CN111592715B - 一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料及汽车外水切 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车零部件材料技术领域，具体涉及一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料及汽车外水切。本发明的改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：PP树脂I：10‑60份、PP树脂II：10‑60份、填料：10‑30份、抗氧剂：0.2‑1份、光稳定剂：0.2‑2份、塑化剂：0‑3份、相容剂：1‑5份、色母粒：1‑5份、交联剂：0.5‑3份、阻聚剂：0.2‑1份。本发明选用不同熔体质量流动速率的PP树脂为基体，通过特殊的阻聚剂、复配塑化剂、相容剂改善材料的加工性能，提高材料塑化能力，改善产品表面细腻度并且本发明的材料具有较宽的加工温度范围，对设备塑化能力要求较低，普适性强，满足高质量汽车外水切的生产需求。

Description

一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料及汽车外水切
技术领域
本发明属于汽车零部件材料技术领域，涉及一种改性聚丙烯材料，具体涉及一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料及汽车外水切。
背景技术
改性聚丙烯(PP树脂)是汽车领域常用的材料之一，目前汽车市场上普遍用改性挤出级聚丙烯和热塑性硫化橡胶(TPV)材料通过挤出成型来制备汽车外水切。其中，PP+30％TD改性PP材料用于生产外水切骨架，PP+20％TD改性PP材料用于生产外水切表面，TPV材料用于生产外水切Lip。外水切表面作为外观面，表面不能有晶点，细腻度要求高，PP+20％TD材料的性能直接决定了外水切产品的外观质量。
然而，当前改性挤出级聚丙烯材料一般用于管材、片材等对加工成型和外观要求较低的领域，在应用于汽车外水切、薄膜等对外观要求很高的场合时，传统的挤出级改性聚丙烯材料通常会出现表面晶点多、表面细腻度差等问题，少部分外观较好的材料对挤出设备塑化能力要求高，生产的产品比较单一化，普适性低，且会增加生产加工能耗和成本。因此现有的挤出级聚丙烯材料无法保证产品具有较高的表面细腻度同时满足塑化性能好、且经济高效的生产要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，具有易塑化且表面细腻度高的优点，解决了传统挤出级改性聚丙烯材料挤出成型后产品表面晶点多、细腻度差和塑化困难的问题。
本发明的上述目的通过以下技术方案得以实施：
一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：
PP树脂I：10-60份
PP树脂II：10-60份
填料：10-30份
抗氧剂：0.2-1份
光稳定剂：0.2-2份
塑化剂：0-3份
相容剂：1-5份
阻聚剂：0.2-1份
色母粒：1-5份。
优选地，本发明所述的PP树脂I在230℃、2.16KG条件下的熔体质量流动速率为0.3-3g/10min，PP树脂II在230℃、2.16KG条件下的熔体质量流动速率为1-5g/10min，并且PP树脂II的熔体质量流动速率大于PP树脂I的熔体质量流动速率。
聚丙烯树脂的熔体质量流动速率对产品的力学性能和加工性能都有一定影响。当熔体质量流动速率增加时，流动性提高，但力学性能、剪切应力和剪切粘度都会相应下降；而若聚丙烯的熔体质量流动速率过小，复合材料的流动性差，则增加加工难度，降低挤出造粒的效率。因此本发明采用两种不同流动性的PP树脂复配使用，可使改性后的聚丙烯材料兼备良好的加工性和较高的熔体强度。
进一步优选，本发明的高细腻度挤出级改性聚丙烯材料包括以下重量份数的组分：
PP树脂I：15份
PP树脂II：45份
填料：20份
抗氧剂：0.4份
光稳定剂：0.6份
塑化剂：1.5份
相容剂：2份
阻聚剂：0.5份
色母粒：3份。
优选地，本发明所述的填料为碳酸钙、滑石粉或硅灰石中的一种或多种。
优选地，本发明所述的抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类复配抗氧剂，其中受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂的复配比例为2-5:1(w/w)。
进一步优选，所述受阻酚类抗氧剂可以选自抗氧剂1010、1076、168、1024、1035、1098、1726中的一种或几种。
