CN112029192B - 一种适用于汽车天窗导轨的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于汽车天窗导轨的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车天窗导轨中的应用。按重量份计，低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料原料组成包括：聚丙烯30‑60份，连续玻璃纤维40‑70份，相容剂3‑10份，抗氧剂0.1‑1.5份，润滑剂0‑1份，热塑性弹性体8‑20份，成核剂0.1‑2份，四针状氧化锌晶须0.5‑10份，除味剂0.2‑3份；除味剂包括多孔铝硅化合物，孔径为0.05‑20μm。所述制备方法包括：将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、成核剂、干燥后的四针状氧化锌晶须和选择性加入的润滑剂混合均匀制成母粒，再将所得母粒与热塑性弹性体、除味剂共混熔融挤出，最后经连续玻璃纤维浸渍包覆即得。

Description

一种适用于汽车天窗导轨的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯 复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合材料技术领域，具体涉及一种适用于汽车天窗导轨的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着国民经济的快速发展，高性能、低成本热塑性树脂基复合材料得到了广泛应用。通过向热塑性树脂中添加增强纤维，同时对树脂进行改性等技术来制备纤维增强热塑性树脂基复合材料(新型结构复合材料、功能复合材料等)是新材料发展的一条行之有效的捷径。这已成为科技界、产业界的共识，这也是实现通用塑料工程化、工程塑料功能化、特种工程塑料实用化的最佳技术路线。
长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料兼顾了低密度和高强度的特性广泛应用于汽车的各个部件，越来越多的车型采用该材料生产前端模块、仪表板骨架等，并且开始探索将该材料用于其他各结构件。其中一个新型的研究热点就是天窗导轨。传统金属天窗导轨制件制备工艺工序复杂，且伴随着产品的制造产生了许多污染源，如废切削液、金属边角料、噪声等，同时金属天窗导轨重量偏大，不利于汽车轻量化的推进。而长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料制备天窗导轨制件采用注塑成型方式，生产效率大大提高，同时制件本身减重超过30％，具备显著发展前景。
公开号为CN104558843A(申请号为201410844552.0)的中国发明专利申请公开了一种低翘曲高模量改性聚丙烯材料及其制备方法，所述低翘曲高模量材料的组份按照重量配比为：聚丙烯80％～96.8％、晶须3％～15％、抗翘成核剂0.1％～3％、抗氧剂0.1％～2％、其他助剂0～2％，该技术方案通过利用抗翘成核剂和晶须使改性聚丙烯材料在保持高刚性的同时，改善了加入晶须带来的翘曲问题。
公开号为CN106009655A(申请号为201610429482.1)的中国发明专利申请公开了一种高表面低翘曲玻纤增强PA复合材料及其制备方法，所用相容剂为聚乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(EMAG)与乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物按照质量比为1:3共混的相容剂制备的PA复合材料具有较好的机械性能，且具有低翘曲、耐静压特点。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种适用于汽车天窗导轨的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料，在保持良好力学性能的前提下，进一步明显降低材料的翘曲度和气味散发性，有效解决了具有高连续玻璃纤维(长玻璃纤维)含量的聚丙烯复合材料的翘曲问题。
一种适用于汽车天窗导轨的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料，按重量份计，原料组成包括：
Figure BDA0002629557240000021
所述除味剂包括多孔铝硅化合物，孔径为0.05-20μm。
本发明中，四针状氧化锌晶须、成核剂、热塑性弹性体、特定孔径范围的多孔铝硅化合物复配使用不仅能使复合材料达到理想的增强效果，聚丙烯基体树脂与多孔铝硅化合物、成核剂、热塑性弹性体形成“海-岛”结构，降低聚丙烯各向异性收缩差异，减小玻璃纤维各向异性取向差距，显著降低复合材料的翘曲状况。多孔铝硅化合物除味剂因其特有的多孔结构，吸附复合材料体系中有机挥发物，显著降低材料散发性。
