CN109651710A - 高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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王中林
李晟
张春怀
李欣
徐昌竹
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陶四平
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Abstract

本发明提供了一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料及其制备方法，其中，高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯10‑40份，共聚聚丙烯20‑50份，乙烯‑辛烯共聚物(POE)6‑20份，滑石粉1‑5份，氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物(SEBS)2‑15份，稳定剂0.2‑2份，成核剂0.1‑1.5份，色粉0.5‑2份；所述滑石粉为粒径分布在1250‑5000目的滑石粉中一种或两种以上的混合物。本发明所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，具有较高的冲击强度，良好的流动性，同时将其用于零件制造，可使零件减重10‑20％左右。

Description

高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于改性塑料领域，尤其是涉及一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
随着我国汽车工业的快速发展，先进的汽车设计理论和技术在车身开发中越来越受到重视。2017年4月，工信部、国家发改委、科技部三部委联合印发了《汽车产业中长期发展规划》，其中轻量化被确认为未来汽车发展的重要方向之一。国外研究表明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％—8％；整车质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升，二氧化碳排放可减少约5克/公里。而在驾驶方面，汽车轻量化后其加速性能也将得到提高，在碰撞时由于惯性小，制动距离也将减少。这些数据显示出轻量化设计使车辆具备节油、减排、提升驾驶乐趣和安全性能等诸多优点。目前大部分的车用聚丙烯材料为滑石粉和玻纤填充，尤其以填充比例在10～30％的产品居多。在保持材料优良力学性能的同时，通过减少填充量来降低密度，是实现车用聚丙烯材料轻量化的主要思路。
对于仪表板、门板、立柱等汽车内饰件来说，由于其尺寸较大、结构复杂又注重外观，因此对材料的流动性提出了一定的要求。另一方面，高熔指原料更适合注塑壁厚较薄的部件，也有利于缩短制件的成型周期，因此高流动性是未来车用聚丙烯材料的一个发展趋势。在对聚丙烯增韧改性的过程中，常用的方法是添加弹性体作为增韧剂，由于弹性体本身具有交联结构，因此其熔指较低，过高的添加量会使材料整体的流动性下降。如何在提高材料韧性的同时保证其流动性，成为了改性聚丙烯领域的一个重要课题。
专利CN101712780A公开了一种低密度、高刚性、高韧性的聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，通过添加一定比例的纳米粘土替代滑石粉来实现减重，但较高的填料添加比例会造成材料的流动性下降。专利CN106009262A公开了一种高流动高抗冲聚丙烯及其制备方法，通过在填充剂表面添加偶联剂形成氢键，使树脂的冲击性能和流动性都有了一定程度的提高，但其生产步骤较为复杂，且大规模生产时很难保证偶联剂在填料表面分散均匀，从而降低了材料的性能稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，以克服现有技术的缺陷，具有较高的冲击强度，良好的流动性，同时将其用于零件制造，可使零件减重10-20％左右。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯10-40份，共聚聚丙烯20-50份，乙烯-辛烯共聚物(POE)6-20份，滑石粉1-5份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)2-15份，稳定剂0.2-2份，成核剂0.1-1.5份，色粉0.5-2份；其中，所述滑石粉为粒径分布在1250-5000目的滑石粉中一种或两种以上的混合物。
优选的，所述均聚聚丙烯在测试温度230℃、测试砝码重量2.16kg的条件下其熔体流动速率≥25g/10min。
优选的，所述共聚聚丙烯在测试温度230℃、测试砝码重量2.16kg的条件下其熔体流动速率≥15g/10min，且在测试环境温度为23±2℃的条件下缺口冲击强度≥30KJ/m2。
乙烯-辛烯共聚物(以下简称POE)可在体系中起到增韧作用。
氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(以下简称SEBS)可以在体系中起到协同增韧的作用。
优选的，所述稳定剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂，且三者的质量比为0.5-2：0.5-2：0.5-1。
优选的，所述成核剂为美利肯聚烯烃成核剂。
本发明的另一目的在于提出一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法，以制备上述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取配方量的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、POE、滑石粉、SEBS、稳定剂、成核剂和色粉，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，得到所述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料。
优选的，所述双螺杆挤出机的熔融挤出条件为：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；所述双螺杆挤出机的长径比为40：1。
相对于现有技术，本发明所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料具有以下优势：
本发明所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料通过选用聚丙烯树脂、POE、SEBS三组分体系，在保证材料具有较高冲击强度的同时，还赋予了其良好的流动性。同时较低的滑石粉添加量使材料的密度控制在0.92±0.02g/cm3范围内，可使零件减重10-20％左右。具体来说：
(1)通过选用高流动聚丙烯树脂组合物并添加适量POE与SEBS，在赋予材料较高冲击强度的同时，还具有良好的流动性。对于尺寸较大、结构复杂的汽车内饰件来说，既保证了其良好的成型加工特性，又降低了表面发生虎皮纹、熔接痕等外观缺陷的机率；
(2)将滑石粉添加量降低至5％以下，材料的密度可以控制在0.92±0.02g/cm3范围内，可使其潜在零件减重10-20％左右；
(3)原料简单，通过调整即可对材料的韧性实现较大范围的调节，且混合简单，无需特殊生产工艺。
本发明可应用于尺寸较大、结构复杂的汽车内饰件中。
所述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法与上述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料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。
一、实施例1-4和对比例1-3的原料组成
在本发明的实施例和对比例配方中，实施例1-4及对比例1-3所用均聚聚丙烯均为兰州石化H9018；实施例1-4和对比例1-2中所用共聚聚丙烯均为燕山石化K9829H，对比例3中所用共聚聚丙烯为埃克森美孚7033N，在测试温度230℃、测试砝码重量2.16kg的条件下其熔体流动速率≤15g/10min；所有实施例和对比例所用的POE均为陶氏公司生产的Engage7447；实施例1-4中所用矿物填料均为5000目滑石粉，对比例1-3中所用的矿物填料均为3000目滑石粉；所有实施例和对比例所用的SEBS均为科腾G1657；所有实施例和对比例所用的稳定剂均为主抗氧剂1010、辅抗氧剂168、光稳定剂3808PP5(氰特公司生产)三者按照质量比1:1:1的混合物；所有实施例和对比例所用的成核剂均为美利肯公司的HPN-20E。
二、实施例1-4和对比例1-3的聚丙烯材料的配方组成
实施例1
一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯29.7份，共聚聚丙烯50份，POE11份，5000目滑石粉2.5份，SEBS 5份，稳定剂0.6份，成核剂0.2份，色粉1份。
上述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法为：将各组分分别置于高速混合机中充分搅拌得到预混料，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，得到高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料。
其中，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为：一区温度100-120℃，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。
实施例2
一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯30.7份，共聚聚丙烯45份，POE15份，5000目滑石粉2.5份，SEBS 5份，稳定剂0.6份，成核剂0.2份，色粉1份。
上述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法为：将各组分分别置于高速混合机中充分搅拌得到预混料，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，得到高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料。
其中，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为：一区温度100-120℃，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。
实施例3
一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯37.2份，共聚聚丙烯42份，POE11份，5000目滑石粉5份，SEBS 3份，稳定剂0.6份，成核剂0.2份，色粉1份。
上述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法为：将各组分分别置于高速混合机中充分搅拌得到预混料，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，得到高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料。
其中，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为：一区温度100-120℃，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。
实施例4
一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯38.2份，共聚聚丙烯37份，POE15份，5000目滑石粉5份，SEBS 3份，稳定剂0.6份，成核剂0.2份，色粉1份。
上述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法为：将各组分分别置于高速混合机中充分搅拌得到预混料，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，得到高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料。
其中，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为：一区温度100-120℃，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。
对比例1
一种聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯26.2份，共聚聚丙烯47份，POE10份，3000目滑石粉10份，SEBS 5份，稳定剂0.6份，成核剂0.2份，色粉1份。
上述聚丙烯材料的制备方法为：将各组分分别置于高速混合机中充分搅拌得到预混料，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，得到聚丙烯材料。
其中，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为：一区温度100-120℃，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。
对比例2
一种聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯38.2份，共聚聚丙烯25份，POE15份，3000目滑石粉20份，稳定剂0.6份，成核剂0.2份，色粉1份。
上述聚丙烯材料的制备方法为：将各组分分别置于高速混合机中充分搅拌得到预混料，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，得到聚丙烯材料。
其中，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为：一区温度100-120℃，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。
对比例3
一种聚丙烯材料，包括以下重量份的各组分：共聚聚丙烯79.2份，POE11份，3000目滑石粉5份，SEBS 3份，稳定剂0.6份，成核剂0.2份，色粉1份。
上述聚丙烯材料的制备方法为：将各组分分别置于高速混合机中充分搅拌得到预混料，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，得到聚丙烯材料。
其中，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为：一区温度100-120℃，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。
实施例1-4和对比例1-3所述的聚丙烯材料的各组分的配比见表1。
表1实施例1-4和对比例1-3所述的聚丙烯材料的配方
备注：上表中各组分的用量单位为重量份。
三、实施例1-4和对比例1-3的聚丙烯材料的性能测试
1、测试方法
(1)拉伸性能按ISO527执行；
(2)弯曲性能按ISO178执行；
(3)冲击性能按ISO179执行；
(4)密度按ISO1183执行；
(5)熔指按ISO1133执行。
2、实施例1-4和对比例1-3的聚丙烯材料的性能测试结果
采用上述测试方法，对实施例1-4和对比例1-3的聚丙烯材料的性能进行测试，测试结果见表2。
表2实施例1-4与对比例1-2的聚丙烯材料的性能测试结果
由表2中各个实施例和对比例的性能对比可以看出，实施例同时具有较高的缺口冲击强度(≥20KJ/m2)和熔体流动速率(≥25g/10min)以及较低的密度，高目数滑石粉以及均聚聚丙烯的加入使材料维持了相对较高的刚性。
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 (7)

