CN110698764A - 一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：首先称取聚丙烯树脂、二氧化硅螺旋纳米棒以及金属粉体在至少170℃的温度下，捏合至少60min得到初混物；之后称取辅助材料均匀加入初混物中；之后通入挤出机中熔融挤出；挤出坯料冷却，定形得到车用免喷涂聚丙烯材料。本发明通过引入二氧化硅螺旋纳米棒并对聚丙烯基材和二氧化硅螺旋纳米棒进行预先的捏合处理，促进和强化了二氧化硅螺旋纳米棒的螺旋结构与聚丙烯树脂的分子链发生缠绕，从而提高了聚丙烯基材的力学性能，进而可以改善材料注塑产品的表观形貌和力学性能，从而扩展了本材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料领域，尤其涉及一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法。
背景技术
随着汽车产业的不断发展，新材料、新技术的应用为零部件的开发提供了新的思路。汽车内外饰塑料产品通常采用油漆喷涂，不仅工序繁杂，对环境也造成了很大的污染。免喷涂材料是在塑料原材料中添加金属粉，直接注塑即可使制品呈现喷涂外观效果的材料。如今，一些内外饰免喷涂件逐渐取代了喷漆件进入市场。免喷涂材料的应用在一定程度上简化了汽车内外饰件的成型工艺，提升了产品竞争力，有益于中国汽车塑料的发展。但是免喷涂件的力学性能往往比常规工艺得到的工件的力学性能要差，从而限制了其的应用范围。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种注塑产品力学性能好的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提供了一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：首先称取聚丙烯树脂、二氧化硅螺旋纳米棒以及金属粉体在至少170℃的温度下，捏合至少60min得到初混物；之后称取辅助材料均匀加入初混物中；之后通入挤出机中熔融挤出；挤出坯料冷却，定形得到车用免喷涂聚丙烯材料。
作为一种优选方案，所述聚丙烯树脂、二氧化硅螺旋纳米棒、金属粉体的质量配比为100：10-25：2-5。
作为一种更优选方案，所述金属粉体为聚乙烯蜡包覆的铝粉。
作为一种优选方案，所述辅助材料包括环戊二烯、直链烷基磺酸盐、填料、相容剂以及抗氧化剂。
作为一种更优选方案，所述环戊二烯、直链烷基磺酸盐、填料、相容剂、抗氧化剂与初混物的质量配比为4.4-7.9：2.4-7.1：15.7-26.5:0.8-2.7：0.8-2.4:100。
作为一种优选方案，所述捏合速度为50-120rpm。
作为一种优选方案，所述挤出机中的温度不低于175℃。
作为一种优选方案，所述坯料采用循环水冷却。
本发明的有益技术效果在于：提供了一种注塑产品力学性能好的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法。本发明通过引入二氧化硅螺旋纳米棒并对聚丙烯基材和二氧化硅螺旋纳米棒进行预先的捏合处理，促进和强化了二氧化硅螺旋纳米棒的螺旋结构与聚丙烯树脂的分子链发生缠绕，从而提高了聚丙烯基材的力学性能，进而可以改善材料注塑产品的表观形貌和力学性能，从而扩展了本材料的应用范围。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、二氧化硅螺旋纳米棒25质量份以及金属粉体2质量份；在180℃的温度下，捏合90min得到初混物，捏合速度为100rpm；
在该步骤中，利用捏合过程中的剪切和挤压，促进和强化了二氧化硅螺旋纳米棒的螺旋结构与聚丙烯树脂的分子链发生缠绕，从而提高了聚丙烯基材的力学性能，从而可以改善材料注塑产品的表观形貌和力学性能；
其中：聚丙烯树脂在230℃的温度下，2.16kg负载下的流动速率为40-60g/min；二氧化硅螺旋纳米棒通过D-缬氨酸衍生物的手性诱导，采用常规的溶胶-凝胶法制得；
金属粉体为聚乙烯蜡包覆的铝粉，通过将铝粉加入融化的聚乙烯蜡（聚乙烯蜡和铝材的质量比为5-8：1）中搅拌并超声，之后冷却、固化而得到；铝粉粒径在10-20µm；
（2）称取环戊二烯10质量份、直链烷基磺酸盐7质量份、填料20质量份、相容剂1质量份以及抗氧化剂1质量份，直接均匀加入初混物中，混合2min；