为了进一步在保持良好力学性能前提下降低材料的翘曲度和气味散发性，本发明技术方案进行以下优化：
作为优选，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，230℃、2.16kg熔融指数为40-150g/10min。
作为优选，所述连续玻璃纤维为泰山玻璃纤维有限公司T838LP型、欧文斯科宁公司SE4805型或四川威玻股份有限公司EW758型。
作为优选，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物(PP-g-MAH)、聚丙烯-丙烯酸接枝物(PP-g-MAH)、聚丙烯-甲基丙烯酸接枝物(PP-g-MAH)中的至少一种。上述相容剂可以有效改善聚合物和长玻纤的相容性，特别适用于本发明的高玻纤含量的聚丙烯复合材料。
作为优选，所述原料包括30-40重量份聚丙烯、40-60重量份连续玻璃纤维和3-8重量份相容剂。上述较低聚丙烯含量、高连续玻璃纤维含量得到的复合材料具有良好的力学性能，特别适用于制备汽车天窗导轨，配合上述重量份的相容剂可有效改善聚丙烯和高比例长玻纤的相容性，但只有上述配比的聚丙烯、连续玻璃纤维和相容剂组成的复合材料因长玻纤含量极高导致翘曲问题也较为严重，因此本发明加入其它原料组分进行复配以最大程度解决翘曲问题。
作为优选，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂3114、抗氧剂412S、抗氧剂DSTP、抗氧剂DLTP、抗氧剂1330中的至少一种。
作为优选，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺、聚乙烯蜡粉、马来酸接枝PE蜡中的至少一种。
作为优选，所述热塑性弹性体为POE、EPDM、SEBS、TPV、TPU中的至少一种。
作为优选，所述成核剂为TMP-6、TMP-1(取代芳基磷酸酯盐类成核剂)、TMB-5(β晶型成核剂)、TMA-3(α晶型成核剂)中的至少一种。
作为优选，所述四针状氧化锌晶须针状体长度为10-50μm，针状体根部为0.5-5μm，长径比为20-50:1，表观密度为0.2±0.1g/cm3，真实密度5.4±0.2g/cm3，耐热温度大于800℃。
本发明还提供了一种所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料的优选制备方法，包括步骤：
(1)将四针状氧化锌晶须70～110℃干燥处理3～5h，得到干燥后的四针状氧化锌晶须；
(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、成核剂、干燥后的四针状氧化锌晶须和选择性加入的润滑剂混合均匀，所得混合物料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到母粒；
(3)将步骤(2)所得母粒与热塑性弹性体、除味剂混合均匀后置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，经水冷、牵引、切粒得到所述低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
在上述原料组成和配比下，本发明优选采用上述制备方法，先将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、成核剂、干燥后的四针状氧化锌晶须和选择性加入的润滑剂混合均匀制成母粒，再将所得母粒与热塑性弹性体、除味剂共混熔融挤出，最后经连续玻璃纤维浸渍包覆得到低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料。这种特定原料分批加入以及预先制成母粒再玻纤浸渍的方法可进一步保持材料良好力学性能，充分发挥各原料组分的功能作用，显著降低材料的翘曲度和气味散发性。
连续玻璃纤维的含量和粒料尺寸可通过浸渍模头的出料孔直径和单束纤维根数进行控制。
作为优选，步骤(2)中所述双螺杆挤出机的料筒温度为170～200℃，主机转速为300～500转/min。
作为优选，步骤(3)中所述双螺杆挤出机加工温度第一区到第八区温度设定分别为100～120℃、120～140℃、160～180℃、180～200℃、200～220℃、220～240℃、240～260℃、260～280℃，浸渍模头温度为260～360℃，双螺杆挤出机的主机转速为300～400转/min。
上述制备方法得到的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料的长度优选为8-14mm。
本发明还提供了所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料在制备汽车天窗导轨中的应用。
本发明还提供了所述除味剂用于降低所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料翘曲度的用途。