进一步优选，所述亚磷酸酯类抗氧剂可以选自抗氧剂P-EPQ、618、626、PEP-36、HP-10中的一种或几种。
优选的，所述光稳定剂选自光稳定剂622、770、944、445、5057中的一种或几种。
优选地，本发明所述的塑化剂为磷酸二苯基辛基酯、二丙二醇二苯甲酸酯、顺丁烯二酸二丁酯、己二酸二辛脂、柠檬酸三丁酯、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡(PE蜡)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA蜡)中的至少两种的混合物。
本发明通过添加少量塑化剂可减小改性聚丙烯材料熔体的剪切黏度。其中小分子的硬脂酸锌和硬脂酸钙可嵌入大分子聚合物链之间，减小分子间的作用力，使分子链间的运动加快，减少聚丙烯分子链之间的缠绕，增大分子间的距离，从而降低复合材料的熔体粘度，大大改善加工过程中的熔体流动性。小分子塑化剂的微量添加对聚丙烯材料的其他性能影响较小，若其添加量过高或超过体系饱和添加量时，容易迁移至制品表面，反而降低其表面性能。而PE蜡和EVA蜡可通过分子热运动削弱分子链间的作用力，使塑化剂大分子插入到聚丙烯分子间隙中，在复合材料冷却后，塑化剂分子仍留在其插入的部位，具有更好的内部润滑作用。因此本发明采用多种塑化剂复配使用，可大大提升材料的塑化能力，同时也有利于改善材料外观、减少产品表面晶点，使改性聚丙烯材料制品具有更好的表面细腻度。
进一步优选，本发明所述的塑化剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙中的一种和PE蜡或EVA蜡中的一种按质量比3:(1-2)混合的复配塑化剂。
优选地，本发明所述的相容剂为聚丙烯接枝物，具体为聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)、聚丙烯接枝丙烯酸(PP-g-AA)、聚丙烯接枝甲基丙烯酸环氧丙酯(PP-g-GMA)、聚丙烯接枝三甲基丙烯酸酯(PP-g-TMA)、聚丙烯接枝唑啉(PP-g-OXA)中的一种或几种。
进一步优选，本发明所述相容剂为PP-g-MAH相容剂，接枝率为1.8％。
PP-g-MAH相容剂含有强极性基团，与无机填料有很强的作用力，还可与基体PP树脂产生缠结和共结晶，从而起到交联点的作用。本发明的PP-g-MAH相容剂可改善PP树脂与无机填料之间的相容性，提高材料力学性能。
然而，加入聚丙烯接枝物会增加分子交联点，使复合材料的粘度增加，流动性变差，挤出成型困难，同时会使制品表面产生较多晶点。另一方面，聚丙烯树脂为部分结晶的非极性聚合物，粘度较大时也会使产品表面晶点较多，影响外观性能。本申请在改性聚丙烯材料中还加入了少量阻聚剂可有效降低聚丙烯大分子间的交联，减少制品表面的晶点。同时，一定量的阻聚剂还能改善复合材料的流动性，但当体系中各组分处于均衡状态时，再增加阻聚剂的含量对流动性就无明显改善作用。
本发明的相容剂和阻聚剂均起到调节PP树脂交联度的作用，两者同时加入基体材料中，一方面有利于改善PP树脂与无机填料间的相容性，另一方面避免聚丙烯大分子间的过度交联，从而有效保证材料流动性，减少改性聚丙烯材料表面的晶点数量，改善制品外观。
优选地，本发明所述阻聚剂为对苯二酚、对苯醌、吩噻嗪、对叔丁基邻苯二酚、甲基氢醌、对羟基苯甲醚中的一种或几种。
优选地，本发明所述的色母粒为以PE树脂为载体、炭黑为颜料的黑色母粒。
本发明还提供了一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取组分原料，将10-60份PP树脂I、10-60份PP树脂II、10-30份填料、0.2-1份抗氧剂、0.2-2份光稳定剂、0-3份塑化剂、1-5份相容剂、0.2-1份阻聚剂、1-5份色母粒投入混合搅拌机中混合均匀；
(2)再将混合好的原料加入到双螺杆挤出机共混造粒，双螺杆挤出机的温度设定为190-220℃，主机转速为300-400rpm，挤出的料条通过水槽冷却和切粒成型，制得高细腻度挤出级改性聚丙烯材料。
挤出级聚丙烯材料在挤出成型时的反应温度和螺杆转速对制品的外观也有一定影响，随着反应温度的升高，PP树脂的交联程度增加，同时也会增加制品表面的晶点数量；而若设定的温度过低，会降低熔体材料的流动性，不利于加工成型。螺杆转速增加会使熔体材料的热剪切增大，引发PP树脂部分交联，导致表明晶点数量增多。因此，本发明在改性聚丙烯材料的挤出工艺中，需控制双螺杆挤出机的温度和主机转速在合适的范围内，以保证复合材料具有较好的流动性和加工性，并且制得的产品表面无晶点，细腻度高。
优选地，本发明高细腻度挤出级改性聚丙烯材料的制备方法中所用双螺杆挤出机的长径比47-55:1，螺杆直径为33-38mm。
