CN110527180A - 一种高光免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车制造材料技术领域，具体涉及一种高光免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法，其中，材料组份按重量份数包括：聚丙烯粉体：100份；铝颜料：1份～4份；相容剂：10份～30份；增韧剂：5份～15份；成核剂：0.1份～0.4份；主抗氧剂：0.1份～0.5份；辅助抗氧剂：0.1份～0.5份；润滑剂：0.1份～0.5份；光稳定剂：0.1份～0.5份；吸附剂：1份～5份；偶联剂：0.1份～1份。本发明解决了免喷涂塑料的流痕问题，使产品具有较高的附加值，具有绿色环保的特点，具有低成本的优势，具有很强的市场竞争力，可被广泛应用于汽车零部件的制备。

Description

一种高光免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车制造材料技术领域，具体涉及一种高光免喷涂聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有密度小、硬度高、热变形温度高等优点，且容易加工，价格低廉，被广泛应用于汽车零部件的制造等领域。免喷涂的聚丙烯(PP)通过在材料制备阶段赋予金属外观的效果，从而免除后期给制件再喷涂的工艺环节，这样既能降低生产成本，又减少了在喷涂过程中对环境有毒、有害气体等污染物的产生，达到了环保目的。但免喷涂塑料在注塑制件的外观上或多或少存在一些流痕瑕疵，这使得产品的外观质量大受影响。随着汽车行业对材料性能要求不断严格，环保型低VOC(Volatile Orgnic Compounds)材料已经成为汽车用零部件开发的热点和方向之一。
专利号为CN201310535116.9、名称为“一种具有油漆亮泽银色金属质感的免喷涂改性聚丙烯材料”的发明专利，其虽然公开了一种免喷涂金属PP复合材料的技术方案，但并没有解决低气味的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，解决以上技术问题。
本发明的另一目的在于，提供一种高光免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，解决以上技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
第一方面，本发明提出了一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，包括材料组份，所述材料组份按重量份数，包括：
聚丙烯粉体： 100份；
铝颜料： 1份～4份；
相容剂： 10份～30份；
增韧剂： 5份～15份；
成核剂： 0.1份～0.4份；
主抗氧剂： 0.1份～0.5份；
辅助抗氧剂： 0.1份～0.5份；
润滑剂： 0.1份～0.5份；
光稳定剂： 0.1份～0.5份；
吸附剂： 1份～5份；
偶联剂： 0.1份～1份。
所述聚丙烯为通过氢调法制得的均聚聚丙烯或者共聚聚丙烯，熔融指数为60g/10min～90g/10min，优选60g/10min～80g/10min；
粉体目数80目～200目，优选100目～200目。
所述铝颜料为片状铝粉，其粒径800目～1500目，优选1000目～1250目。
所述相容剂为聚丙烯酸接枝丙烯酸，接枝率0.8％～1％，优选0.9％～1％，气味等级≤4。
所述增韧剂为含油苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的共聚物(SBS)，其中苯乙烯含量30％～40％，气味等级≤4级。
所述成核剂为芳酰胺类β-晶型成核剂，其纯度98％～99％，挥发度0.1％～0.5％。
所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，纯度≥99％，挥发度≤0.3％。
所述主抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076。
所述润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，熔点103℃～105℃，140℃时的粘度为500cps～575cps。
所述光稳定剂为受阻胺类UV-944和紫外线吸收剂苯并三唑类UV-327的混合物，UV-944与UV-327的混合比例1:1～1:3，优选混合比例1:1～1:2，气味≤4级。
所述吸附剂为沸石分子筛，优选疏水性沸石分子筛，孔径为0.2纳米～1纳米，目数为1250目～2500目。
所述偶联剂为稀土偶联剂，熔点50℃～51℃，稀土含量6％～7％，优选6.5％～7％。
第二方面，本发明提出了一种高光免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下制备步骤：
