑80的甲组分和乙组分；甲组分包括以下组分及重量份数：聚丙烯30‑60份，长玻纤40‑60份，相容剂0‑10份，助剂0.2‑2份；乙组分包括以下组分及重量份数：聚丙烯30‑80份，聚乙烯5‑20份，高抗冲聚丙烯10‑50份，三氧化二锑0‑5份，助剂0.2‑2份。本发明通过聚乙烯、高抗冲聚丙烯、三氧化二锑复配的方法大幅提高抗落球冲击能力，改善了落球冲击中的落球开裂及应力发白问题。

Description

一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料及其制备 方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料领域,特别涉及一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
汽车轻量化、集成化的需求使得车身内外饰、结构件和功能件不断向复合材料拓展，纤维增强材料成为目前以塑代钢的热门话题。长玻纤增强聚丙烯(LGF-PP)材料是指在产品中拥有较高玻纤保留长度(甚至可以＞3mm)，粒子长度一般为9-12mm，LGF-PP能解决短玻纤增强产品易翘曲、低温韧性差、力学性能低和耐疲劳差的缺点。LGF-PP由于其密度低、抗冲击性强、翘曲度低、耐疲劳、蠕变性能优异等显著特点成为各大主机厂受欢迎的新材料产品之一。
为了满足汽车内外饰的需求，LGF-PP在落球冲击方面比短玻纤PP更具有优势，但存在落球冲击开裂、应力发白、表面浮纤等问题。CN103059416A采用高密度聚乙烯(HDPE)、抗冲击改性剂来改善填充类聚丙烯产品的冲击性能，具有较高的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度。CN101058655A采用增韧剂、聚乙烯、硫酸钡和碳酸钙复配作为填充改性剂来解决材料刚性韧性平衡后产生的应力发白及应力开裂问题。CN103571053A通过采用多元橡胶来改善阻燃PP产品的冲击性能。CN103242586A采用共聚聚丙烯、接枝POE、十溴二苯乙烷阻燃剂复配制备的聚丙烯材料，改善了低温冲击性能和减少了应力发白。CN105273316A采用升温、降温工艺，配合过氧化氢和硝酸钾对长玻纤进行改性，提高长玻纤与PP相容性，从而制备一种高抗冲、低浮纤PP复合材料。
然而上述专利公开的长玻纤增强聚丙烯材料效果均不够明显，成本较高，未能同时有效解决抗落球冲击开裂和应力发白的问题。因此，本领域尚需开发一种成本低、抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，用于汽车内外饰、汽车结构件、功能件、电子电器、航空航天等领域。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法和应用，通过聚乙烯、高抗冲聚丙烯、三氧化二锑复配的方法大幅提高抗落球冲击能力，改善了落球冲击中的落球开裂及应力发白问题。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的抗落球冲击、良外观长玻纤增强聚丙烯材料包括重量份数比为20-90:10-80的甲组分和乙组分；
甲组分包括以下组分及重量份数：
乙组分包括以下组分及重量份数：
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，甲组分的粒子长度为8-14mm，乙组分的粒子长度为8-14mm。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，甲组分和乙组分中的聚丙烯选自熔融指数为10-100g/10min的均聚聚丙烯和熔融指数为10-100g/10min的共聚聚丙烯中的至少一种。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，长玻纤为经过硅烷偶联剂改性的无碱连续玻璃纤维，长玻纤的直径为17μm。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯和丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的至少一种；马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯和丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯的接枝率为0.7-1.2％。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，聚乙烯选自高密度聚乙烯HDPE和低密度聚乙烯LDPE中的至少一种；聚乙烯的结晶度为50-90％。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，高抗冲聚丙烯为简支梁缺口冲击强度为40-80Kj/m2且熔融指数为2-50g/10min的共聚聚丙烯。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，三氧化二锑的纯度大于或等于99.8％，且三氧化二锑为平均粒径为0.5μm的立方晶系。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，甲组分和乙组分中的助剂为抗氧剂、光稳定剂、浮纤改善剂和润滑剂中的至少一种。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，润滑剂选自硅酮类润滑剂、酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、聚乙烯类润滑剂、硬脂酸类润滑剂、脂肪酸润滑剂和酯类润滑剂中的至少一种。
上述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其中，浮纤改善剂选自硅酮类浮纤改善剂、酯类浮纤改善剂、酰胺类浮纤改善剂、聚乙烯类浮纤改善剂、硬脂酸类浮纤改善剂、脂肪酸浮纤改善剂和酯类浮纤改善剂中的至少一种。
本发明的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：制备甲组分：
(1)首先按照以下组分及重量份数准备原材料：聚丙烯30-60份，长玻纤40-60份，相容剂0-10份，助剂0.2-2份；
