CN110003572A - 一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料 - Google Patents

一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于薄壁汽车产品的低密度聚丙烯‑碱式硫酸镁晶须复合材料,包括以下组分及质量百分含量：聚丙烯70～84.6％，碱式硫酸镁晶须母粒5～10％，增韧弹性体10～20％，抗氧剂0.2～0.6％，耐候剂0.2～0.6％。本发明通过高流动性聚丙烯、高性能的填充物、高效的弹性体增韧的协同作用，得到高流动、高刚性、高韧性的复合材料。本发明使用晶须母粒，可保证晶须的良好分散并且加工工艺操作性强。本发明的聚丙烯‑碱式硫酸镁晶须复合材料在低密度的条件下，具有可媲美短纤增强聚丙烯材料的刚性，同时保持超强的韧性，并拥有良好的外观。

Description

一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料。
背景技术
随着社会的发展，国民环保意识逐步增强，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。汽车的轻量化，是指在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整体质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。
现代汽车的材料构成，无论是外饰件、内饰件，还是功能结构件，均有塑料制件的份额。外饰件的应用特点是“以塑代钢”，减轻汽车自重，主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内饰件的主要部件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、坐椅护板等；功能结构件主要有油箱、散热器水室、空气过滤器罩、风扇叶片等。汽车轻量化，使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等在内的塑材市场得以迅速放大。近两年，车用塑料的最大品种--聚丙烯，每年以2.2％—2.8％的速度增长。
专利CN106366454A公布了一种高性能薄壁汽车门板用改性聚丙烯材料及其制备方法，可实现高流动高刚性高韧性，但是不能满足低密度条件下材料保持高刚性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，本发明首次提出聚丙烯-碱式硫酸镁晶须的复合方式，与传统的薄壁产品相比，密度低、刚性强、熔指高、韧性好。
本发明的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料包括以下组份及质量百分含量：
上述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，用于制备碱式硫酸镁晶须母粒的碱式硫酸镁晶须的直径为D＜1.0微米、长度L为25-35微米。
上述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料中聚丙烯为在230℃、2.16kg条件下熔体流动速率为50-100g/10min的高结晶均聚或共聚聚丙烯,共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯。
上述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，碱式硫酸镁晶须母粒载体为均聚或共聚聚聚丙烯，碱式硫酸镁晶须含量为50-80％。
上述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料中增韧弹性体为聚丁二烯橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯橡胶中的至少一种。
上述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料中抗氧剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的任两种进行复配。
上述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料中耐候剂由2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇硬脂酸酯和聚丙烯混合物以及2-(2-羟基-5-叔幸基苯基)苯并三唑按1：1的重量比复配而成。
上述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料中碱式硫酸镁晶须母粒通过混炼制备，包括前混炼和后混炼，前混炼是指将载体树脂熔融分散，后混炼是指将前端通过侧喂加入碱式硫酸镁晶须，和处于熔融态的载体树脂进行充分的混合，混炼设备螺杆为配有啮合盘和旋转刮板的双螺杆，混炼后，经过冷却、造粒、干燥制成粒径3-6mm之间的粒子。
本发明还提供一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按以下组份及质量百分含量准备原料：
(2)将高流动聚丙烯、增韧弹性体、碱式硫酸镁晶须母粒、抗氧剂、耐候剂加入高速混合机中进行均匀混合，高速混合机的温度为60-70℃、混合机的转速为120-140转/分钟；
(2)将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒，即可；双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为175-185℃、190-200℃、190-200℃、190-200℃、185-195℃、185-195℃、180-190℃、180-190℃，螺杆转速为170-190转/分钟，螺杆长径比≥36:1。
本发明的有益效果如下：
1.本发明制备的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，首次提出聚丙烯-碱式硫酸镁晶须的复合方式，与传统的薄壁产品相比，密度低、刚性强、熔指高、韧性好。