其中：环戊二烯具有低温交联，高温解聚的性能；在常温下自动发生二聚反应生成双环戊二烯，使分子结构发生交联，其与聚丙烯分子链缠绕在一起，提高了材料注塑产品的力学性能和表观形貌；当温度到170℃时双环戊二烯发生解聚反应，形成环戊二烯，从而不会影响聚丙烯树脂的高温加工性；
直链烷基磺酸盐为十六烷基磺酸钠，其加入有利于提高金属粉体和聚丙烯基材的相容性，减少流痕的产生；
填料为粒径在10-20µm的滑石粉；相容剂为苯乙烯接枝马来酸酐；抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂；
（3）将上述混合物通入双螺杆挤出机中进行熔融挤出；其中挤出机各工区温度为：一区180℃，二区200℃，三区205℃，四区210℃，五区210℃，六区215℃，七区215℃，八区220℃，九区220℃，十区225℃；原料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min；压力为15-18MPa；
（4）挤出坯料循环水冷却，循环水温度控制在10℃；之后造粒得到车用免喷涂聚丙烯材料。
实施例2
本发明提供了一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、二氧化硅螺旋纳米棒18质量份以及金属粉体5质量份；在170℃的温度下，捏合80min得到初混物；捏合速度为50rpm；
（2）称取环戊二烯7质量份、直链烷基磺酸盐3质量份、填料25质量份、相容剂2质量份以及抗氧化剂3质量份，直接均匀加入初混物中，混合2min；
（3）将上述混合物通入双螺杆挤出机中进行熔融挤出；其中挤出机各工区温度为：一区180℃，二区200℃，三区200℃，四区210℃，五区210℃，六区215℃，七区220℃，八区220℃，九区220℃，十区225℃；原料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min；压力为15-18MPa；
（4）挤出坯料循环水冷却，循环水温度控制在15℃；之后造粒得到车用免喷涂聚丙烯材料；
其中：所用材料性能与实施例1相同。
实施例3
本发明提供了一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、二氧化硅螺旋纳米棒10质量份以及金属粉体3质量份；在185℃的温度下，捏合60min得到初混物；捏合速度为120rpm；
（2）称取环戊二烯5质量份、直链烷基磺酸盐8质量份、填料30质量份、相容剂3质量份以及抗氧化剂2质量份，直接均匀加入初混物中，混合2min；
（3）将上述混合物通入双螺杆挤出机中进行熔融挤出；其中挤出机各工区温度为：一区190℃，二区205℃，三区205℃，四区210℃，五区210℃，六区215℃，七区225℃，八区230℃，九区230℃，十区230℃；原料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min；压力为15-18MPa；
（4）挤出坯料循环水冷却，循环水温度控制在25℃；之后造粒得到车用免喷涂聚丙烯材料；
其中：所用材料性能与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，区别在于：不加入二氧化硅螺旋纳米棒，不经过实施例1的步骤（1）。
具体为：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、金属粉体2质量份、环戊二烯10质量份、直链烷基磺酸盐7质量份、填料20质量份、相容剂1质量份以及抗氧化剂1质量份，混合2min；
（2）将上述混合物通入双螺杆挤出机中进行熔融挤出；其中挤出机各工区温度为：一区180℃，二区200℃，三区205℃，四区210℃，五区210℃，六区215℃，七区215℃，八区220℃，九区220℃，十区225℃；原料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min；压力为15-18MPa；
（3）挤出坯料循环水冷却，循环水温度控制在10℃；之后造粒得到车用免喷涂聚丙烯材料。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，区别在于：不经过实施例1的步骤（1）的捏合工艺。
具体为：
（1）称取聚丙烯树脂100质量份、二氧化硅螺旋纳米棒25质量份、金属粉体2质量份、环戊二烯10质量份、直链烷基磺酸盐7质量份、填料20质量份、相容剂1质量份以及抗氧化剂1质量份，混合2min；
