CN110698769B - 高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚丙烯材料领域，公开了一种高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，原料组成按重量份计包括：30～70份聚丙烯、10～30份弹性体、1～6份低粘度聚丙烯、1～6份界面相容剂、10～25份填充剂、0.5～3份助剂；其制备方法为将聚丙烯、弹性体、低粘度聚丙烯、界面相容剂和助剂置于高速混合机中混合后与填充剂经挤出机熔融共混，造粒得到本发明的聚丙烯复合材料。本发明通过选择高流动性的低粘度聚丙烯和高流动共聚聚丙烯与热塑性聚烯烃弹性体复配做基材，加入填充剂、界面相容剂和弹性体共同到增韧改性，降低光泽度的作用，最终获得具备优异的低光泽度、良好的流动性和极好的常低温抗冲击强度的聚丙烯复合材料，可应用于侧气帘立柱系统。

Description

高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料领域，具体涉及一种高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯因其具有密度小、强度高、耐弯曲疲劳、耐热温度高、耐湿和耐化学性优良、容易加工成型、价格低廉等优点，一直是汽车行业关注的焦点。目前，轿车的内饰材料中聚丙烯材料的用量达到内饰材料总用量的70％以上。随着汽车行业的发展，汽车的安全性与舒适性要求也越来越高，对用于立柱系统的材料进行低光泽化，容易使得车内光线柔和，不会产生明显的镜面反射，对车内人员感光的干扰减少，进一步提升驾驶的安全性与舒适性，符合汽车内饰件材料的发展趋势。立柱上饰板对钣金、车身零件、电子线束和侧撞块等提供经久耐用的包覆功能。这种经久耐用的包覆功能一定程度上是通过立柱饰板背面的高深度的筋位、卡扣等来实现。这种设计需要高的材料流动性进行支撑，来的得到制件良好的填充度，避免表观阴缩与筋位缺损等质量问题。
高流动低光泽侧气帘是贯通在车辆A柱至C柱之间的气帘，也叫帘式气囊，主要起到缓冲车辆受到侧面碰撞对成员造成的伤害。如果发生侧面碰撞事故，传感器会感知到车辆侧面加速度急剧变化，并将信号送达控制装置。如满足帘式安全气囊工作条件，则发生碰撞侧的帘式安全气囊瞬间起爆。帘式气囊是对安全带、正面主安全气囊的安全补充，发生侧面碰撞时，帘式安全气囊会降低车内乘员的头部伤害，防止再次碰撞。这种起爆的爆出位置在立柱与顶衬之间、其结构、爆出方式不同于仪表台、方向盘上的主安全气囊，对材料提出了不同的定义与技术要求。当前，世界各大汽车公司对带高流动低光泽侧气帘的立柱系统爆破制定了相应的标准要求，一般要求具备以下特点：除了要求气囊在常温和高温爆破下无尖锐碎片外，还要求低温～30℃同样满足爆破要求，这就需要用在立柱上的材料具有更好的弹性，由于不要考虑正侧面撞击时对制件的扭曲强度要求，材料的刚性可以适当减弱。
CN 104530573A公开了一种低光泽、低翘曲、软触感车用聚丙烯组合物及其制备和应用，该组合物包括以下质量百分数计的组分：聚丙烯20～48％；弹性体30～40％；填料20～30％；相容剂1～10％；加工助剂0.01～1％。该组合物通过控制原料的用料比得到具有极低光泽度、平整不翘曲、手触有柔软的感觉的材料，但该材料的流动性大幅度降低，无法达到流动性好和光泽度低的平衡。
对于聚丙烯改性材料，高流动性的物料基本上具有低的抗冲击强度，流动性越高，抗冲击强度越难提升。然而高流动低光泽侧气帘要求的耐爆破性能要求材料具有常低温下优异的抗冲击强度，特别是低温抗冲的要求下，需要添加大量的弹性体进行增韧，而弹性体的大量加入容易大幅降低材料流动性，同时也容易造成材料光泽度增加，需要进行平衡解决，难度大。
发明内容
本发明的目的在于提高聚丙烯材料的抗冲击性的同时保持材料的高流动性，通过各原料的复合得到高流动性、低光泽度和抗冲击性三者平衡的聚丙烯材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，原料组成按总量100重量份计，包括：