2.碱式硫酸镁晶须由于其特殊的针状结构，为保持晶须的长径比，传统的挤出工艺都是通过侧喂方式进行添加，但晶须呈现粉末状，填充密度低，侧喂时侧料口易形成“架桥”，导致侧喂晶须比例不准，晶须分散不匀，性能波动较大，且对设备工艺要求高，本发明碱式硫酸镁晶须通过母粒(粒子直径4-6mm)的形式直接主喂，和传统的晶须侧喂相比，保证挤出时晶须均匀的分散在溶体中，材料性能更加稳定，并且对设备和工艺要求低，适用性更强。
3.扩宽了碱式硫酸镁晶须的使用范围，打破了市场薄壁聚丙烯产品填充物的单一性。
具体实施方式
下面将结合对比例1～8和实施例1～4，对本发明作进一步说明。
实施例1
将重量份为83.4份的高流动聚丙烯，10份的弹性体，6份的碱式硫酸镁晶须母粒(晶须有效成分为80％)，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟，接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36：1。
对比例1:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加滑石粉
将重量份为84.4份的高流动聚丙烯，10份的弹性体，5份的滑石粉，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36：1。
对比例2:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加碱式硫酸镁晶须粉体
将重量份为84.4份的高流动聚丙烯，10份的弹性体，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出，并在侧喂口加入5份的碱式硫酸镁晶须粉体，然后冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36：1。
实施例2
将重量份为76.9份的高流动聚丙烯，10份的弹性体，12.5份的碱式硫酸镁晶须母粒(晶须有效成分为80％)，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
对比例3:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加滑石粉
将重量份为79.4份的高流动聚丙烯，10份的弹性体，10份的滑石粉，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
对比例4:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加碱式硫酸镁晶须粉体
将重量份为79.4份的高流动聚丙烯，10份的弹性体，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出，并在侧喂口加入10份的碱式硫酸镁晶须粉体，然后冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
实施例1-2以及对比例1-4的性能测试每项性能测试10个数据点，计算平均值和标准偏差，结果如表1所示。
表1实施例1-2以及对比例1-4的性能测试结果
从以上实施例1和对比例1中，可明显看出，在同为5％的填料作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的流动性、弯曲模量和简支梁缺口冲击均最优。从以上实施例1和对比例2中，可明显看出，在同为5％的碱式硫酸镁晶须有效成分作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的性能稳定性明显提高。
从以上实施例2和对比例3中，可明显看出，在同为10％的填料作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的流动性、弯曲模量和简支梁缺口冲击均最优。从以上实施例2和对比例4中，可明显看出，在同为10％的碱式硫酸镁晶须有效成分作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的性能稳定性明显提高。
从以上实施例1和对比例3中，可明显看出，5％的碱式硫酸镁晶须填充和10％滑石粉填充性能相比(对比例1和对比例3可知滑石粉含量越高弯曲模量越高)，加入本发明5％的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的流动性、弯曲模量和简支梁缺口冲击均优于10％的滑石粉填充产品，碱式硫酸镁晶须的加入可实现“少填充高性能”，即低密度高性能。
实施例3
将重量份为73.4份的高流动聚丙烯，20份的弹性体，6份的碱式硫酸镁晶须母粒(晶须有效成分为80％)，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
对比例5:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加滑石粉
将重量份为74.4份的高流动聚丙烯，20份的弹性体，5份的滑石粉，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
对比例6:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加碱式硫酸镁晶须粉体
将重量份为74.4份的高流动聚丙烯，20份的弹性体，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出，并在侧喂口加入5份的碱式硫酸镁晶须粉体，然后冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
实施例4
将重量份为66.9份的高流动聚丙烯，20份的弹性体，12.5份的碱式硫酸镁晶须(晶须有效成分为80％)，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
对比例7:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加滑石粉
