CN109517278B - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料改性领域。本发明的聚丙烯复合材料包括下述重量份的组分：聚丙烯57.8～79.35份，纤维毛0.25～1.0份，增韧剂20～40份。本发明添加了大量增韧剂，使得由本发明聚丙烯复合材料制得的立柱可以满足‑35℃低温爆破要求，满足安全性能；并且，本发明的聚丙烯复合材料不添加任何填料，它的密度可以控制在0.91g/cm3以下，做到真正意义上的低密度轻量化。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料改性领域。
背景技术
随着社会的发展，人们对汽车的要求越来越高。近些年，来汽车轻量化和成本最优化的主题也不断引起各大汽车塑料改性厂的关注。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种低密度、低温爆破的聚丙烯复合材料及其制备方法。
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，包括下述重量份的组分：聚丙烯57.8～79.35份，纤维毛0.25～1.0份，增韧剂20～40份。
本发明添加了大量增韧剂，使得由本发明聚丙烯复合材料制得的立柱可以满足-35℃低温爆破要求；并且，本发明的聚丙烯复合材料不添加任何填料，它的密度可以控制在0.91g/cm3以下，做到真正意义上的低密度轻量化。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，如下(a)～(c)中的至少一项：
(a)所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，所述聚丙烯的熔融指数为25～60g/10min，所述聚丙烯的熔融指数是根据ASTM D1238使用2.16kg重量并在230℃的温度测量。
(b)所述纤维毛为植物纤维；
(c)所述增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
研究表明，采用植物纤维制得的聚丙烯复合材料用于成型立柱的仿植绒效果尤其好。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述植物纤维为竹纤维、树皮纤维、秸秆纤维、树叶纤维中的至少一种。更优选地，所述植物纤维为竹纤维、秸秆纤维或树叶纤维。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述植物纤维的颜色为深色。植物纤维需要染色才可使用。更优选地，所述植物纤维的颜色为黑色、深灰色或深棕色等。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述植物纤维的平均长度为0.1～0.8mm。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述植物纤维的最大耐热温度为220～260℃。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的更优选实施方式，所述增韧剂为乙烯-辛烯无规共聚物，所述增韧剂的门尼粘度为2～45MU。所述增韧剂门尼粘度的测试标准为：ASTMD1646，测试条件为：测试温度为121℃，大转子，预热1分钟，测试4分钟。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述聚丙烯复合材料还包括助剂。为了使本发明聚丙烯复合材料的综合性能更好，可以进一步加入助剂。当然，不同助剂对聚丙烯复合材料性能的影响不同，例如，增塑剂可使聚丙烯复合材料的柔软性更好，抗氧剂可以提高聚丙烯复合材料的抗氧化能力。本领域的技术人员可根据实际过程中所需的聚丙烯复合材料的具体性能选择适宜的助剂。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述助剂为润滑剂、光稳定剂、抗氧剂中的至少一种。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。更优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗氧剂168、抗氧剂RCPEP 36中的至少一种；所述光稳定剂为光稳定剂UV-3808PP5、光稳定剂LA-402XP、光稳定剂LA-402AF中的至少一种。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的更优选实施方式，所述润滑剂为0.1～0.3重量份，所述光稳定剂为0.1～0.3重量份，所述抗氧剂为0.2～0.6重量份。
本发明还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)按配比称取聚丙烯复合材料中的各组分，加至高速混合机中混合均匀，得到预混物；
(2)将步骤(1)所得预混物加至双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
