CN109535572A - 一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材及其制备方法 - Google Patents

一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材及其制备方法，其中，高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，包括以下重量份的各组分：聚丙烯树脂40‑90份，球硅5‑30份，增韧剂5‑15份，成核剂0.1‑2份，主抗氧剂0.2‑0.4份，辅助抗氧剂0.2‑0.4份。本发明所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，通过选用合适的聚丙烯，弹性体与无机填料，同时提高了材料的抗冲击强度与材料的收缩率，保证了材料在开模收缩率较大产品的尺寸与物理性能。

Description

一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材及其制备方法
技术领域
本发明属于改性塑料领域，尤其是涉及一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材及其制备方法。
背景技术
近年来，聚丙烯材料广泛的应用于汽车领域，保险杠、仪表板、门板、立柱等零件都会使用聚丙烯材料，不同的零件对材料的力学性能要求不同，同时由于零件的结构设计不同，模具开模收缩率不同，对聚丙烯材料的收缩率要求也有所不同，例如保险杠，仪表板等零件对材料的刚韧平衡有较高的要求，同时由于产品尺寸较大，对材料的收缩率要求也较高，因此开发高冲高刚，高收缩率的聚丙烯材料是在汽车饰件应用中的迫切问题，为了寻找刚韧都满足要求且收缩率较大的材料，各大汽车厂家与原材料供应商投入了大量的精力与材料进行研究。
增韧聚丙烯常用的弹性体主要有乙丙橡胶(EPM)、三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-烯烃弹性体(POE)、苯乙烯类弹性体等，其中POE用量最大，应用最广泛，POE为热塑性弹性体，收缩率小，其添加到PP材料中，降低体系的规整度，阻碍PP结晶，使得收缩率降低。专利CN105754232A公开了一种耐热高刚高韧性透明热成型聚丙烯及其制备方法，通过选用合适的聚丙烯生产装置与催化剂、外给电子体合成耐热高刚高韧性的聚丙烯，但由于其熔指较低，很难应用于汽车零件中。
通常通过填充无机填料改性，提高聚丙烯材料的刚性。无机填料主要包括球形的碳酸钙，层状的滑石粉，针状的硅灰石、晶须和玻璃纤维等。这些无机填料的加入还会降低聚丙烯材料的收缩率。不同形态的无机填料对聚丙烯材料收缩率的影响表现会有所不同。无机填料一方面它们本身收缩率小，另一方面加入到PP中，对PP起到成核作用，阻止PP的大球晶生成，从而降低PP收缩率。
传统提高聚丙烯材料收缩率的方法为，减少弹性体的加入，降低滑石粉目数或者使用碳酸钙替代滑石粉，这几种方法无一例外，都会影响材料的冲击性能或刚性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，以克服现有技术的缺陷，通过选用合适的聚丙烯，弹性体与无机填料，同时提高了材料的抗冲击强度与材料的收缩率，保证了材料在开模收缩率较大产品的尺寸与物理性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，包括以下重量份的各组分：聚丙烯树脂40-90份，球硅5-30份，增韧剂5-15份，成核剂0.1-2份，主抗氧剂0.2-0.4份，辅助抗氧剂0.2-0.4份。
优选的，所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，包括以下重量份的各组分：聚丙烯树脂60-80份，球硅15-20份，增韧剂5-10份，成核剂0.2-0.6份，主抗氧剂0.2-0.4份，辅助抗氧剂0.2-0.4份。
优选的，所述聚丙烯树脂的熔体流动速率为5-60g/10min；所述聚丙烯树脂的弯曲模量为800-2000MPa；所述聚丙烯树脂的缺口冲击强度为1-50kJ/m2。
优选的，所述球硅为球硅粉体和球硅母粒中的一种或两种。
优选的，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、丙烯-α烯烃共聚物、SEBS热塑性弹性体中的一种或两种以上的混合物。
优选的，所述成核剂为成核剂TMB-5、成核剂TMP-6、成核剂HPN20E和成核剂HPN68L中一种或两种以上。
优选的，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；优选的，所述主抗氧剂为抗氧剂1010。
优选的，所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类化合物；优选的，所述的辅助抗氧剂为抗氧剂168。
本发明的另一目的在于提出一种制备如上所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的方法，以制备上述高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取配方量的聚丙烯树脂、球硅、增韧剂、成核剂、主抗氧剂和辅助抗氧剂，并将其在高混机内高速混合1-3min，混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，进行熔融挤出，造粒干燥，得到所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材。
优选的，步骤(1)中，高速混合的速度为500-600r/min；步骤(2)中，熔融挤出的条件为：一区温度80-120℃，二区温度190-210℃，三区温度210-230℃，四区温度210-230℃，五区温度210-230℃，六区温度210-230℃，七区温度210-230℃，八区温度210-230℃，九区温度210-230℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
相对于现有技术，本发明所述的一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材具有以下优势：