1)按所述材料组份称量所述铝颜料后放入高速搅拌机中，升温至110℃后持续搅拌30分钟～40分钟，以便实现干燥后除去颜料中所含的微量水份，然后再分两次加入偶联剂后低速持续搅拌5分钟～10分钟；
2)按所述材料组份称取所述增韧剂放入铁盘中，加入30％(为增韧剂重量百分比)的环烷油，搅拌均匀，将含有环烷油和增韧剂的混合物放入烘箱中，在100℃工作温度下烘烤15分钟～20分钟后取出待用；
3)将按所述材料组份的重量份数计量好的聚丙烯粉体、成核剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂、光稳定剂、按步骤1)处理后得到的铝颜料、按步骤2)处理后得到的增韧剂、润滑剂、吸附剂、相容剂放入高速混合机中，高速搅拌混合3分钟～5分钟；
4)将上述混合好的物料置于长径比为36:1～42:1的双螺杆挤出机的主喂料口，经熔融挤出造粒，对挤出物进行冷却、风干、切粒、干燥后得到产品。
所述双螺杆挤出机的温度设定范围设置为160℃～190℃，螺杆转速设置为300rpm～400rpm。
所述双螺杆挤出机的末端采用双真空泵抽小分子，两台真空泵分别连接在所述双螺杆挤出机的第五工作区、第六工作区；
所述第五工作区的真空度设置为-0.08Mpa～-0.09Mpa；
所述第六工作区的真空度设置为-0.08Mpa～-0.09Mpa。
所述双螺杆挤出机包括至少七个工作区，其中，第一工作区至第七工作区的温度为：
一区温度：160℃～165℃，
二区温度：165℃～170℃，
三区温度：170℃～175℃，
四区温度：175℃～180℃，
五区温度：180℃～185℃，
六区温度：185℃～190℃，
七区温度：190℃～185℃。
有益效果：由于采用上述技术方案，本发明将原料选择、助剂控制、工艺优化、金属粉体的相容化设计、配方优化等结合到一起制备出低气味无流痕高光泽免喷涂PP复合材料，不需要特殊设备，使用普通设备即可制备出既具有低气味，高光泽，免喷涂的特性的产品，解决了免喷涂塑料的流痕问题。使产品具有较高的附加值，具有绿色环保的特点，具有低成本的优势，具有很强的市场竞争力，可被广泛应用于汽车零部件的制备。
附图说明
图1为本发明的制备步骤的一种流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，其意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列组成部件或单元的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组成部件或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它部件组成或者组成单元。
在一些实施例中，本发明提出了一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，其包括材料组份，所述材料组份按重量份数包括：
聚丙烯粉体： 100份；
铝颜料： 1份～4份；
相容剂： 10份～30份；
增韧剂： 5份～15份；
成核剂： 0.1份～0.4份；
主抗氧剂： 0.1份～0.5份；
辅助抗氧剂： 0.1份～0.5份；
润滑剂： 0.1份～0.5份；
光稳定剂： 0.1份～0.5份；
吸附剂： 1份～5份；
偶联剂： 0.1份～1份。
其中，聚丙烯为通过氢调法制得的均聚聚丙烯或者共聚聚丙烯，熔融指数为60g/10min～90g/10min，优选60g/10min～80g/10min；粉体目数80目～200目，优选100目～200目；铝颜料为片状铝粉，其粒径800目～1500目，优选1000目～1250目；相容剂为聚丙烯酸接枝丙烯酸，接枝率0.8％～1％，优选0.9％～1％，气味等级≤4；增韧剂为含油苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的共聚物(SBS)，其中苯乙烯含量30％～40％(摩尔含量)，，气味等级≤4级；成核剂为芳酰胺类β-晶型成核剂，其纯度98％～99％，挥发度0.1％～0.5％；主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，纯度≥99％，挥发度≤0.3％，另外，主抗氧剂可选用抗氧剂1010或抗氧剂1076；润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，熔点103℃～105℃，140℃时的粘度为500cps～575cps；光稳定剂为受阻胺类UV-944和紫外线吸收剂苯并三唑类UV-327的混合物，其中，UV-944与UV-327的混合比例1:1～1:3(重量百分比)，优选混合比例1:1～1:2(重量百分比)，气味≤4级；吸附剂为沸石分子筛，优选疏水性沸石分子筛，孔径为0.2纳米～1纳米，目数为1250目～2500目，可选用青岛卓新新材料有限公司的气味吸附剂XW-17；偶联剂为稀土偶联剂，熔点50℃～51℃，稀土含量6％～7％(重量百分比含量)，优选6.5％～7％。