本发明还提供一种由上述高细腻度挤出级改性聚丙烯材料制得的汽车外水切。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明的高细腻度挤出级聚丙烯材料通过特殊的配方和工艺设计，使制得的产品表面细腻度高，满足挤出成型生产对制品外观的要求，应用于汽车外水切的生产具有明显优势；
(2)本发明选用不同熔体质量流动速率的PP树脂为基体，兼备良好的加工性和较高的熔体强度，同时通过不同分子量的塑化剂复配使用提升材料的塑化能力；
(3)本发明通过相容剂和阻聚剂的共同作用调节PP树脂交联度，在改善树脂基体与无机填料相容性的同时，保证材料流动性，同时有效减少制品表面晶点数量，改善表面细腻度；
(4)本发明通过配方的优化设计，使材料具有较宽的加工温度范围，对设备塑化能力要求较低，普适性强，同时优化挤出工艺参数，保证复合材料有较好的流动性和加工性，满足高质量汽车外水切的生产需求。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。
一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，包括如下重量份数的组分：
PP树脂I：10-60份
PP树脂II：10-60份
填料：10-30份
抗氧剂：0.2-1份
光稳定剂：0.2-2份
塑化剂：0-3份
相容剂：1-5份
阻聚剂：0.2-1份
色母粒：1-5份。
所述PP树脂I在230℃、2.16KG条件下的熔体质量流动速率为0.3-3g/10min，PP树脂II在230℃、2.16KG条件下的熔体质量流动速率为1-5g/10min。
本发明实施例中高细腻度挤出级改性聚丙烯材料是通过如下方法制得的：
(1)按比例称取组分原料，并在混合搅拌机中混合均匀；
(2)将混合好的原料加入到双螺杆挤出机共混造粒，双螺杆挤出机的长径比52:1，螺杆直径为36mm；双螺杆挤出机的温度设定为190-220℃，主机转速为300-400rpm，挤出的料条通过水槽冷却和切粒成型，制得高细腻度挤出级改性聚丙烯材料。
实施例1-6
实施例1-6提供高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，原料组分的重量份数如表1所示。实施例1-6中PP树脂I在230℃、2.16KG条件下的熔体质量流动速率为0.5g/10min，PP树脂II的熔体质量流动速率为2g/10min；填料为滑石粉意米法比HTPUltra5L；抗氧剂为巴斯夫1010、168的复配抗氧剂；光稳定剂为770；相容剂为PP-g-MAH相容剂，接枝率为1.8％；阻聚剂为对苯二酚。
表1实施例1-6中改性聚丙烯材料组分的重量份数
Figure BDA0002496945250000071
对比例1
对比例1中改性聚丙烯材料与实施例4的区别仅在于将PP树脂II替换为等量的PP树脂I，其他组分份数及制备方法均与实施例4一致。
对比例2
对比例2中改性聚丙烯材料与实施例4的区别仅在于将PP树脂I替换为等量的PP树脂II，其他组分份数及制备方法均与实施例4一致。
对比例3
对比例3中改性聚丙烯材料与实施例4的区别仅在于不包含阻聚剂，其他组分份数及制备方法均与实施例4一致。
对比例4
对比例4中改性聚丙烯材料与实施例4的区别仅在于将塑化剂的重量份数增加至4份，其他组分份数及制备方法均与实施例4一致。
分别采用如下测试方法及标准对实施例1-6和对比例1-4制得的挤出级改性聚丙烯材料进行性能测试：
密度：按照ISO 1183标准进行，测试条件为：A法；
邵氏硬度：按照ISO 7619-1标准进行，测试条件为：常温15S延迟；
熔体质量流动速率：按照ISO 1133-1标准进行，测试条件为：温度230℃，负载2.16kg；
表面细腻度：生产外水切产品，目视判定。
性能测试结果如表2所示。
表2实施例1-6和对比例1-4材料性能参数
Figure BDA0002496945250000081
对比以上实施例1-4及实施例6的结果可知，增加基体原料中PP树脂II的比例可增加复合材料的熔体流动速率，有利于改善产品表面细腻度。对比例1-2的邵氏硬度和表面细腻度相比于实施例4明显降低，可见本发明采用不同熔体流动速率的PP树脂作为基体材料，两种不同流动性PP树脂的复配可使改性后的聚丙烯材料兼备良好的加工性和较高的熔体强度。本发明实施例5为最佳实施例，可见采用小分子的硬脂酸锌和大分子的PE蜡组成的复配塑化剂时，在阻聚剂、相容剂的共同作用下，改性聚丙烯材料具有最好的加工流动性，且产品表面无晶点，表面细腻度最高。但需控制塑化剂的添加量不能过高，否则容易影响对产品表面细腻度的改善作用，如对比例4所示。