本发明所述的一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，通过使用合适的聚丙烯，弹性体，球硅与成核剂，显著的提高了材料的抗冲击强度，并提高了材料的收缩率，可满足部分开模收缩率较大产品的需求，同时，由于本发明中附加组份较少，不会影响材料的配色能力，且易于实施，适用性较广。
本发明所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材同时兼具高收缩率和高冲击性，是由于：无机填料一方面它们本身收缩率小，另一方面加入到PP(也即聚丙烯)中，对PP起到成核作用，阻止PP的大球晶生成，从而降低PP收缩率。片状结构滑石粉比球状结构CaCO3和球硅有更好的成核效果，因而相同含量时，使PP的收缩率变得更小。而纤维状玻纤或晶须的加入一方面破坏了PP的结晶度，更重要的是限制了PP的结晶收缩，因此对PP平行于流动方向的收缩率影响更为明显，而在增大材料收缩率同时提高缺口冲击性能方面，同是球状结构的球硅的效果要明显优于碳酸钙，使用碳酸钙填充相比于滑石粉填充，收缩率明显增大，而缺口冲击性能有一定幅度的降低，需要多加弹性体才能保证缺口冲击达到要求，这样就减少了收缩率的调整幅度，加入球硅后，材料的缺口冲击性能有较大提高，这样就可以减少POE含量，从而加大收缩率调整的幅度。
所述高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的制备方法与上述高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例中所述的抗冲共聚聚丙烯1的弯曲模量为1000-1400MPa；
本发明实施例中所述的抗冲共聚聚丙烯2的弯曲模量为1500-1800MPa缺口冲击强度为7-15kJ/m2；
本发明实施例中所述的增韧剂为乙烯-辛烯共聚物；
本发明实施例中所述的球硅为球硅粉体；
本发明实施例中所述的成核剂为TMP-6；
本发明实施例中所述的主抗氧剂为抗氧剂1010；
本发明实施例中所述的辅抗氧剂为抗氧剂168。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，包括以下重量份的各组分：抗冲共聚聚丙烯1 40.0份，抗冲共聚聚丙烯2 10.0份，均聚聚丙烯20.0份，增韧剂(乙烯-辛烯共聚物)9.0份，球硅(球硅粉体)20.0份，成核剂(TMP-6)0.2份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.3份。
所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的聚丙烯、球硅、增韧剂、成核剂、主抗氧剂和辅助抗氧剂，并将其在高混机内高速(550r/min)混合2min，混合均匀，得到预混料。
(2)将预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，进行熔融挤出，造粒干燥，得到所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材。
所述熔融挤出的条件为：一区温度90℃，二区温度200℃，三区温度220℃，四区温度220℃，五区温度215℃，六区温度215℃，七区温度220℃，八区温度225℃，九区温度215℃，主机转速300转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
实施例2
一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，包括以下重量份的各组分：抗冲共聚聚丙烯1 45.0份，抗冲共聚聚丙烯2 10.0份，均聚聚丙烯20.0份，增韧剂(乙烯-辛烯共聚物)9.0份，球硅(球硅粉体)15.0份，成核剂(TMP-6)0.4份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.3份。
所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的制备方法同实施例1，不同之处在于：熔融挤出的条件为：一区温度100℃，二区温度200℃，三区温度215℃，四区温度215℃，五区温度225℃，六区温度215℃，七区温度225℃，八区温度225℃，九区温度215℃，主机转速400转/分钟。
实施例3
一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，包括以下重量份的各组分：抗冲共聚聚丙烯1 53.0份，抗冲共聚聚丙烯2 10.0份，均聚聚丙烯20.0份，增韧剂(乙烯-辛烯共聚物)6.0份，球硅(球硅粉体)10.0份，成核剂(TMP-6)0.4份，抗氧剂1010 0.3份，抗氧剂168 0.3份。
所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的制备方法同实施例1，不同之处在于：熔融挤出的条件为：一区温度115℃，二区温度207℃，三区温度218℃，四区温度220℃，五区温度225℃，六区温度215℃，七区温度228℃，八区温度220℃，九区温度215℃，主机转速500转/分钟。
对比例1
一种改性材，该改性材由包括如下重量份数的原料制成：抗冲共聚聚丙烯1 50.0份，均聚聚丙烯20.0份，增韧剂(乙烯-辛烯共聚物)9.0份，滑石粉粉体20.0份，抗氧剂10100.3份，抗氧剂168 0.3份。
所述的改性材的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的聚丙烯、增韧剂、滑石粉、主抗氧剂和辅助抗氧剂，并将其在高混机内高速混合2min，混合均匀，得到预混料。
(2)将预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，进行熔融挤出，造粒干燥，得到所述的改性材。
所述熔融挤出的条件为：一区温度90℃，二区温度200℃，三区温度220℃，四区温度220℃，五区温度215℃，六区温度215℃，七区温度220℃，八区温度225℃，九区温度215℃，主机转速300转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
对比例2