在一些实施例中，如图1所示，本发明提出了一种高光免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1)按材料组份称量铝颜料后放入高速搅拌机中，升温至110℃后持续搅拌30分钟～40分钟，实现去除水份后，然后再分两次加入偶联剂后低速持续搅拌5分钟～10分钟；
步骤2)按材料组份称取增韧剂放入铁盘中，加入30％的环烷油(为增韧剂重量百分比)，搅拌均匀，将含有环烷油和增韧剂的混合物放入烘箱中，在100℃工作温度下烘烤15分钟～20分钟后取出待用；
步骤3)将按重量份数称取聚丙烯粉体、成核剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂、光稳定剂、按步骤1)处理后得到的铝颜料、按步骤2)处理后得到的增韧剂、润滑剂、吸附剂、相容剂放入高速混合机中，高速搅拌混合3分钟～5分钟；
步骤4)将上述混合好的物料置于长径比为36:1～42:1的双螺杆挤出机的主喂料口，经熔融挤出造粒，对挤出物进行冷却、风干、切粒、干燥后得到产品。
其中，双螺杆挤出机的温度设定范围设置为160℃～190℃，螺杆转速设置为300rpm～400rpm。双螺杆挤出机的末端采用双真空泵抽小分子，两台真空泵分别连接在双螺杆挤出机的第五工作区、第六工作区；第五工作区的真空度设置为-0.08Mpa～-0.09Mpa；第六工作区的真空度设置为-0.08Mpa～-0.09Mpa。双螺杆挤出机包括至少七个工作区，其中，第一工作区至第七工作区的温度为：一区温度：160℃～165℃，二区温度：165℃～170℃，三区温度：170℃～175℃，四区温度：175℃～180℃，五区温度：180℃～185℃，六区温度：185℃～190℃，七区温度：190℃～185℃。
本发明按上述材料组分和制备方法，可有如下实施例和对比例：
实施例1、材料组份如下表所示：
对比例1、材料组份如下表所示：
组份名称 组分选型 配比(单位：重量份数)
聚丙烯粉体 PP(30s) 100
铝颜料 片状铝粉 2
相容剂 乙烯丙烯酸共聚物 无
增韧剂 含油SBS 无
成核剂 成核剂芳酰胺类 0.2
主抗氧剂 主抗氧剂 0.3
辅助抗氧剂 辅助抗氧剂168 0.3
润滑剂 润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物 无
光稳定剂 UV944∶UV327＝1∶1 0.3
吸附剂 吸附剂(沸石) 无
偶联剂 稀土偶联剂 无
实施例2、材料组份如下表所示：
组份名称 组分选型 配比(单位：重量份数)
聚丙烯粉体 PP(K7726H) 100
铝颜料 片状铝粉 3
相容剂 乙烯丙烯酸共聚物 15
增韧剂 含油SBS 9
成核剂 成核剂芳酰胺类 0.2
主抗氧剂 主抗氧剂 0.3
辅助抗氧剂 辅助抗氧剂168 0.3
润滑剂 润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物 0.5
光稳定剂 UV944∶UV327＝1∶1 0.3
吸附剂 沸石XW-17 2
偶联剂 稀土偶联剂 0.5
对比例2、材料组份如下表所示：
组份名称 组分选型 配比(单位：重量份数)
聚丙烯粉体 PP(30s) 100
铝颜料 片状铝粉 3
相容剂 乙烯丙烯酸共聚物 无
增韧剂 含油SBS 无
成核剂 成核剂芳酰胺类 0.2
主抗氧剂 主抗氧剂 0.3
辅助抗氧剂 辅助抗氧剂168 0.3
润滑剂 润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物 无
光稳定剂 UV944:UV327＝1:1 0.3
吸附剂 吸附剂(沸石) 无
偶联剂 稀土偶联剂 无
将上述实施例1、实施例2、对比例1、对比例2按上述制备方法的步骤1)至步骤4)实施后，得到下表结果：
测试参数 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
拉伸强度(MPa) 22.4 23.1 22.0 23.0
弯曲强度(MPa) 37.0 42.5 35 42.1
缺口冲击强度(KJ/m2) 13.6 14.8 5.5 6.4
VOC(级) 2 2 4 4
光泽度 99 99 80 80
熔接痕 无 无 有 有
从上表测试数据可知，由于原材料选择的优化，以及吸附剂，润滑剂剂等的加入，结合优化工艺，材料的VOC的数值也大大降低，光泽度高，无熔接留痕，已经能够达到汽车零部件所要求。
力学性能指标按照相应的ASTM标准测试，光泽度测试标准采用光泽度仪测试，标准GB8807-88，熔接痕测试采用目测。