作为本发明聚丙烯复合材料的制备方法的优选实施方法，所述步骤(1)中，高速混合机的转速为200～300转/分钟，聚丙烯复合材料中的各组分在高速混合机中混合的时间为3～5分钟；所述步骤(2)中，双螺杆挤出机包括10个独立的温控区，从喂料段到机头各区的温度依次为170℃、200℃、200℃、210℃、210℃、205℃、205℃、205℃、200℃、200℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明添加了大量增韧剂，使得由本发明聚丙烯复合材料制得的立柱可以满足-35℃低温爆破要求，满足安全性能；并且，本发明的聚丙烯复合材料不添加任何填料，它的密度可以控制在0.91g/cm3以下，做到真正意义上的低密度轻量化。
本发明的聚丙烯复合材料可以用于制备立柱，制备立柱的方法为：先将聚丙烯复合材料中的各组分通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚丙烯复合材料；然后注塑聚丙烯复合材料，得到立柱。按照此方法得到的立柱可满足立柱的性能要求，且该制备方法较目前包裹绒布制备立柱的方法成本低、效率高。
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，聚丙烯的熔融指数是根据ASTM D1238使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；增韧剂的门尼粘度的测试标准为：ASTM D1646，测试条件为：测试温度为121℃，大转子，预热1分钟，测试4分钟(即ML1+4@121℃)。
下述实施例中，未作特别说明的物质均从市场上购买得到。
实施例1～5和对比例1～2
实施例1～5和对比例1～2聚丙烯复合材料的组成组分如表1所示。实施例1～5和对比例1～2聚丙烯复合材料的制备方法为：
(1)按配比称取聚丙烯复合材料中的各组分，加至高速混合机中混合3～5分钟至混合均匀，得到预混物；其中，高速混合机的转速为200～300转/分钟；
(2)将步骤(1)所得预混物加至双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，干燥、冷却、装包，得到所述聚丙烯复合材料；所述双螺杆挤出机包括10个独立的温控区，从喂料段到机头各区的温度依次为170℃、200℃、200℃、210℃、210℃、205℃、205℃、205℃、200℃、200℃。
表1
Figure BDA0001882034010000041
Figure BDA0001882034010000051
Figure BDA0001882034010000061
上述表1中，聚丙烯BX3900购买自韩国SK，聚丙烯AZ191购买自新加坡TPC。。乙烯-辛烯共聚物(POE)均购买自陶氏化学。抗氧剂1010为受阻酚类抗氧剂，抗氧剂168为亚磷酸酯类抗氧剂，抗氧剂1010和抗氧剂168均购买自宜兴市天使合成化学。光稳定剂UV-3808PP5购买自比利时索尔维。酰胺类润滑剂的型号为TR451，购买自美国STRUKTOL；硬脂酸盐类润滑剂的型号为BS-2818，购买自华明泰化工。
申请人还进一步测试了上述实施例1～5和对比例1～2聚丙烯复合材料的性能。具体的测试方法如下：密度按照ISO 1183-1进行测试，拉伸强度和断裂伸长率按照ISO 527-2进行测试(拉伸速度为50mm/min)，弯曲强度和弯曲模量按照ISO 178进行测试(弯曲速度为2mm/min)，悬臂梁缺口冲击按照ISO 180进行测试，熔融指数按照ISO 1133-1/2进行测试(230℃，2.16kg)，热变形温度按照ISO 75-1/2(0.45MPa,平放)进行测试，低温(-35℃)多轴冲击总能量和破坏形式按照ISO 6603-2测试(3mm厚度、4.4m/s速度)。
实施例1～5和对比例1～2聚丙烯复合材料的性能测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0001882034010000062
Figure BDA0001882034010000071
由表2可见，本发明聚丙烯复合材料的密度较低，在刚韧指标平衡的基础上，低温(-35℃)多轴韧性更佳，可以满足-35℃低温爆破要求。其中，实施例1能量高，YD是最好的状态，而且刚韧性比较平衡。对比例2虽然也多轴性能较好，但刚性如拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等较低，不适用于立柱的实际应用。
效果例1
申请人在研究过程中发现，纤维毛的选择会影响聚丙烯复合材料制成的立柱的仿植绒效果。为了考察纤维毛对聚丙烯复合材料制成的立柱的仿植绒效果的影响，本效果例采用不同种类的纤维毛制成了聚丙烯复合材料，并以此聚丙烯复合材料分别制备立柱，比较了所得立柱的仿植绒效果。