一种改性材，该改性材由包括如下重量份数的原料制成：抗冲共聚聚丙烯1 59.0份，均聚聚丙烯20.0份，增韧剂(乙烯-辛烯共聚物)6.0份，滑石粉粉体15.0份，抗氧剂10100.3份，抗氧剂168 0.3份。
所述的改性材的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的聚丙烯、增韧剂、滑石粉、主抗氧剂和辅助抗氧剂，并将其在高混机内高速混合1.5min，混合均匀，得到预混料。
(2)将预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，进行熔融挤出，造粒干燥，得到所述的改性材。
熔融挤出的条件为：一区温度100℃，二区温度200℃，三区温度215℃，四区温度215℃，五区温度225℃，六区温度215℃，七区温度225℃，八区温度225℃，九区温度215℃，主机转速400转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
对比例3
一种改性材，该改性材由包括如下重量份数的原料制成：抗冲共聚聚丙烯1 64.0份，均聚聚丙烯20.0份，增韧剂(乙烯-辛烯共聚物)6.0份，滑石粉粉体10.0份，抗氧剂10100.3份，抗氧剂168 0.3份。
所述的改性材的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的聚丙烯、增韧剂、滑石粉、主抗氧剂和辅助抗氧剂，并将其在高混机内高速混合3min，混合均匀，得到预混料。
(2)将预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，进行熔融挤出，造粒干燥，得到所述的改性材。
熔融挤出的条件为：一区温度115℃，二区温度207℃，三区温度218℃，四区温度220℃，五区温度225℃，六区温度215℃，七区温度228℃，八区温度220℃，九区温度215℃，主机转速500转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
材料的密度测试参照ASTM D792实施，材料的悬臂梁缺口冲击测试参照ASTM D256实施，使用样条厚度为6.4mm，材料的弯曲模量测试参照ASTM D790实施，样条厚度为6.4mm，速度为30mm/min，材料的收缩率测试参照ASTM D955实施，放置温度范围是23℃，测试方向为平行于流动方向。
实施例1-3和对比例1-3的各组分配比见表1，实施例1-3和对比例1-3制备得到的材料进行悬臂梁缺口冲击强度，弯曲模量，收缩率测试结果见表2。
表1实施例1-3与对比例1-3配方表(重量份数)
表2实施例1-3与对比例1-3性能测试结果
从各实施例与对比例的检测结果可以看出，在密度一致的情况下，实施例的冲击性能，弯曲模量以及收缩率的综合性能均好于对比例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：包括以下重量份的各组分：聚丙烯树脂40-90份，球硅5-30份，增韧剂5-15份，成核剂0.1-2份，主抗氧剂0.2-0.4份，辅助抗氧剂0.2-0.4份。
2.根据权利要求1所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：包括以下重量份的各组分：聚丙烯树脂60-80份，球硅15-20份，增韧剂5-10份，成核剂0.2-0.6份，主抗氧剂0.2-0.4份，辅助抗氧剂0.2-0.4份。
3.根据权利要求1或2所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：所述聚丙烯树脂的熔体流动速率为5-60g/10min；所述聚丙烯树脂的弯曲模量为800-2000MPa；所述聚丙烯树脂的缺口冲击强度为1-50kJ/m2。
4.根据权利要求1所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：所述球硅为球硅粉体和球硅母粒中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、丙烯-α烯烃共聚物、SEBS热塑性弹性体中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：所述成核剂为成核剂TMB-5、成核剂TMP-6、成核剂HPN20E和成核剂HPN68L中一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；优选的，所述主抗氧剂为抗氧剂1010。
8.根据权利要求1所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材，其特征在于：所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯类化合物；优选的，所述的辅助抗氧剂为抗氧剂168。
9.一种制备如权利要求1至8任意一项所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称取配方量的聚丙烯树脂、球硅、增韧剂、成核剂、主抗氧剂和辅助抗氧剂，并将其在高混机内高速混合1-3min，混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料加入双螺杆挤出机的主喂料口，进行熔融挤出，造粒干燥，得到所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材。
10.根据权利要求9所述的高冲高刚、高收缩率聚丙烯改性材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，高速混合的速度为500-600r/min；步骤(2)中，熔融挤出的条件为：一区温度80-120℃，二区温度190-210℃，三区温度210-230℃，四区温度210-230℃，五区温度210-230℃，六区温度210-230℃，七区温度210-230℃，八区温度210-230℃，九区温度210-230℃，主机转速250-600转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
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