（2）将上述混合物通入双螺杆挤出机中进行熔融挤出；其中挤出机各工区温度为：一区180℃，二区200℃，三区205℃，四区210℃，五区210℃，六区215℃，七区215℃，八区220℃，九区220℃，十区225℃；原料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min；压力为15-18MPa；
（3）挤出坯料循环水冷却，循环水温度控制在10℃；之后造粒得到车用免喷涂聚丙烯材料。
性能测试：
将实施例1-3及对比例1-2所提供的免喷涂聚丙烯材料注塑成部件后进行性能测试。
拉伸强度测试：参考标准：ISO527-2；测试条件：跨距50mm，速度50mm/min。
弯曲强度测试：参考标准：ISO178；测试条件：跨距64mm，速度2mm/min。
缺口冲击强度测试：参考标准：ISO179-1；测试条件：跨距40mm，缺口深度1/3D。
检测结果如下：
实施例1：拉伸强度：30Mpa、弯曲强度：41 Mpa、缺口冲击强度： 25kJ·m-2、外观：部件表面无气痕、无虎皮纹、无目视白点。
实施例2：拉伸强度：29Mpa、弯曲强度：39Mpa、缺口冲击强度： 24kJ·m-2、外观：部件表面无气痕、无虎皮纹、无目视白点。
实施例3：拉伸强度：26Mpa、弯曲强度：37Mpa、缺口冲击强度： 22kJ·m-2、外观：部件表面无气痕、无虎皮纹、无目视白点。
对比例1：拉伸强度：17Mpa、弯曲强度：26Mpa、缺口冲击强度：15kJ·m-2、外观：部件表面有气痕及虎皮纹。
对比例2：拉伸强度：21Mpa、弯曲强度：31Mpa、缺口冲击强度：19KJ·m-2、外观：部件表面基本无气痕、无虎皮纹。
根据检测结果可以发现：
（1）对比例1的注塑成型的部件其力学性能和表观要明显差于实施例1-3的部件，也劣于对比例2；说明二氧化硅螺旋纳米棒的加入，通过与聚丙烯基材分子链的缠绕可以改善材料注塑产品的表观形貌和力学性能。
（2）对比例2的注塑成型的部件的力学性能要明显差于实施例1，说明对聚丙烯基材和二氧化硅螺旋纳米棒进行预先的捏合处理，有利于促进和强化二氧化硅螺旋纳米棒的螺旋结构与聚丙烯树脂的分子链发生缠绕，从而改善了材料的力学性能。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (8)
1.一种车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：首先称取聚丙烯树脂、二氧化硅螺旋纳米棒以及金属粉体在至少170℃的温度下，捏合至少60min得到初混物；之后称取辅助材料均匀加入初混物中；之后通入挤出机中熔融挤出；挤出坯料冷却，定形得到车用免喷涂聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯树脂、二氧化硅螺旋纳米棒、金属粉体的质量配比为100：10-25：2-5。
3.根据权利要求2所述的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述金属粉体为聚乙烯蜡包覆的铝粉。
4.根据权利要求1所述的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述辅助材料包括环戊二烯、直链烷基磺酸盐、填料、相容剂以及抗氧化剂。
5.根据权利要求4所述的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述环戊二烯、直链烷基磺酸盐、填料、相容剂、抗氧化剂与初混物的质量配比为4.4-7.9：2.4-7.1：15.7-26.5:0.8-2.7：0.8-2.4:100。
6.根据权利要求1所述的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述捏合速度为50-120rpm。
7.根据权利要求1所述的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述挤出机中的温度不低于175℃。
8.根据权利要求1所述的车用免喷涂聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述坯料采用循环水冷却。
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