1.一种高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，其特征在于：包括以下重量份的各组分：均聚聚丙烯10-40份，共聚聚丙烯20-50份，乙烯-辛烯共聚物6-20份，滑石粉1-5份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物2-15份，稳定剂0.2-2份，成核剂0.1-1.5份，色粉0.5-2份；所述滑石粉为粒径分布在1250-5000目的滑石粉中一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，其特征在于：所述均聚聚丙烯在测试温度230℃、测试砝码重量2.16kg的条件下其熔体流动速率≥25g/10min。
3.根据权利要求1所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，其特征在于：所述共聚聚丙烯在测试温度230℃、测试砝码重量2.16kg的条件下其熔体流动速率≥15g/10min，且在测试环境温度为23±2℃的条件下缺口冲击强度≥30KJ/m2。
4.根据权利要求1所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，其特征在于：所述稳定剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂，且三者的质量比为0.5-2：0.5-2：0.5-1。
5.根据权利要求1所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料，其特征在于：所述成核剂为美利肯聚烯烃成核剂。
6.一种制备如权利要求1至5任意一项所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称取配方量的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、稳定剂、成核剂和色粉，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，得到所述高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料。
7.根据权利要求6所述的高流动高韧性低密度滑石粉填充聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的熔融挤出条件为：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；所述双螺杆挤出机的长径比为40：1。
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