CN109762255A - 一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料及其制备方法。这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，是由以下的原料组成：聚丙烯、氯化聚乙烯、增韧剂、填充剂、相容剂、抗氧剂和助剂。同时也公开了这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料的制备方法。本发明通过氯化聚乙烯与马来酸酐接枝聚丙烯对填充聚丙烯的改性，能极大的增加材料的极性，使得熔融状态的材料在高频焊接的作用下相互扩散浸润，从而得到很好的焊接强度。改性后的聚丙烯不仅耐油脂、具有高氧指数，满足燃烧特性的标准要求，有极低的燃烧速度，而且与其他增韧剂共同发挥增韧作用，综合力学性能良好。

Description

一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

随着汽车行业的不断发展与进步，新的理念与技术不断更新，对材料的要求也越来越高，性能也越来越多元化。塑料的高频焊接作为一种快速、高效、加热均匀、操作简单方便的焊接方法，通过利用高频能量作用于材料的链接区域，使材料的极性分子在高频电场的作用下发生频繁振动而产生热量，使得介于电极之间的塑料材料同时达到熔化状态，致使两材料能达到焊接在一起的目的，并且焊接后的材料的焊接强度等同于母材。正由于以上的优点，高频焊接被广泛应用于汽车制造业很多零件的加工成型，例如在汽车安全气囊、仪表板、内面板、汽车塑料油箱、蓄电池等零件上均有该加工方式的运用。

同时在焊接加工的过程中以及材料在汽车的使用过程中，因有些材料容易碰触到机油等油脂的环境，使得材料易被污染，导致材料溶胀，影响使用功能以及材料寿命。因此开发这种性能多元化的材料具有很大的实际应用意义。

聚丙烯作为一种质轻、价格低廉、耐化学性、易于加工成型、综合性能优良的热塑性树脂，其在汽车工业中所占的比例越来越高。但聚丙烯也有很多缺陷，如聚丙烯不耐油脂，易溶胀，易燃，同时其分子偶极矩小，是非极性聚合物。普通的聚丙烯介电损耗系数很小，一般为0008-0.00418(1MHz)，材料高频焊接性能差，这些缺陷限制了聚丙烯的在汽车行业应用范围以及潜力。

发明内容

本发明的目的在于克服目前聚丙烯材料存在的缺陷，提供一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，是由以下质量百分比的原料组成：

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，聚丙烯在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为2g/10min～40g/10min。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，氯化聚乙烯为树脂型氯化聚乙烯。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，增韧剂为乙烯类弹性体、苯乙烯类弹性体、聚乙烯中的至少一种。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、硫酸钡、白炭黑、云母、二氧化硅中的至少一种。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯蜡中的至少一种。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，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。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，助剂为光稳定剂、润滑剂中的至少一种。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照前述的组成称取原料，先将聚丙烯、氯化聚乙烯、增韧剂混合均匀后，再加入相容剂、抗氧剂和助剂继续混合，得到混合物料；

2)将混合物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将填充剂加入双螺杆挤出机的侧喂料口，在氮气或其他惰性气体的保护下熔融共混，再通过双螺杆挤出机挤出，造粒，得到耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料。

制备方法的步骤2)中，双螺杆挤出机为双真空，具体的工艺参数如下：螺杆长径比为 (40～50)：1；螺杆转速为200r/min～500r/min；加工温度为190℃～230℃。

本发明的有益效果是：

本发明通过氯化聚乙烯与马来酸酐接枝聚丙烯对填充聚丙烯的改性，能极大的增加材料的极性，使得熔融状态的材料在高频焊接的作用下相互扩散浸润，从而得到很好的焊接强度。同时因为氯化聚乙烯因其本身具有极佳的阻燃性，耐油性以及对聚丙烯良好的相容性，使得改性后的聚丙烯不仅耐油脂、具有高氧指数(>25％)，满足《GB 8410-2006汽车内饰材料的燃烧特性》的标准要求，有极低的燃烧速度，而且与其他增韧剂共同发挥增韧作用，综合力学性能良好。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明通过添加氯化聚乙烯，不仅能有效提高材料的氧指数，增加材料的难燃性，而且对材料的耐油性的提高，具有显著作用；