Figure BDA0002237493140000031
进一步优选地，一种高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，其特征在于，原料组成按总量100重量份计，包括：
Figure BDA0002237493140000032
上述的聚丙烯为高流动共聚聚丙烯和热塑性聚烯烃弹性体(TPO)的复合物；所述的高流动共聚聚丙烯的熔体流动速率为30～120g/10min(230℃，2.16kg)，60度角的光泽低于65度；所述的TPO的熔体流动速率为0.5～8g/10min(230℃，2.16kg)。
进一步优选地，所述聚丙烯中高流动共聚聚丙烯与TPO的质量比为3～7:1。
上述的弹性体选自聚烯烃弹性体(POE)、聚苯乙烯热塑性弹性体(SBCS)、热塑性动态硫化橡胶(TPV)中一种或多种。TPV为烯烃类橡胶和链烯烃类树脂为主要成分的可循环利用的交联型热塑性弹性体，其中树脂作为连续相，橡胶作为分散相。弹性体能够提高聚丙烯材料的抗冲性能，特别是低温抗冲性，由于弹性体与聚丙烯树脂有较大的粘度差异，会导致共混后组合物内部发生相分离变大，弹性体分散尺寸较大，对光线的散射和漫射作用更明显，致使组合物的光泽度变低。
进一步优选地，所述的弹性体为POE、SBCS和TPV的复合物。通常在聚丙烯材料中添加弹性体提高材料的抗冲性会导致材料的流动性一定程度的下降，本发明优选POE、SBCS和TPV三种弹性体共混使用，意外发现由于SBCS材料黏度对剪切力变化敏感，剪切变稀效果明显，流动性良好；同时，其软段具有低的玻璃化转变温度(-60℃左右)，并与聚丙烯存在良好的相容性，容易产生互穿网络结构，能够有效的增加最终产品的流动性，起到充分吸收能量的效果；由于TPV中本身含有聚丙烯，除与聚丙烯的相容性极佳外，材料的流动性也能得到一定程度的改善。致使同时采用SBCS、TPV与POE协同增韧改性PP，既能有效提高材料的低温韧性，吸能效果，还能保持较高的流动性。
另外由于TPV的加入使得PP基体结晶度降低，有效地防止材料生长微裂纹，改善材料的抗冲应力发白现象。
更进一步优选，所述的POE、SBCS和TPV的重量比为4:1～3:1～2。该比例下所得复合材料兼具高流动性、低光泽和耐冲击性。
上述的POE的熔体流动速率为0.2～30g/10min(190℃，2.16kg)；所述的SBCS的熔体流动速率为5～30g/10min(230℃，5kg)；TPV的熔体流动速率为0.5～10g/10min(190℃，5kg)。
进一步优选地，所述的SBCS的熔体流动速率为10～30g/10min(230℃，5kg)，弹性体的流动性越好，最终共混所获得的聚丙烯复合材料的流动性会更好。
上述的低粘度聚丙烯的熔体流动速率不小于800g/10min(230℃，2.16kg)。低粘度聚丙烯由于粘度低，具有极佳的流动性，起到了流动改性剂的作用，能够使复合材料的流动性有所保证，加入低粘度的聚丙烯后有助于提高材料制件时对模具皮纹的复刻程度，使得制件表面纹理的散射效果得到最大程度的体现，致使聚丙烯复合材料的所做制件的光泽度降低。
进一步优选地，所述的低粘度聚丙烯的熔体流动速率不小于1000g/10min(230℃，2.16kg)。
上述的界面相容剂为环氧树脂和/或马来酸酐接枝聚丙烯，界面相容剂能够提高共混物中各相的相容性，进一步提高复合材料的力学强度。
进一步优选地，所述的界面相容剂为环氧树脂和马来酸酐接枝聚丙烯的混合物，发明人意外发现两种相容剂复配使用可降低材料的光泽度；更进一步优选地，所述的环氧树脂与马来酸酐接枝聚丙烯的重量比为1：1～4。
上述的填充剂选自滑石粉、云母粉、纳米蒙脱土中一种或多种。
一般情况下，填充剂的添加无法兼顾复合材料的强度和冲击韧性。发明人意外发现，与添加单种填充剂相比，当所述的填充剂为滑石粉、云母粉和纳米蒙脱土的混合物时，复合材料强度有所提高的同时还保持较好冲击韧性，并且进一步降低光泽度。更进一步优选，其中滑石粉、云母粉和纳米蒙脱土的重量比例为10：5～10：2～5。该比例下所得复合材料兼具高流动性、低光泽和耐冲击性。
