CN110951168B - 一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，该材料包括如下质量百分比的原料配方：中高流动性抗冲共聚聚丙烯30‑53％；高流动性共聚聚丙烯15‑43％；聚烯烃热塑性弹性体10‑20％；滑石粉粉体10‑20％，炭黑母粒0.8‑1.5％；其制备方法是将上述各成分按配比加入双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出机各段温度设置在160‑220℃，挤出造粒，最终得到产品。该汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，采用中高流动性抗冲共聚聚丙烯和高流动性共聚聚丙烯作为基体树脂，热塑性弹性体增韧，滑石粉粉体作为填充矿物，用炭黑母粒染色，所制备的弹性体材料既具有优异的耐水特性，可以满足乘用车用喷漆保险杠基材的基本物理机械性能的要求，同时具有耐水试验后起泡少的优异特点。

Description

一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料及其成型加工领域，尤其是涉及一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料是主要是通过注塑成型制作汽车保险杠本体，然后经过喷漆（与车身同色）获得保险杠成品。耐水性测试是保险杠零件的各种试验中极其重要的一项测试之一，现行有效的涂层耐水性试验方法有以下4种：常温浸水(240h)试验法、40℃浸水(240h)试验法、浸沸水（48h）试验法和90℃浸水(3h)试验法，然后观察油漆件表面是否有气泡、失光、起皱、变色、脱落等现象。
影响保险杠成品出现起泡的因素较多，包括保险杠基材、油漆、前期处理表面脱脂处理、后续烘烤等，其中保险杠基材是否具有耐水性是重要影响因素，改性聚丙烯作为保险杠基材在上述4中试验方法之一的表现，如起泡尺寸、起泡数量对于后续的成品试验的合格与否，具有重要的影响。若保险杠基材在上述试验中已经失效，则极易造成保险杠成品在同样试验中也出现失效现象。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，通过诸多共聚聚丙烯树脂中选择具有较低熔流比的聚丙烯作为改性PP复合材料的基体，根据汽车主机厂保险杠基体的规格要求（如PP+EPDM-TD10、PP+EPTM-TD15、PP+EPDM-TD20），添加热塑性聚烯烃弹性体、矿物粉体和塑料加工助剂，从而得到具有优异耐水性的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，改善保险杠基体在水环境下的起泡现象。
本发明的另一目的在于提供上述汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，包括如下质量百分比的原料配方：
中高流动性抗冲共聚聚丙烯 30-53%
高流动性共聚聚丙烯 15-43%
聚烯烃热塑性弹性体 10-20%
矿物粉体 10-20%
炭黑母粒 0.8-1.5%
抗氧剂 0.1-0.2%
润滑剂 0.1-0.2%
除酸剂 0.1-0.2%
所述中高流动性抗冲共聚聚丙烯在230℃、载荷2.16KG条件下的熔体流动速率为10-20g/10min，230℃条件下熔流比在3-4之间；
所述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25-32g/10min，190℃条件下的熔流比在3.5-4.0之间。
优选的，所述聚烯烃热塑性弹性体为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或者其混合物。
优选的，所述矿物粉体为塑料填料用滑石粉（1250-5000目）、塑料填料用碳酸钙（800-1250目）中的一种或者两种的混合物。
优选的，所述炭黑母粒为以聚乙烯或聚乙烯蜡为基体的炉法炭黑、热裂解炭黑的一种或几种混合物制成的炭黑母粒，主要起到染色作用。
优选的，所述抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类、半受阻酚类复合物类任意一种或几种的混合物，用于抑制加工过程中产生的降解。
优选的，所述除酸剂选自低硬脂酸复合酯类、酰胺类等的一种或其混合物，作用是为了促进复合物在挤出加工时，捕捉树脂中催化剂残留的卤素小分子。
优选的，所述润滑剂为硅酮类、酯类、酰胺类、聚乙烯类、硬脂酸类、脂肪酸和酯类中的至少一种。
一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将上述将中高流动性抗冲共聚聚丙烯、高流动性共聚聚丙烯、滑石粉粉体、热塑性聚烯烃弹性体、炭黑母粒、抗氧剂、润滑剂、除酸剂一同从位于螺杆挤出机主喂料口加入双螺杆挤出机中，进行熔融物理共混、挤出、水冷、除水、切粒、烘干工序后，得到所述汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料；
所述螺杆挤出机的长径比为(36—48):1，加工温度为160-220℃，螺杆转速400-600rpm，喂料量400-800kg/h。
改性原理：对于PP类聚烯烃材料在挤出加工过程中，其中的小分子聚烯烃极易发生氧化反应，生成烷烃类、醛酮等羰基化合物、醇类、苯类等，而这些有机小分子在水环境和热的作用下，极易从PP基材中迁移到表面，从而在PP基材表面形成鼓包、凹坑等表面不良现象。所以，PP树脂的分子量分布是评定其耐水性的一项重要指标，而熔流比（同一温度下不同负载的MFR比值）是反映高分子材料分子量分布宽度的简易判定方法。熔流比越小，分子量分布越窄，反之亦然。分子量分布较窄的聚丙烯树脂由于本身含有更少的短链聚丙烯，在热和剪切作用下氧化降解生成的有机小分子几率会更少，从而减轻了改性聚丙烯材料的起泡现象，起泡尺寸更小、数量更少，有效的提升了保险杠成品的耐水特性。