其中，聚丙烯复合材料包括下述重量份的组分：聚丙烯57.8～79.35份，纤维毛0.25～1.0份，增韧剂20～40份、润滑剂0.1～0.3份，光稳定剂为0.1～0.3份，抗氧剂0.2～0.6份；所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，聚丙烯的熔融指数为25～60g/10min，聚丙烯的熔融指数是根据ASTM D1238使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；所述纤维毛的颜色为深色，平均长度为0.1～0.8mm，最大耐热温度为220～260℃；所述增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种；所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
所述聚丙烯复合材料的制备方法为：(1)按配比称取聚丙烯复合材料中的各组分，加至高速混合机中混合均匀，得到预混物；(2)将步骤(1)所得预混物加至双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
立柱是通过注塑聚丙烯复合材料得到。
本效果例所采用的纤维毛种类以及所得到立柱的外观效果如表3。
表3
Figure BDA0001882034010000081
由表3可见，采用竹纤维、秸秆纤维与树叶纤维效果较好，制得的聚丙烯复合材料用于立柱的仿植绒效果明显，树皮纤维具有中等植绒效果。可见，含有植物纤维的聚丙烯复合材料可用于制备汽车立柱；而非植物纤维例如玻纤纤维，碳纤维与麻纤维无植绒效果。
效果例2
纤维毛的颜色、长度和最大耐热温度的选择会影响聚丙烯复合材料制成的立柱的仿植绒效果。为了考察纤维毛对聚丙烯复合材料制成的立柱的仿植绒效果的影响，本效果例采用不同颜色、长度和最大耐热温度的纤维毛制成了聚丙烯复合材料，并以此聚丙烯复合材料分别制备立柱，比较了所得立柱的仿植绒效果。
其中，聚丙烯复合材料包括下述重量份的组分：聚丙烯57.8～79.35份，纤维毛0.25～1.0份，增韧剂20～40份、润滑剂0.1～0.3份，光稳定剂为0.1～0.3份，抗氧剂0.2～0.6份；所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，聚丙烯的熔融指数为25～60g/10min，聚丙烯的熔融指数是根据ASTM D1238使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；所述纤维毛为竹纤维、树皮纤维、秸秆纤维、树叶纤维中的至少一种；所述增韧剂为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种；所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
所述聚丙烯复合材料以及立柱的制备方法同效果例1。
本效果例所采用的纤维毛的颜色、长度和最大耐热温度以及所得到立柱的外观效果如表4。
表4
Figure BDA0001882034010000091
由表4可见，植物纤维为黑色/深色、平均长度0.1-0.8mm、最大耐热温度220-260℃时的仿植绒效果最佳，以此制得的聚丙烯复合材料用于立柱的优选仿值绒外观最佳。
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 (6)

1.一种用于汽车立柱的聚丙烯复合材料，其特征在于，包括下述重量份的组分：聚丙烯57.8~79.35份，纤维毛0.25~1.0份，增韧剂20~40份；所述聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯，所述聚丙烯的熔融指数为25~60g/10min，所述聚丙烯的熔融指数是根据ASTM D1238使用2.16kg重量并在230℃的温度测量；所述纤维毛为植物纤维；所述植物纤维为竹纤维、树叶纤维、秸秆纤维中的至少一种；所述植物纤维的颜色为深色；所述植物纤维的平均长度为0.1~0.8mm；所述植物纤维的最大耐热温度为220~260℃；所述增韧剂为乙烯-辛烯无规共聚物，所述增韧剂的门尼粘度为2~45MU。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，还包括助剂。
3.如权利要求2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助剂为润滑剂、光稳定剂、抗氧剂中的至少一种。
4.如权利要求3所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
5.如权利要求3或4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为0.1~0.3重量份，所述光稳定剂为0.1~0.3重量份，所述抗氧剂为0.2~0.6重量份。
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）按配比称取聚丙烯复合材料中的各组分，加至高速混合机中混合均匀，得到预混物；
（2）将步骤（1）所得预混物加至双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
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