CN110951203A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，由聚丙烯、弹性体、短切玻璃纤维、加成型液体硅橡胶、引发剂、耐刮擦剂、相容剂、抗氧剂和其他助剂制备而成，将加成型液体硅橡胶和短切玻璃纤维混合后再与聚丙烯熔融共混，获得产品表面极低的光泽，从视觉和触觉上都能达到良好的柔软触感。同时本发明的制备聚丙烯复合材料的拉伸强度可达23MPa以上，弯曲模量可达1600MPa以上，悬臂梁缺口冲击强度可达25KJ/m²以上，具有极好的刚韧平衡，可以广泛应用于各种领域，特别应用于汽车仪表板，副仪表板，门板等汽车内饰件制品中。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，为满足消费者追求舒适性、美观环保等需求，汽车内饰设计不仅要满足安全性能，还要求通过美学设计来让车内实现舒适温馨的感觉。聚丙烯来源丰富，价格低廉、易于加工，具有优异的机械性能和耐化学性能等优点，成为汽车内外饰中用量最大的聚合物，已经广泛的应用于仪表板、副仪表板、门板、立柱、门槛等汽车内饰产品中。传统的聚丙烯材质属于硬质塑料感，注塑成型的制件给人以硬邦邦的感觉，让消费者一种质感差、档次低的感觉，为了提高内饰件的舒适性档次，制造商往往表面会通过喷涂橡胶漆或者皮革包覆等来实现触感和回弹性，以此提升内饰的舒适性，但这种处理方法会存在成本增加、工序复杂、加工效率低、强度不符合要求等缺点，尤其是喷涂还会造成环境污染问题，因此也难以进行推广。通过低成本的材料改性来实现注塑成型后产品依然具有柔软感和回弹性，具有极大的市场价值和应用空间。

发明内容

基于此，本发明提供了一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料由聚丙烯、弹性体、短切剥离纤维、加成型液体硅橡胶、引发剂、耐刮擦剂、相容剂、抗氧剂、其他助剂制备而成，将加成型液体硅橡胶与聚丙烯熔融共混，赋予聚丙烯复合材料良好的柔软感和回弹性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种聚丙烯复合材料，由以下组分按照重量份数制备而成：

进一步的，所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯中的一种或两种的组合，所述聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为10～70g/10min。

进一步的，所述弹性体为乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-丁烯共聚物中的一种或两种的组合。

优选的，所述短切玻璃纤维的长度为5～15mm，直径为4～25μm。

优选的，所述的加成型液体硅橡胶的粘度为50～100Pa·S。

进一步的，所述耐刮擦剂为硅酮母粒、芥酸酰胺中的一种或两种的而组合。

进一步的，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，所述主抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)，所述辅助抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)；

所述引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或两种的组合；

所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，其接枝率为1.5～2.0％。

进一步的，所述其他助剂包括抗静电剂、润滑剂、光稳定剂、着色剂中的至少一种。这里其他助剂的选择和用量不做具体的限定，可根据需要进行调整。

本发明的另一个目的在于提供一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照配比称取加成型液体硅橡胶与短切玻璃纤维高速搅拌，将液体硅橡胶物理包覆在短切玻璃纤维的表面，得到改性玻璃纤维；

(2)照配比称取将聚丙烯、弹性体、引发剂、耐刮擦剂、相容剂、抗氧剂、其他助剂高速共混，形成均匀的混合物料；

(3)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时按照配比称取改性玻璃纤维加入到挤出机的侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为200～220℃，螺杆转速为350～400r/min，真空度为-0.08～-0.06MPa。

本发明的第三个目的在于提供上述聚丙烯复合材料在用于制备汽车内饰件制品中的应用，本发明的聚丙烯复合材料具有优异的力学性能，兼具一定刚性和良好韧性，极低的光泽度，良好的触感，高尺寸稳定性，可通过注塑成型直接得到低光泽、良触感的产品，无需进行二次加工或喷涂，工艺简单、操作方便，成本低，符合绿色环保的发展的理念，非常适合用于汽车仪表板，副仪表板，门板等汽车内饰件制品中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、加成型液体硅橡胶是以含乙烯基的聚有硅氧烷作基础聚合物和含硅氢键的低聚硅氧烷为硫化交联剂，在铂催化剂的作用下，通过加成反应形成具有网络结构的弹性体，具有优异的弹性、极低的硬度、耐热老化性和耐候性极佳，触感柔软舒适，可加工成高质量的加工制品，本发明利用加成型液体硅橡胶的各种特性，通过与聚丙烯熔融共混来改善聚丙烯的质感。

