CN109575450A - 一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高刚高韧聚丙烯复合材料，其由共聚聚丙烯40‑80份、矿物填充5‑20份、增强剂3‑10份、增韧剂10‑25份、相容剂0‑3份、成核母粒0.2‑1份、偶联剂0.1‑0.5份、抗氧剂0.1‑0.5份、润滑剂0.1‑0.5份、光稳剂0.1‑0.5份，经混合、挤出制备而成。所述的成核母粒由钠米级稀土氧化物Y2O3与芳胺类TMB‑5的配混物，其中配混质量比为1：1~1：4。本发明利用共聚聚丙烯和矿物填充、增强剂、增韧剂复配，提高了复合材料的强度，降低了树脂基体的收缩率，同时保证了材料的尺寸稳定性，使改性后的聚丙烯复合材料可广泛用于薄壁类汽车内外饰产品。

Description

一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术背景
聚丙烯具有质轻、高性价比、易加工、耐油、耐酸碱性等优点，使其广泛应用于各大行业。物别是汽车行业，轻量化产品已经普及并广泛应用于各大主机厂，目前常规保险杠材料都是PP/EPDM的产品体系，其产品壁厚2.7mm以上。随着汽车轻量化的推进，各主机厂对汽车保险杠提出了新要求，如低密度、高刚性、尺寸稳定性、高流动性等。
聚丙烯材料由于密度小、耐热优异、耐疲劳性好且价格低，其用途广泛。但聚丙烯结晶度较高、尺寸稳定性差、耐候性能低等原因而加大了其直接应用到保险杠产品的难度。为了扩展聚丙烯材料在该领域的应用，积极开发低密度，收缩率低、高刚性、耐候持久、尺寸稳定的聚丙烯复合材料成为当前研究方向之一。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种适用于工业化批量生产用于低密度、低收缩率的高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
一种高刚高韧聚丙烯复合材料，其由以下组分按重量份制备而成：共聚聚丙烯40-80份、矿物填充5-20份、增强剂3-10份、增韧剂10-25份、相容剂0-5份、成核母粒0.2-1份、偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂0.1-0.5份、光稳剂0.1-0.5份；
所述的成核母粒由钠米级稀土氧化物Y2O3与芳胺类TMB-5的配混物，其中配混质量比为1：1～1：4。
进一步方案，所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16Kg条件下大于30g/10min，在拉伸速度为50mm/min情况下的拉伸强度大于19MPa、悬臂梁缺口冲击强度为20KJ/m2。
进一步方案，所述增强剂为直径为5-20μm的玻璃微珠经偶联剂浸润包裹而成；
所述矿物填充为矿物纤维、滑石粉及碳酸钙中的一种或者几种。
更进一步方案，所述偶联剂用量是玻璃微珠的0.3倍；
所述矿物纤维为硫酸镁晶须、氧化硅晶须或硼酸铝晶须；所述滑石粉和碳酸钙的粒径目数大于1500目。
进一步方案，所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯辛烯共聚物或顺丁橡胶。
进一步方案，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐。
进一步方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP、抗氧剂168中的一种或两种以上的混合物；
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
进一步方案，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮类、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种；所述的光稳剂为受阻胺类复配光稳剂。
本发明的另一个发明目的是提供上述高刚高韧聚丙烯复合材料的制备方法，按重量份，将共聚聚丙烯、矿物填充、增强剂、增韧剂、相容剂、成核母粒、抗氧剂、偶联剂、润滑剂与光稳剂一起加入高混机中混合均匀；然后将混合均匀的混合物经挤出机熔融挤出后造粒，即可制备高刚高韧聚丙烯复合材料；所述挤出机从下料口到模口的温度分别为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃，挤出机的转速为180～400rpm、真空度为-0.07～-0.03MPa。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、玻璃微珠的圆形结构，在聚合物体系中，不影响聚合物的流动性。
2、本发明利用硅烷偶联剂浸润包裹玻璃微珠，使其表面得到活化，在熔融共混过程中，通过相容剂的协同作用，使玻璃微珠起到异相成核的作用，使结晶度更高，结晶更密实，从而保证材料的刚性，同时保证产品成型后的尺寸稳定性。
3、本发明利用增韧剂配合玻璃微珠，使聚合物内部形成以玻璃微珠、矿物填料为双中心，以增韧剂为纽带的海岛结构，保证材料的韧性，从而保证了复合材料的综合强度，使改性后的聚丙烯复合材料可以应用于更多轻量化产品。
4、本发明利用成核母粒，其中钠米级Y2O3可改变聚丙烯的晶型，提高β晶含量，同时也可以大大提高聚丙烯的结晶速率，提高聚丙烯的起始结晶温度和终止结晶温度；其与有机类芳酰胺成核剂TMB-5复配使用，进一步加强二者在聚丙烯复合材料的分散性，并保证β晶型稳定性，从而改善聚丙烯材料的抗冲击强度。
具体实施方式：
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。
本发明中各组分的型号如下：
其中所用共聚聚丙烯为PP-K9026、PP-BX3800、PP-BX3900、PP-BX3920；
所用矿物填充为硫酸镁晶须WS-1S2、滑石粉AH51210、碳酸钙LD-1000C；
所用增强剂为进口的实心玻璃微珠，微珠粒径10μm，用偶联剂包裹，偶联剂用量是玻璃微珠份数的0.3倍；
所用增韧剂为POE8200、POE8842、EPDM、BR；
所用相容剂为PP-G、POE-G；
所用成核母粒为钠米级Y2O3和芳胺类TMB-5的配混物；
所用偶联剂为KH550；
所用抗氧剂为1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTDP；
所用润滑剂为乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、季戊四醇硬脂酸酯；
所用光稳剂为V703。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