相对于现有技术，本发明所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法具有以下优势：
（1）本发明所述的一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，主要采用了低熔流比的聚丙烯树脂作为复合材料的基体，控制基体树脂的熔流比在3-4.2之间，再添加聚烯烃热塑性弹性体、矿物粉体和除酸剂、润滑剂等加工助剂，从而获得了具有优异耐水特性的聚丙烯复合材料，有效提升了乘用车保险杠成品的耐水特性。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
将43kg中海壳牌公司的高流动性共聚聚丙烯EP548R（熔流比为3.7）、30kg中国台湾化纤的中高流动性抗冲共聚聚丙烯K9017（熔流比为3.2），15kgLG化学公司的聚烯烃热塑性弹性体LC670（MFR=5g/10min），10kg辽宁北海公司的滑石粉TYT-777A，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌，0.2kg BS-2818除酸剂，0.1kg润滑剂TR451，在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出机各段温度设置在160-210℃，挤出造粒，最终得到产品。耐水性测试如表2所示。
实施例2
将20kg中海壳牌公司的高流动性共聚聚丙烯EP548R（熔流比为3.7）、43kg中国台湾化纤的中高流动性抗冲共聚聚丙烯K9017（熔流比为3.2），20kg三井化学公司的聚烯烃热塑性弹性体DF610（MFR=1.5g/10min），15kg辽宁北海公司的滑石粉TYT-777A，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌，0.2kg BS-2818除酸剂，0.1kg润滑剂TR451，在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出机各段温度设置在160-210℃，挤出造粒，最终得到产品。耐水性测试如表2所示。
实施例3
将15kg中海壳牌公司的高流动性共聚聚丙烯EP548R（熔流比为3.7）、53kg中国台湾化纤的中高流动性抗冲共聚聚丙烯K9017（熔流比为3.2），10kg三井化学公司的聚烯烃热塑性弹性体DF610（MFR=1.5g/10min），20kg辽宁北海公司的滑石粉TYT-777A，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌，0.2kg BS-2818除酸剂，0.1kg润滑剂TR451，在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出机各段温度设置在160-210℃，挤出造粒，最终得到产品。耐水性测试如表2所示。
对比例1
将43kg上海石化公司的高流动性共聚聚丙烯M2600R（熔流比为4.4）、30kg兰州石化的中高流动性抗冲共聚聚丙烯SP179（熔流比为4.2），15kgLG化学公司的聚烯烃热塑性弹性体LC670（MFR=5g/10min），10kg辽宁北海公司的滑石粉TYT-777A，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌，0.2kg BS-2818除酸剂，0.1kg润滑剂TR451，在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出机各段温度设置在160-210℃，挤出造粒，最终得到产品。耐水性测试如表2所示。
对比例2
将20kg中沙石化的高流动性共聚聚丙烯511MK40T（熔流比为4.2）、43kg燕山石化的高流动性共聚聚丙烯K9829H（熔流比为4.2），20kg三井化学公司的聚烯烃热塑性弹性体DF610（MFR=1.5g/10min），15kg辽宁北海公司的滑石粉TYT-777A，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌，0.2kg BS-2818除酸剂，0.1kg润滑剂TR451，在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出机各段温度设置在160-210℃，挤出造粒，最终得到产品。耐水性测试如表2所示。
对比例3
将15kg上海石化的高流动性共聚聚丙烯M2600R（熔流比为4.4）、45kg燕山石化的高流动性共聚聚丙烯K9829H（熔流比为4.2），18kg三井化学公司的聚烯烃热塑性弹性体DF610（MFR=1.5g/10min），20kg辽宁北海公司的滑石粉TYT-777A，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌，0.2kg BS-2818除酸剂，0.1kg润滑剂TR451，在长径比为40:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出机各段温度设置在160-210℃，挤出造粒，最终得到产品。耐水性测试如表2所示。
原料的型号和生产厂家
牌号 简介、来源
高流动性共聚聚丙烯PP M2600R MFR=28g/10min，熔流比4.4，上海石化