2、采用加成型液体硅橡胶对短切玻璃纤维表面润湿，吸附到短切玻璃纤维表面，在熔融挤出过程中，裸露到短切玻璃纤维表面的乙烯基，在引发剂的作用下，聚丙烯链段与乙烯基封端的加成型液体硅橡胶发生接枝反应，加成型液体硅橡胶与聚丙烯分子链相互缠结，两相达到互溶状态，从而降低复合材料的表面硬度，增强软触感，赋予聚丙烯复合材料极好的柔软感、较好的回弹性，此外还能提高材料的抗冲击性，此外加成型液体硅橡胶一端连接短切玻璃纤维，另一端连接聚丙烯链段，改善玻璃纤维与聚丙烯界面附着力，显著提复合材料的力学性能。

3、本发明的聚丙烯复合材料材料具有优异的力学性能，兼具一定刚性和良好韧性，极低的光泽度，良好的触感，高尺寸稳定性，可通过注塑成型直接得到低光泽、良触感的产品，无需进行二次加工或喷涂，工艺简单、操作方便，成本低，符合绿色环保的发展的理念，能够广泛应用于仪表板、副仪表板、门板、立柱、门槛等汽车内饰中。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

应当说明的是，以下实施例和对比例中所采用的试剂均为市售产品。其中，部分试剂的型号以及供应商如下：嵌段共聚聚丙烯选用扬子石化的K9015、无规共聚聚丙烯选用燕山石化的K4220、加成型液体硅橡胶选用深圳红叶的1212、短切玻璃纤维选用巨石集团的508A，上述试剂只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。

实施例1

(1)称取2份加成型液体硅橡胶与15份短切玻璃纤维在高速机中搅拌，将液体硅橡胶物理包覆短切玻璃纤维的表面，得到改性玻璃纤维；

(2)称取66份嵌段共聚聚丙烯、15份POE、2份聚丙烯接枝马来酸酐、0.5份过氧化二苯甲酰、1份硅酮母粒、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5份硬脂酸钙放入高速混合机中高速共混，形成均匀的混合物料；

(3)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时称取步骤(1)制得的改性短切玻璃纤维加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为200℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.06MPa。

实施例2

(1)称取5份加成型液体硅橡胶与30份短切玻璃纤维在高速机中搅拌，将液体硅橡胶物理包覆短切玻璃纤维的表面，得到改性玻璃纤维；

(2)称取40份嵌段共聚聚丙烯、20份POE、5份聚丙烯接枝马来酸酐、1份偶氮二异丁腈、1.5份硅酮母粒、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.5份硬脂酸钙放入高速混合机中高速共混，形成均匀的混合物料；

(3)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时称取步骤(1)制得的改性短切玻璃纤维加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为220℃，螺杆转速为380r/min，真空度为-0.08MPa。

实施例3

(1)称取3份加成型液体硅橡胶与20份短切玻璃纤维在高速机中搅拌，将液体硅橡胶物理包覆短切玻璃纤维的表面，得到改性玻璃纤维；

(2)称取34份嵌段共聚聚丙烯、20份无规共聚聚丙烯、20份POE、3份聚丙烯接枝马来酸酐、0.75份过氧化二苯甲酰、1.5份硅酮母粒、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.75份硬脂酸钙、1份黑色母、0.5份羟乙基脂肪胺、0.25份二苯甲酮放入高速混合机中高速共混，形成均匀的混合物料；

(3)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时称取步骤(1)制得的改性短切玻璃纤维加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为210℃，螺杆转速为350r/min，真空度为-0.07MPa。

实施例4

(1)称取5份加成型液体硅橡胶与25份短切玻璃纤维在高速机中搅拌，将液体硅橡胶物理包覆短切玻璃纤维的表面，得到改性玻璃纤维；

(2)称取42份嵌段共聚聚丙烯、25份POE、3份聚丙烯接枝马来酸酐、0.75份过氧化二苯甲酰、1.5份硅酮母粒、0.5份芥酸酰胺、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.75份硬脂酸钙放入高速混合机中高速共混，形成均匀的混合物料；

(3)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时称取步骤(1)制得的改性短切玻璃纤维加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为220℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.08MPa。

对比例1

(1)称取42份嵌段共聚聚丙烯、25份POE、5份加成型液体硅橡胶、3份聚丙烯接枝马来酸酐、0.75份过氧化二苯甲酰、1.5份硅酮母粒、0.5份芥酸酰胺、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.75份硬脂酸钙放入高速混合机中高速共混，形成均匀的混合物料；