按重量配比分别称取40份干燥的共聚聚丙烯PP-K9026、20份滑石粉AH51210、10份增强剂、24份增韧剂POE 8200、3份相容剂POE-G、0.2份成核母粒(Y2O3：TMB-5＝1：1)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份润滑剂EBS、0.3份偶联剂KH550、0.1份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃、主机转速为180rpm，真空度为-0.03MPa。
实施例2
按重量配比分别称取63份干燥的共聚聚丙烯PP-BX3920、10份硫酸镁晶须WS-1S2、10份增强剂、15份增韧剂EPDM、2份相容剂PP-G、0.4份成核母粒(Y2O3：TMB-5＝1：3)、0.1份抗氧剂、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168，0.2份润滑剂硬脂酸钙、0.3份偶联剂KH550、0.3份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃、主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例3
按重量配比分别称取80份干燥的共聚聚丙烯PP-K9026、5份滑石粉AH51210、5份增强剂、8份增韧剂POE 8200、2份相容剂POE-G、1份成核母粒(Y2O3：TMB-5＝1：1)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168、0.2份润滑剂EBS、0.3份偶联剂KH550、0.3份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃，主机转速为350rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例4
按重量配比分别称取55份干燥的共聚聚丙烯PP-BX3900、15份碳酸钙LD-1000C、8份增强剂、20份增韧剂POE 8842、2份相容剂POE-G、0.6份成核母粒(Y2O3：TMB-5＝1：3)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.2份润滑剂EBS、0.2份偶联剂KH550、0.4份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.06MPa。
对比例
按重量配比分别称取56份干燥的共聚聚丙烯PP-K9026、20份滑石粉、24份增韧剂8200、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份润滑剂EBS、0.3份偶联剂KH550、0.1份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃，主机转速为400rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例1-4和对比例制备的复合材料的测试数据如下表所示：
备注：以上数据采用GB样条测试方法进行测试。
从上表可以看出，本发明实施例1-4制备的聚丙烯复合材料的熔指、强度和缺口冲击强度有不同程度的变化，但均比对比例优越；另外，实施例1-4制备的复合材料的收缩率、经过90℃、2h烘烤后，后收缩率小，产品尺寸稳定。因此，本发明制备的聚丙烯复合材料可根据客户需要，满足其不同性能的需求，应用到轻量化产品。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于：其由以下组分按重量份制备而成：共聚聚丙烯40-80份、矿物填充5-20份、增强剂3-10份、增韧剂10-25份、相容剂0-5份、成核母粒0.2-1份、偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、润滑剂0.1-0.5份、光稳剂0.1-0.5份；
所述的成核母粒由钠米级稀土氧化物Y2O3与芳胺类TMB-5的配混物，其中配混质量比为1：1~1：4。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述共聚聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16Kg条件下大于30g/10min，在拉伸速度为50mm/min情况下的拉伸强度大于19MPa、悬臂梁缺口冲击强度为20KJ/m2。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增强剂为直径为5-20μm的玻璃微珠经偶联剂浸润包裹而成；
所述矿物填充为矿物纤维、滑石粉及碳酸钙中的一种或者几种。
4.根据权利要求3所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂用量是玻璃微珠的0.3倍；
所述矿物纤维为硫酸镁晶须、氧化硅晶须或硼酸铝晶须；所述滑石粉和碳酸钙的粒径目数大于1500目。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯辛烯共聚物或顺丁橡胶。
6.根据权利要求1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或乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP、抗氧剂168中的一种或两种以上的混合物；
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮类、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种；所述的光稳剂为受阻胺类复配光稳剂。
9.一种制备如权利要求1-8任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：按重量份，将共聚聚丙烯、矿物填充、增强剂、增韧剂、相容剂、成核母粒、抗氧剂、偶联剂、润滑剂与光稳剂一起加入高混机中混合均匀；然后将混合均匀的混合物经挤出机熔融挤出后造粒，即可制备高刚高韧聚丙烯复合材料；所述挤出机从下料口到模口的温度分别为180℃、190℃、195℃、195℃、200℃、205℃，挤出机的转速为180～400rpm、真空度为-0.07～-0.03MPa。
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