本发明通过特殊的配方和工艺设计提供一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，满足挤出成型生产汽车外水切对外观的要求。本发明改性聚丙烯材料通过不同流动性PP树脂的复配，使其兼具良好的加工性和较高熔体强度，同时在复配塑化剂、阻聚剂和相容剂的共同作用下，使材料的力学性能和产品表面细腻度得到很大改善，且材料的加工温度范围宽，易塑化，对设备塑化能力要求较低，普适性强，满足高质量汽车外水切的生产要求。
以上实施例对本发明要求保护的技术方案参数范围内点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换形成的新的技术方案，同样都在本发明要求的保护范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如无特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一组合。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，并不用于限定本发明的保护范围。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，其特征在于，所述改性聚丙烯材料包括以下重量份数的组分：
PP树脂
Figure DEST_PATH_IMAGE002
：10-60份
PP树脂
Figure DEST_PATH_IMAGE004
：10-60份
填料：10-30份
抗氧剂：0.2-1份
光稳定剂：0.2-2份
塑化剂：0-3份
相容剂：1-5份
阻聚剂：0.2-1份
色母粒：1-5份；
在230℃、2.16KG的测试条件下，所述PP树脂
Figure 118435DEST_PATH_IMAGE002
的熔体质量流动速率为0.5g/10min，PP树脂
Figure 726921DEST_PATH_IMAGE004
的熔体质量流动速率为2g/10min；
所述的阻聚剂为对苯二酚。
2.根据权利要求1所述的高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，其特征在于，所述改性聚丙烯材料包括以下重量份数的组分：
PP树脂
Figure 195073DEST_PATH_IMAGE002
：15份
PP树脂
Figure 275769DEST_PATH_IMAGE004
：45份
填料：20份
抗氧剂：0.4份
光稳定剂：0.6份
塑化剂：1.5份
相容剂：2份
阻聚剂：0.5份
色母粒：3份。
3.根据权利要求1所述的高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的塑化剂为磷酸二苯基辛基酯、二丙二醇二苯甲酸酯、顺丁烯二酸二丁酯、己二酸二辛脂、柠檬酸三丁酯、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少两种的混合物。
4.根据权利要求3所述的高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的塑化剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙中的一种和聚乙烯蜡或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种按质量比3:（1-2）混合的复配塑化剂。
5.根据权利要求1所述的高细腻度挤出级改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
6.一种如权利要求1所述的高细腻度挤出级改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按比例称取组分原料，将10-60份PP树脂
Figure 840873DEST_PATH_IMAGE002
、10-60份PP树脂
Figure 405279DEST_PATH_IMAGE004
、10-30份填料、0.2-1份抗氧剂、0.2-2份光稳定剂、0-3份塑化剂、1-5份相容剂、0.2-1份阻聚剂和1-5份色母粒投入混合搅拌机中混合均匀；
（2）再将混合好的原料加入到双螺杆挤出机共混造粒，双螺杆挤出机的温度设定为190-220℃，主机转速为300-400rpm，挤出的料条通过水槽冷却和切粒成型，制得高细腻度挤出级改性聚丙烯材料。
7.一种按权利要求6所述的高细腻度挤出级改性聚丙烯材料的制备方法制得的汽车外水切。
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