进一步优选地，滑石粉的粒径在5000目以上；云母粉的粒径在1250目以上。填充剂的粒径越大，粗糙度越明显，光泽度越低，有利于降低复合材料的光泽度。
上述的助剂为抗氧剂和/或耐刮擦剂，还可以根据需要添加其他本领域人员熟知的助剂。
本发明还提供了一种上述高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将30～70份聚丙烯、10～30份弹性体、1～6份低粘度聚丙烯、1～6份界面相容剂和0.5～3份助剂置于高速混合机中混合，获得混合物；
(2)将步骤(1)所得混合物和10～25份填充剂经挤出机180～230℃熔融共混，造粒得到所述高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料。制备过程中挤出机的主机转速设定为400～800转/分钟。
本发明通过选择高流动性的低粘度聚丙烯和高流动共聚聚丙烯与POE复配做基材，加入滑石粉等填充剂和界面相容剂来增强复合材料的强度，起到协同补强与消光的作用；再加入玻璃化转变温度低于～50℃的POE和/或SBCS、TPV，起到协同增韧改性的温和低温抗冲击强度的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料。
本发明所提供的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料可应用在侧气帘立柱系统，满足其低光泽度、高流动性和耐冲击性能兼具的条件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明公开的聚丙烯复合材料具有优良的常低温冲击性能、良好的流动性和优异的低光泽度，通过原料之间的复配达到各项性能的平衡解决，克服了现有技术中添加弹性体即会降低材料流动性的不足。
(2)本发明提供了多种弹性体复配能够提高聚丙烯材料的流动性的研究结果，为本领域人员提高材料流动性提供了一种新的解决方案和思路。
(3)本发明公开的聚丙烯复合材料的制备方法工艺简单，无需复杂的前处理或后处理，制备过程无污染物排放，绿色环保。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围内。
具体实施方式中性能测试标准：密度测试按ISO 1183～1标准执行；拉伸强度按ISO 527～2标准执行，速度50mm/min；弯曲强度和弯曲模量测试按ISO 178标准执行，速度为2mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按ISO 180标准执行，摆锤4J；熔体流动速率按ISO 1133标准执行，测试条件为230℃，2.16kg。
具体实施方式中所使用原料如下：
组分 原料厂家与牌号信息
高流动共聚聚丙烯 燕山石化K7780，熔体流动速率为80g/10min(230℃，2.16kg)
TPO 燕山石化9001，熔体流动速率为1.2g/10min(230℃，2.16kg)
POE 美国陶氏8150，熔体流动速率为0.5g/10min(190℃，2.16kg)
SEBS 美国科腾1657，熔体流动速率为22g/10min(230℃，5kg)
TPV 日本三井W600NE，熔体流动速率为3.9g/10min(190℃，5kg)
低粘度聚丙烯 巴塞尔MF650Y，熔体流动速率为1800g/10min，(230℃，2.16kg)
环氧树脂 市售，牌号为604
马来酸酐接枝聚丙烯 日之升CMG 5001
纳米蒙脱土 浙江丰宏DK4
滑石粉 意大利IMIFABI HTP2L
云母 格锐GM-6
抗氧剂 德国巴斯夫抗氧剂168和1010按重量比1:2复配
刮擦剂 德国赢创TEGOMER Antiscratch 100
实施例和对比例原料组分如表1所示，实施例和对比例的制备方法为：将高流动共聚聚丙烯、TPO、低粘度聚丙烯、POE、SEBS、TPV、环氧树脂、马来酸酐接枝聚丙烯、抗氧剂和耐刮擦剂，在搅拌锅中高速搅拌3～5分钟，混合均匀得到混合物；