(2)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时称取25份短切玻璃纤维加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为220℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.06MPa。

对比例2

(1)称取42份嵌段共聚聚丙烯、25份POE、3份聚丙烯接枝马来酸酐、0.75份过氧化二苯甲酰、1.5份硅酮母粒、0.5份芥酸酰胺、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.75份硬脂酸钙放入高速混合机中高速共混，形成均匀的混合物料；

(2)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时称取25份短切玻璃纤维加入到侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为220℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.06MPa。

将上述实施例1～4以及对比例1～2制得的聚丙烯复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试，其拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强、邵氏硬度、光泽度、耐刮擦性，触感，其检测标准与检测结果如表1所示：

表1：实施例1～4及对比例1～2的聚丙烯复合材料主要物性指标

注：上述测试的条件以及测试样条的尺寸如下：

拉伸强度测试所用的样条尺寸为长170mm，端部宽度为20mm，窄边宽度为10mm，拉伸速率为50mm/min；

弯曲强度测试所用的样条尺寸为长80mm，宽10mm，厚度为4mm，弯曲速率为2mm/min；

弯曲模量测试所用的样条尺寸为长80mm，宽10mm，厚度为4mm，弯曲速率为2mm/min；

悬臂梁缺口冲击强度所用的样条尺寸长80mm，宽10mm，厚度为4mm

手感(皮纹面)：5人分别用手触摸皮纹面，独立评价其软硬程度，从硬到软按照硬、较硬、柔软、较柔软4个等级依次评价，皮纹面按照大众汽车K31的标准制作。

本发明通过选择对原料、加成型液体硅橡胶、弹性体、玻璃纤维合适的配比，获得的产品具有更加柔软的触感，获得产品表面极低的光泽，从视觉和触觉上都能达到良好的柔软触感。

采用加成型液体硅橡胶对玻璃纤维表面润湿，吸附到玻璃纤维表面，在熔融挤出过程中，裸露到玻纤表面的乙烯基，在引发剂的作用下，聚丙烯链段与乙烯基封端的液体硅橡胶发生接枝反应，液体硅橡胶与聚丙烯分子链相互缠结，两相达到互溶状态，从而降低复合材料的表面硬度，增强软触感，赋予聚丙烯复合材料极好的柔软感、较好的回弹性，此外还能提高材料的抗冲击性，此外加成型液体硅橡胶一端连接玻璃纤维，另一端连接聚丙烯链段，改善玻璃纤维与聚丙烯界面附着力，显著提复合材料的力学性能。

本发明的制备聚丙烯复合材料的拉伸强度可达23MPa以上，弯曲模量可达1600MPa以上，悬臂梁缺口冲击强度可达25KJ/m²以上，具有极好的刚韧平衡，同时具有很好的耐刮擦性，较低的光泽，可以广泛应用于各种领域，特别应用于汽车仪表板，副仪表板，门板等汽车内饰件制品中。

本发明制备的软触感聚丙烯复合材料工艺简单，成本低，一次性加工成型，适合于工业化连续生产，极具开发应用前景。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下组分按照重量份数制备而成：

2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯中的一种或两种的组合，所述聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为10～70g/10min。

3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述弹性体为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物中的一种或两种的组合。

4.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述短切玻璃纤维的长度为5～15mm，直径为4～25μm。

5.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的加成型液体硅橡胶的粘度为50～100Pa·S。

6.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述耐刮擦剂为硅酮母粒、芥酸酰胺中的一种或两种的组合。

7.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，所述主抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，所述辅助抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；

所述引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或两种的组合；

所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，其中马来酸酐的接枝率为1.5～2.0％。

8.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述其他助剂包括抗静电剂、润滑剂、光稳定剂、着色剂中的至少一种。

9.如权利要求1～8任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照配比称取加成型液体硅橡胶与短切玻璃纤维高速搅拌，将液体硅橡胶物理包覆在短切玻璃纤维的表面，得到改性玻璃纤维；

(2)照配比称取将聚丙烯、弹性体、引发剂、耐刮擦剂、相容剂、抗氧剂、其他助剂高速共混，形成均匀的混合物料；

(3)将所述均匀的混合物料加入挤出机的主料斗中，同时按照配比称取改性玻璃纤维加入到挤出机的侧喂料斗中，经过熔融挤出、造粒，制得聚丙烯复合材料；其中挤出机的挤出温度为200～220℃，螺杆转速为350～400r/min，真空度为-0.08～-0.06MPa。