(2)然后将(1)中准备好的聚丙烯、相容剂和助剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融状态下的聚丙烯、相容剂和助剂通过浸润模头，此时将(1)中准备好的长玻纤先通过辅助设备进行预分散后进入浸润模头，在浸润模头中将预分散后的长玻纤与熔融状态下的聚丙烯、相容剂和助剂分散均匀，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃，浸润模头的温度为270-320℃；
步骤二：制备乙组分：
S1：首先按照以下组分及重量份数准备原材料：聚丙烯30-80份，聚乙烯5-20份，高抗冲聚丙烯10-50份，三氧化二锑0-5份，助剂0.2-2份；
S2：将S1中准备好的聚丙烯、聚乙烯、高抗冲聚丙烯、三氧化二锑、助剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃；
步骤三：先称取步骤一中制得的甲组分20-90重量份和步骤二中制得的乙组分10-80重量份，再将称取好的甲组分和乙组分放入立式搅拌机中混合均匀，即可。
本发明的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料可以在汽车内饰件和电动工具中应用。
本发明的有益效果如下：
采用聚乙烯、高抗冲聚丙烯、三氧化二锑复配的方法大幅提高材料抗落球冲击能力，改善了落球中的落球开裂及应力发白问题。由于HDPE的加入大大细化聚丙烯晶体，完善了晶格，使缺陷大大降低，同时高抗冲聚丙烯防止了落球开裂问题，三氧化二锑为白色结晶性粉末状的无机化合物，在长玻纤增强产品中提高其冲击性能，综合以上三种因素，三种复配可以得到无落球开裂、应力发白的产品。高抗冲聚丙烯和HDPE黏度较高，且浮纤改善剂的加入使得长玻纤增强产品在螺杆剪切作用下分散更加均匀、促进流动性，改善浮纤，减少玻纤鱼骨，提高外观光泽度，从而得到抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1-3中的甲组分的原材料组分及重量份数如表1所示：
表1实施例1-3中的甲组分的原材料组分及重量份数
实施例1-3中的乙组分的原材料组分及重量份数如表2所示：
表2实施例1-3中的乙组分的原材料组分及重量份数
对比例1-7中的甲组分的原材料组分及重量份数如表3所示：
表3对比例1-7中的甲组分的原材料组分及重量份数
对比例1-7中的乙组分的原材料组分及重量份数如表4所示：
表4对比例1-7中的乙组分的原材料组分及重量份数
表1至表4中的共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的熔融指数均为10-100g/10min；
表2和表4中的高抗冲聚丙烯的简支梁缺口冲击强度为40-80Kj/m2且熔融指数为2-50g/10min；
表1和表3中的长玻纤为经过硅烷偶联剂改性的无碱连续玻璃纤维，长玻纤的直径为17μm；
表1和表3中的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯和丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的至少一种；马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯和丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯的接枝率为0.7-1.2％；
表2和表4中的三氧化二锑的纯度大于或等于99.8％，且三氧化二锑为平均粒径为0.5μm的立方晶系；
表2和表4中的聚乙烯选自高密度聚乙烯HDPE和低密度聚乙烯LDPE中的至少一种；聚乙烯的结晶度为50-90％；
实施例1-3按以下方式制备：
步骤一：制备甲组分：
(1)首先按照表1中的组分及重量份数准备原材料；
(2)然后将(1)中按照表1中的重量份数准备好的共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、光稳定性和浮纤改善剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融状态下的共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和浮纤改善剂通过浸润模头，此时将(1)中准备好的长玻纤先通过辅助设备进行预分散后进入浸润模头，在浸润模头中将预分散后的长玻纤与熔融状态下的共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、光稳定性和浮纤改善剂分散均匀，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃，浸润模头的温度为270-320℃；
步骤二：制备乙组分：
S1：首先按照表2中的组分及重量份数准备原材料；
S2：将S1中按照表2中的重量份数准备好的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、聚乙烯、高抗冲聚丙烯、三氧化二锑、抗氧剂、光稳定剂和浮纤改善剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃；
步骤三：称取步骤一中制得的甲组分40重量份和步骤二中制得的乙组分60重量份，将称取好的甲组分和乙组分放入立式搅拌机中混合均匀，即可。
通过上述方法制得的抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料能够在汽车内饰件和电动工具中应用。
对比例1-7按以下方式制备：
步骤一：制备甲组分：
(1)首先按照表3中的组分及重量份数准备原材料；
(2)然后将(1)中按照表3中的重量份数准备好的共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、光稳定性和浮纤改善剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融状态下的共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、光稳定性、润滑剂和浮纤改善剂通过浸润模头，此时将(1)中准备好的长玻纤先通过辅助设备进行预分散后进入浸润模头，在浸润模头中将预分散后的长玻纤与熔融状态下的共聚聚丙烯、相容剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和浮纤改善剂分散均匀，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃，浸润模头的温度为270-320℃；