2、本发明通过氯化聚乙烯与马来酸酐接枝聚丙烯的协同作用，极大的增加了改性聚丙烯复合材料的极性，使材料具备优异的焊接性能；

3、本发明通过氯化聚乙烯与增韧剂的共同增韧作用，得到力学性能均衡性很好的改性聚丙烯材料；

4、本发明的制备方法简单，工艺操作易于实现，产品性价比高。

具体实施方式

一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，是由以下质量百分比的原料组成：

优选的，一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，是由以下质量百分比的原料组成：

改性聚丙烯复合材料原料中各组分的质量之和为100％。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，聚丙烯在230℃、2.16kg 测试条件下的熔体流动速率为2g/10min～40g/10min。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，氯化聚乙烯为树脂型氯化聚乙烯。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，氯化聚乙烯的含氯量为 35wt％～40wt％。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，增韧剂为乙烯类弹性体、苯乙烯类弹性体、聚乙烯中的至少一种。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、硫酸钡、白炭黑、云母、二氧化硅中的至少一种；进一步优选的，填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母、二氧化硅中的至少一种。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯蜡中的至少一种；进一步优选的，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；再进一步优选的，马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为0.5％～1.3％。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，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；进一步优选的，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成的复配物，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1：(0.5～2)；再进一步的，受阻酚类抗氧剂选自抗氧剂1010、1076中的至少一种；亚磷酸酯类抗氧剂选自抗氧剂 168、626中的至少一种。

优选的，这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料中，助剂为光稳定剂、润滑剂中的至少一种。

优选的，助剂中，光稳定剂为受阻胺光稳定剂；进一步优选的，光稳定剂为UV3808、V9900、UV-783中的至少一种。

优选的，助剂中，润滑剂为硬脂酸、硬脂酸盐、聚乙烯蜡、芥酸酰胺、油酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、季戊四醇双硬脂酸酯中的至少一种；再进一步优选的，润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、EBS、PE蜡中的至少一种。

这种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照前述的组成称取原料，先将聚丙烯、氯化聚乙烯、增韧剂混合均匀后，再加入相容剂、抗氧剂和助剂继续混合，得到混合物料；

2)将混合物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将填充剂加入双螺杆挤出机的侧喂料口，在氮气或其他惰性气体的保护下熔融共混，再通过双螺杆挤出机挤出，造粒，得到耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料。

优选的，制备方法的步骤1)中，混合为在混合机中搅拌混合，搅拌速度为800r/min～1500r/min，搅拌时间为3min～15min。

优选的，制备方法的步骤2)中，双螺杆挤出机为双真空，具体的工艺参数如下：螺杆长径比为(40～50)：1；螺杆转速为200r/min～500r/min；加工温度为190℃～230℃。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。

实施例1～3和对比例1～4的聚丙烯复合材料原料组成见表1，表1中所示的组分均为质量份。

表1实施例1-3和对比例1-4的聚丙烯复合材料的原料组成表

原料组分	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
								聚丙烯	64.2	46.2	29.2	67.2	66.2	65.2	78.2
氯化聚乙烯	15	20	30	15	15	10	-
								增韧剂	3	5	6	-	3	3	3
填充剂	15	25	30	15	15	15	15
								相容剂	2	3	4	3	-	6	3
抗氧剂	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
								助剂	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5

表1中所用的原料说明如下：

聚丙烯：共聚聚丙烯EP548R，MI为28g/10min(230℃/2.16kg)，中海油壳牌；共聚聚丙烯K8009，MI为9g/10min(230℃/2.16kg)，中石化；