高流动性共聚聚丙烯PP EP548R MFR=26g/10min，熔流比3.7，中海壳牌
高流动性共聚聚丙烯PP 511MK40T MFR=28g/10min，熔流比：4.2，中沙石化
中高流动性抗冲共聚聚丙烯PP SP179 MFR=8 g/10min，熔流比：4.4，兰州石化
高流动性共聚聚丙烯PP K9829H MFR=28 g/10min，熔流比：4.3，燕山石化
中高流动性抗冲共聚聚丙烯PP K9017 MFR=16 g/10min，熔流比：3.2，中国台湾化纤
聚烯烃热塑性弹性体POE DF610 MFR=1.3g/10min乙烯丁烯共聚物，日本三井
聚烯烃热塑性弹性体POE LC670 MFR=5g/10min，乙烯辛烯共聚物，韩国LG
滑石粉TYT-777A 3000目，辽宁北海集团
炭黑母粒2718 50%炭黑含量，美国卡博特公司
抗氧剂1010 四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，受阻酚类抗氧剂，雅宝公司
抗氧剂168 三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，雅宝公司
除酸剂BS-2818 硬脂酸锌，中山华明泰化工公司
润滑剂TR451 复配润滑剂，美国Struktol公司
测试例
将实施例和对比例得到的材料制成相应试样，在40℃温水环境下放置240h后进行测试。
测试结果见表1和表2。
表1 各项性能测试标准
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 实施例1-3和对比例1-3的具体配比（重量份）及测试性能结果
Figure 963879DEST_PATH_IMAGE002
（1）由实施例1-3和对比例1的性能对比可以看出，采用低熔流比（3-4之间）的聚丙烯树脂作为基体，经过增韧和填充以后，所制备的改性聚丙烯复合材料具有良好的耐水性效果；
而高熔流比（4.0以上）的PP树脂作为基体，则起泡密度和起泡大小都出现了不同程度的劣化趋势；
选用低熔流比的PP树脂作为改性聚丙烯基材，改善了保险杠成品在耐湿特性方面的测试效果，提升了保险杠总成在装车后于高温高湿条件下，漆层的起泡密度和起泡大小有很大程度的改善。
（2）由对比例1和对比例2、3的性能对比可以看出，以高流动性共聚聚丙烯和中高流动性抗冲共聚聚丙烯的混合物作为材料基体，相较于使用高流动性共聚聚丙烯作为材料基体，起泡密度和起泡大小都出现了不同程度的优化。
（3）由实施例1和对比例2、3的性能对比可以看出，聚烯烃热塑性弹性体选用乙烯丁烯共聚物或乙烯辛烯共聚物对材料的耐湿特性影响不大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：包括如下质量百分比的原料配方：
中高流动性抗冲共聚聚丙烯 30-53%
高流动性共聚聚丙烯 15-43%
聚烯烃热塑性弹性体 10-20%
矿物粉体 10-20%
炭黑母粒 0.8-1.5%
抗氧剂 0.1-0.2%
润滑剂 0.1-0.2%
除酸剂 0.1-0.2%
所述中高流动性抗冲共聚聚丙烯在230℃、载荷2.16KG条件下的熔体流动速率为10-20g/10min，230℃条件下熔流比在3-4之间；
所述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25-32g/10min，190℃条件下的熔流比在3.5-4.0之间。
2.根据权利要求1所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚烯烃热塑性弹性体为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或者其混合物。
3.根据权利要求1所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述矿物粉体为塑料填料用滑石粉、塑料填料用碳酸钙中的一种或者两种的混合物；
塑料填料用滑石粉为1250-5000目；
塑料填料用碳酸钙为800-1250目。
4.根据权利要求1所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述炭黑母粒为以聚乙烯或聚乙烯蜡为基体的炉法炭黑、热裂解炭黑的一种或几种混合物制成的炭黑母粒。
5.根据权利要求1所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类任意一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述除酸剂选自酰胺类。
7.根据权利要求1所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硅酮类、酯类、酰胺类、聚乙烯类、脂肪酸中的至少一种。
8.一种权利要求1～7任一项所述的汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将上述中高流动性抗冲共聚聚丙烯、高流动性共聚聚丙烯、滑石粉粉体、热塑性聚烯烃弹性体、炭黑母粒、抗氧剂、润滑剂、除酸剂一同从位于螺杆挤出机主喂料口加入双螺杆挤出机中，进行熔融物理共混、挤出、水冷、除水、切粒、烘干工序后，得到所述汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料；
所述螺杆挤出机的长径比为(36—48):1，加工温度为160-220℃，螺杆转速400-600rpm，喂料量400-800kg/h。
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