步骤二：制备乙组分：
S1：首先按照表4中的组分及重量份数准备原材料；
S2：将S1中按照表4中的重量份数准备好的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、聚乙烯、高抗冲聚丙烯、三氧化二锑、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和浮纤改善剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃；
步骤三：称取步骤一中制得的甲组分40重量份和步骤二中制得的乙组分60重量份，将称取好的甲组分和乙组分放入立式搅拌机中混合均匀，即可。
将实施例1-3和对比例1-7的产物注塑成力学样条和100*100*3mm板，进行性能测试。性能测试方法如下：
(1)落球冲击测试：落球直径50mm，质量500g，高度300mm，放置0.5h后评价裂纹大小；
(2)力学性能：按照ISO527/178/179测试；
(3)色差变化：测试落球冲击前后L值变化表征落球发白程度；
(4)光泽度：BYK光泽度仪，测量角度60°。
实施例1-3和对比例1-7性能测试结果见表5所示：
表5实施例1-3和对比例1-7性能测试结果
*备注：落球冲击采用数字表示裂纹情况：3大裂纹；2中等裂纹；1小裂纹；0无裂纹。
结合表1至表5进行分析，将对比例5、6和7进行对比，发现乙组分中均聚聚丙烯的增加会使得落球冲击裂纹变大，但△L值降低；将对比例5-7和与对比例1和4对比，聚乙烯、三氧化二锑的加入使得长玻纤增强聚丙烯抗落球冲击能力提升，△L值降低，应力发白得到改善。浮纤改善剂的加入使得材料光泽度提升，表面无明显浮纤及玻纤束；实施例1-3与对比例1-4相比，实施例1-3与对比例5-7相比，采用高抗冲聚丙烯部分替代普通共聚聚丙烯，抗落球冲击能力明显提升，表面无裂纹且△L得到降低，应力发白得到改善。
通过实施例1-3和对比例1-7验证了本发明的体系中聚乙烯、三氧化二锑和高抗冲聚丙烯的抗落球冲击效果，并验证了浮纤改善剂对提高本发明的光泽度的效果，本发明中将长玻纤、聚丙烯、聚乙烯、三氧化二锑和高抗冲聚丙烯复配，△L可降低到1.1，表面光泽度最高可达到64，具有良外观，同时具有优异的抗落球冲击效果。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述抗落球冲击、良外观长玻纤增强聚丙烯材料包括重量份数比为20-90:10-80的甲组分和乙组分；
所述甲组分包括以下组分及重量份数：
所述乙组分包括以下组分及重量份数：
2.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述甲组分的粒子长度为8-14mm，所述乙组分的粒子长度为8-14mm。
3.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述甲组分和乙组分中的聚丙烯选自熔融指数为10-100g/10min的均聚聚丙烯和熔融指数为10-100g/10min的共聚聚丙烯中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述长玻纤为经过硅烷偶联剂改性的无碱连续玻璃纤维，所述长玻纤的直径为17μm。
5.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯和丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的至少一种；所述马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯和丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯的接枝率为0.7-1.2％。
6.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述聚乙烯选自高密度聚乙烯HDPE和低密度聚乙烯LDPE中的至少一种；所述聚乙烯的结晶度为50-90％。
7.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述高抗冲聚丙烯为简支梁缺口冲击强度为40-80Kj/m2且熔融指数为2-50g/10min的共聚聚丙烯。
8.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，所述三氧化二锑的纯度大于或等于99.8％，且所述三氧化二锑为平均粒径为0.5μm的立方晶系。
9.如权利要求1所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一：制备所述甲组分：
(1)首先按照以下组分及重量份数准备原材料：聚丙烯30-60份，长玻纤40-60份，相容剂0-10份，助剂0.2-2份；
(2)然后将(1)中准备好的聚丙烯、相容剂和助剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融状态下的聚丙烯、相容剂和助剂通过浸润模头，此时将(1)中准备好的长玻纤先通过辅助设备进行预分散后进入浸润模头，在浸润模头中将预分散后的长玻纤与熔融状态下的聚丙烯、相容剂和助剂分散均匀，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃，浸润模头的温度为270-320℃；
步骤二：制备乙组分：
S1：首先按照以下组分及重量份数准备原材料：聚丙烯30-80份，聚乙烯5-20份，高抗冲聚丙烯10-50份，三氧化二锑0-5份，助剂0.2-2份；
S2：将S1中准备好的聚丙烯、聚乙烯、高抗冲聚丙烯、三氧化二锑、助剂在高速混合机混合均匀后加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，挤出造粒，即可；双螺杆挤出机的温度为210-250℃；
步骤三：先称取所述步骤一中制得的甲组分20-90重量份和所述步骤二中制得的乙组分10-80重量份，再将称取好的甲组分和乙组分放入立式搅拌机中混合均匀，即可。
10.如权利要求1-8所述的一种抗落球冲击、良外观的长玻纤增强聚丙烯材料在汽车内饰件和电动工具中的应用。
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