氯化聚乙烯：氯化聚乙烯树脂，含氯量为35wt％，青岛海晶化工集团有限公司；

增韧剂：POE Exact^TM9371，MI为4.5g/10min(190℃/2.16kg)，埃克森美孚；

填充剂：滑石粉RB-510，辽宁精华新材料股份有限公司；

相容剂：接枝率为1％的马来酸酐接枝聚丙烯B1，厦门科艾斯塑胶科技有限公司；

抗氧剂：抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1组成的复配物；

助剂：0.3质量份的光稳定剂UV3808和0.2质量份的润滑剂EBS。

这些聚丙烯复合材料的具体制备方法，包括如下的步骤：

1)按表1的配比，将聚丙烯、氯化聚乙烯、增韧剂加入到高速混合机中，于800-1500r/min 下混合3-10分钟，然后加入相容剂、抗氧剂和助剂，于800-1500r/min下混合3-10分钟，得混合物料；

2)将混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，再在挤出机的侧喂料口加入填充剂，在氮气保护下进行熔融混合，最后通过双螺杆挤出机挤出、造粒成型，制得耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料。

所述的双螺杆挤出机为双真空，其螺杆长径比为40-50:1、螺杆转速为200-500r/min，双螺杆挤出机的温度为190-230℃。

对实施例1-3和对比例1-4制备得到的聚丙烯复合材料进行性能测试，其测试结果如表2所示。

表2实施例1-3和对比例1-4的聚丙烯复合材料的性能测试数据

表2中，各指标的测试标准如下：

拉伸强度：GB/T1040；

弯曲强度：GB/T9341；

弯曲模量：GB/T9341；

悬臂梁缺口冲击强度：GB/T1843；

氧指数：GB/T2406；

燃烧特性：GB 8410。

从表2可以看出，本发明制备的聚丙烯复合材料在与对比例进行对比，发现所制备的改性聚丙烯复合材料在氯化聚乙烯含量逐渐增加的情况下，其氧指数在逐渐增大，且均大于25％，燃烧特性的燃烧速度、机油增重则呈逐渐下降的趋势，且均有良好的焊接性能，同时材料的力学性能均衡性很好。这是由于改性材料通过添加氯化聚乙烯与马来酸酐接枝聚丙烯的协同作用，极大的增加了材料的极性，使得材料具备良好的焊接性能，而且因氯化聚乙烯材料本身不耐油以及极佳的阻燃性，使得改性的填充聚丙烯复合材料能够具有较好的耐油性，高氧指数以及具备极低的汽车内饰燃烧特性的燃烧速度，本改性聚丙烯复合材料还通过氯化聚乙烯以及增韧剂的共同作用，使改性材料保持良好比较高的韧性以及刚性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：聚丙烯在230℃、2.16kg测试条件下的熔体流动速率为2g/10min～40g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：氯化聚乙烯为树脂型氯化聚乙烯。

4.根据权利要求1所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：增韧剂为乙烯类弹性体、苯乙烯类弹性体、聚乙烯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、硫酸钡、白炭黑、云母、二氧化硅中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯蜡中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：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。

8.根据权利要求1所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料，其特征在于：助剂为光稳定剂、润滑剂中的至少一种。

9.一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按照权利要求1～8任一项所述的组成称取原料，先将聚丙烯、氯化聚乙烯、增韧剂混合均匀后，再加入相容剂、抗氧剂和助剂继续混合，得到混合物料；

2)将混合物料加入双螺杆挤出机的主喂料口，将填充剂加入双螺杆挤出机的侧喂料口，在氮气或其他惰性气体的保护下熔融共混，再通过双螺杆挤出机挤出，造粒，得到耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料。

10.根据权利要求9所述的一种耐油高氧指数易焊接的改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，双螺杆挤出机为双真空，具体的工艺参数如下：螺杆长径比为(40～50)：1；螺杆转速为200r/min～500r/min；加工温度为190℃～230℃。