将重量份为69.4份的高流动聚丙烯，20份的弹性体，10份的滑石粉，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
对比例8:不加碱式硫酸镁晶须母粒，加碱式硫酸镁晶须粉体
将重量份为69.4份的高流动聚丙烯，20份的弹性体，0.2份抗氧剂A，0.2份抗氧剂B、0.2份耐候剂加入混合机中进行混合均匀。其中，混合机的温度为63℃、混合机的转速为130转/分钟。接着将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出，并在侧喂口加入10份的碱式硫酸镁晶须粉体，然后冷却、造粒、装包。挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为36:1。
实施例3～4以及对比例5～8的性能性能测试每项性能测试10个数据点，计算平均值和标准偏差，结果如表2所示。
表2实施例3～4以及对比例5～6的性能测试结果
从以上实施例3和对比例5中，可明显看出，在同为5％的填料作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的流动性、弯曲模量和简支梁缺口冲击均最优。从以上实施例3和对比例6中，可明显看出，在同为5％的碱式硫酸镁晶须有效成分作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的性能稳定性明显提高。
从以上实施例4和对比例7中，可明显看出，在同为10％的填料作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的流动性、弯曲模量和简支梁缺口冲击均最优。从以上实施例4和对比例8中，可明显看出，在同为10％的碱式硫酸镁晶须有效成分作用下，加入本发明的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的性能稳定性明显提高。
从以上实施例3和对比例7中，可明显看出，5％的碱式硫酸镁晶须填充和10％滑石粉填充性能相比(对比例1和对比例3可知滑石粉含量越高弯曲模量越高)，加入本发明5％的碱式硫酸镁晶须母粒，产品的流动性、弯曲模量和简支梁缺口冲击均优于10％的滑石粉填充产品，碱式硫酸镁晶须的加入可实现“少填充高性能”，即低密度高性能。
从以上所有实施例和所有对比例，可明显看出：本发明的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料在低含量的条件下，可达到普通无机填充(滑石粉和硅灰石等)高含量填充的性能，并且晶须通过母粒的方式直接主喂，和普通的侧喂方式相比，性能更加稳定，从而实现性能更加稳定的低密度高流动高强度高韧性的薄壁汽车产品。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，包括以下组份及重量百分含量：
2.如权利要求1所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，用于制备所述碱式硫酸镁晶须母粒的碱式硫酸镁晶须的直径为D＜1.0微米、长度L为25-35微米。
3.如权利要求1所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为在230℃、2.16kg条件下熔体流动速率为50-100g/10min的高结晶的均聚或共聚聚丙烯,所述共聚丙烯的共聚单体为乙烯。
4.如权利要求1或2所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，所述碱式硫酸镁晶须母粒载体为均聚或共聚聚丙烯，所述碱式硫酸镁晶须含量为50-80％。
5.如权利要求1所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，所述增韧弹性体为聚丁二烯橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯橡胶中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的任两种进行复配。
7.如权利要求1所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，所述耐候剂由2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇硬脂酸酯和聚丙烯混合物以及2-(2-羟基-5-叔幸基苯基)苯并三唑按1：1的重量比复配而成。
8.如权利要求1或2所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料，其特征在于，所述碱式硫酸镁晶须母粒通过混炼制备，包括前混炼和后混炼，所述前混炼是将载体树脂熔融分散，所述后混炼是将前端通过侧喂加入碱式硫酸镁晶须，和处于熔融态的载体树脂进行充分的混合，混炼设备螺杆为配有啮合盘和旋转刮板的双螺杆，混炼后，经过冷却、造粒、干燥制成粒径3-6mm之间的粒子。
9.如权利要求1所述的一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按以下组份及质量百分含量准备原料：
(2)将高流动聚丙烯、增韧弹性体、碱式硫酸镁晶须母粒、抗氧剂、耐候剂加入混合机中混合均匀，高速混合机的温度为60-70℃、混合机的转速为120-140转/分钟；
(2)将混合好的材料加入双螺杆挤出机中进行挤出、冷却、造粒，即可；双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为175-185℃、190-200℃、190-200℃、190-200℃、185-195℃、185-195℃、180-190℃、180-190℃，螺杆转速为170-190转/分钟，螺杆长径比≥36：1。
CN201910356831.5A 2019-04-29 2019-04-29 一种用于薄壁汽车产品的聚丙烯-碱式硫酸镁晶须复合材料 Pending CN110003572A (zh)

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