将上述混合物放入挤出机主喂料料斗，侧喂料口加入滑石粉，云母粉和纳米蒙脱土的混合物，经双螺杆挤出机180℃～230℃熔融共混，造粒制备得到高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料或聚丙烯复合材料。
表1实施例和对比例的原料组分表
Figure BDA0002237493140000081
实施例和对比例中所得聚丙烯复合材料经各项测试所得数据如表2所示。经分析实施例1跟实施例3发现，经过不同弹性体的协同作用，材料的常温与低温抗冲击性得到明显提高，光泽度有一定降低，流动性有一定提升；
通过对比实施例1跟实施例4发现，添加复合的界面相容剂，具有更好的强度与更低的光泽度，流动性有轻微降低；
通过对比实施例1跟实施例5发现，添加云母粉与纳米蒙脱土进行协同配合，有助于提高材料的强度、冲击韧性、降低光泽度；
通过对比实施例1跟对比例1发现，添加低粘度聚丙烯的情况下，材料光泽度有明显降低，抗冲击性能与流动性有一定幅度降低。
通过对比实施例1与对比例2、对比例3和对比例4可以看出，通过本发明的配方能够得到兼具高流动性、高抗冲性和低光泽度的聚丙烯复合材料。
表2各实施例和对比例中聚丙烯复合材料的性能参数表
Figure BDA0002237493140000091

Claims (7)

1.一种高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，其特征在于，原料组成按总量100重量份计，包括：
聚丙烯 30~70份；
弹性体 10~30份；
低粘度聚丙烯 1~6份；
界面相容剂 1~6份；
填充剂 10~25份；
助剂 0.5~3份；
所述的聚丙烯为高流动共聚聚丙烯和热塑性聚烯烃弹性体的复合物，所述的高流动共聚聚丙烯在230℃，载荷2.16kg条件下的熔体流动速率为30~120 g/10min；
所述的界面相容剂为环氧树脂和马来酸酐接枝聚丙烯的混合物，其中，环氧树脂与马来酸酐接枝聚丙烯的重量比为1：1~4；
所述的低粘度聚丙烯在230℃，载荷2.16kg条件下的熔体流动速率不小于800 g/10min。
2.根据权利要求1所述的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的弹性体选自聚烯烃弹性体、聚苯乙烯热塑性弹性体、热塑性动态硫化橡胶中一种或多种。
3.根据权利要求2所述的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的弹性体为聚烯烃弹性体、聚苯乙烯热塑性弹性体和热塑性动态硫化橡胶的复合物，所述的聚烯烃弹性体、聚苯乙烯热塑性弹性体和热塑性动态硫化橡胶的重量比为4:1~3:1~2。
4.根据权利要求1所述的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的填充剂选自滑石粉、云母粉、纳米蒙脱土中一种或多种。
5.根据权利要求4所述的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的填充剂为滑石粉、云母粉和纳米蒙脱土的混合物，其中滑石粉、云母粉和纳米蒙脱土的重量比例为10：5~10：2~5。
6.根据权利要求1~5任一项权利要求所述的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将30~70份聚丙烯、10~30份弹性体、1~6份低粘度聚丙烯、1~6份界面相容剂和0.5~3份助剂置于高速混合机中混合，获得混合物；
（2）将步骤（1）所得混合物和10~25份填充剂经挤出机180~230℃熔融共混，造粒得到所述高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料。
7.根据权利要求1~5任一项权利要求所述的高流动低光泽耐冲击聚丙烯复合材料在侧气帘立柱系统中的应用。
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