VOC具体测试方法如下：将50克上述完成造粒的粒子，放入气味瓶中，放入烘干箱内2小时，烘干箱温度设定在105℃，试验器皿确保密封严实，将气味瓶从烘干箱中取出后，冷却到65℃，稍微移开瓶体盖子，由受过培训的评定人鼻子离瓶口2厘米至3厘米距离，对其进行评估。材料的气味等级按标准分为:1级:无气味，2，有气味，但无干扰性气味，3，级:有明显气味，但无干扰性气味，4，级:有干扰性气味，5级:有强烈干扰性气味，6级:有不能忍受的气味。由于在汽车零部件材料领域，VOC测试已经成为具有普适性的行业惯用标准测试，因此可作为本申请的测试用例。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，包括材料组份，其特征在于，所述材料组份按重量份数，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为通过氢调法制得的均聚聚丙烯或者共聚聚丙烯，熔融指数为60g/10min～90g/10min，粉体目数80目～200目。
3.根据权利要求1所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述铝颜料为片状铝粉，其粒径800目～1500目。
4.根据权利要求1所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯酸接枝丙烯酸，接枝率0.8％～1％，气味等级≤4；
所述增韧剂为含油苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的共聚物，其中苯乙烯摩尔含量30％～40％，气味等级≤4级；
所述成核剂为芳酰胺类β-晶型成核剂，其纯度98％～99％，挥发度0.1％～0.5％；
所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，纯度≥99％，挥发度≤0.3％。
5.根据权利要求1所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为乙烯丙烯酸共聚物，熔点103℃～105℃，140℃时的粘度为500cps～575cps。
6.根据权利要求1所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的光稳定剂为受阻胺类UV-944和紫外线吸收剂苯并三唑类UV-327的混合物，UV-944与UV-327的混合比例1:1～1:3，气味≤4级，所述吸附剂为沸石分子筛，孔径为0.2纳米～1纳米，目数为1250目～2500目；
所述偶联剂为稀土偶联剂，熔点50℃～51℃，稀土含量6％～7％。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的高光免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下制备步骤：
1)按所述材料组份称量所述铝颜料后放入高速搅拌机中，升温至110℃后持续搅拌30分钟～40分钟，然后再分两次加入偶联剂后低速持续搅拌5分钟～10分钟；
2)按所述材料组份称取所述增韧剂放入铁盘中，加入30％的环烷油，搅拌均匀，将含有环烷油和增韧剂的混合物放入烘箱中，在100℃工作温度下烘烤15分钟～20分钟后取出待用；
3)将按所述材料组份的重量份数称取得到的所述聚丙烯粉体、成核剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂、光稳定剂、按步骤1)处理后得到的铝颜料、按步骤2)处理后得到的增韧剂、润滑剂、吸附剂、相容剂放入在高速混合机中，高速搅拌混合3分钟～5分钟；
4)将上述混合好的物料置于长径比为36:1～42:1的双螺杆挤出机的主喂料口，经熔融挤出造粒，对挤出物进行冷却、风干、切粒、干燥后得到产品。
8.根据权利要求7所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度设定范围设置为160℃～190℃，螺杆转速设置为300rpm～400rpm。
9.根据权利要求7所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的末端采用双真空泵抽小分子，两台真空泵分别连接在所述双螺杆挤出机的第五工作区、第六工作区；
所述第五工作区的真空度设置为-0.08Mpa～-0.09Mpa；
所述第六工作区的真空度设置为-0.08Mpa～-0.09Mpa。
10.根据权利要求7所述的一种高光免喷涂聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机包括至少七个工作区，其中，第一工作区至第七工作区的温度为：
一区温度：160℃～165℃，
二区温度：165℃～170℃，
三区温度：170℃～175℃，
四区温度：175℃～180℃，
五区温度：180℃～185℃，
六区温度：185℃～190℃，
七区温度：190℃～185℃。
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