发明人意外发现在本发明所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料体系中，除味剂的少量加入不仅可以有效降低复合材料的气味散发性，还可显著降低复合材料的翘曲度，这可能是与复合材料体系中其余组分(如四针状氧化锌晶须、成核剂、热塑性弹性体等)协同产生的效果。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
1、本发明针对适用于汽车天窗导轨的极高长玻纤含量的聚丙烯复合材料，通过筛选优化选用成核剂、热塑性弹性体、四针状氧化锌晶须、特定孔径的多孔铝硅化合物复配制备的连续长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，不仅能使复合材料达到理想的增强效果，聚丙烯基体树脂与多孔铝硅化合物、成核剂与热塑性弹性体形成“海-岛”结构，降低聚丙烯各向异性收缩差异，减小玻璃纤维各向异性取向差距，显著降低复合材料的翘曲状况。四针状氧化锌晶须引入长玻纤增强聚丙烯体系中，调整了玻璃纤维的流动取向，降低了玻璃纤维各向异性取向的差异，使得制件翘曲度明显降低。
2、本发明通过筛选优化选用小孔径(孔径为0.05-20μm)多孔铝硅化合物除味剂，因其特有的多孔结构，吸附复合材料体系中有机挥发物，显著降低材料散发性。本发明所制备的长玻纤增强聚丙烯复合材料不仅具备较好的力学性能，低翘曲的优点，同时具备低散发的特性，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1～3以及对比例1～4的原料配比分别如表1和表2所示，除另有说明外，单位或份均为重量份，四针状氧化锌晶须针状体长度为10-50μm，针状体根部为0.5-5μm，长径比为20-50，表观密度为0.2±0.1g/cm3，真实密度5.4±0.2g/cm3，耐热大于800℃。
实施例1～3以及对比例1～4的制备方法，包括以下步骤：
(1)将四针状氧化锌晶须90℃干燥处理4h，得到干燥后的四针状氧化锌晶须；
(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、成核剂、干燥后的四针状氧化锌晶须和选择性加入的润滑剂混合均匀，所得混合物料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到母粒；双螺杆挤出机的料筒温度为170℃～200℃，主机转速为300～500转/min；
(3)将步骤(2)所得母粒与热塑性弹性体、除味剂混合均匀后置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，经水冷、牵引、切粒得到长玻纤增强聚丙烯复合材料；双螺杆挤出机加工温度第一区到第八区温度设定分别为100～120℃、120～140℃、160～180℃、180～200℃、200～220℃、220～240℃、240～260℃、260～280℃，浸渍模头温度为260～360℃，双螺杆挤出机的主机转速为300～400转/min。
性能评价与实行标准：
拉伸性能按照GB/T 1040.2进行测试
弯曲性能按照GB/T 9341进行测试
简支梁冲击冲击按照GB/T 1043.1进行测试
翘曲度按照GB/T 4677.5进行测试
低散发按照PV3341进行测试
表1
Figure BDA0002629557240000061
表2
Figure BDA0002629557240000071
实施例1～3和对比例1～4制备的长玻纤增强聚丙烯复合材料注塑成型，测量力学性能、翘曲度和散发性，其结果如表3和表4所示。
表3
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度MPa 145 146 146
弯曲强度MPa 225 228 223
简支梁缺口冲击强度KJ/m<sup>2</sup> 38 37 39
翘曲度mm 1.5 1.8 1.8
散发性μgC/g 20.1 23.1 24.5
表4
测试项目 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
拉伸强度MPa 142 143 139 137
弯曲强度MPa 210 212 217 210
简支梁缺口冲击强度KJ/m<sup>2</sup> 37 36 39 34
翘曲度mm 13.4 10.2 5.7 8.6
散发性μgC/g 69.9 24.7 68.4 30.1
从以上实施例和对比例可以看出，与传统长玻纤增强聚丙烯复合材料相比(对比例1)，本发明为低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料(实施例1～3)，所得复合材料具有更好的机械性能、更小的翘曲度和更低的散发性；比较实施例1与对比例2、实施例2与对比例3、实施例3与对比例4，本发明通过将四针状氧化锌晶须、成核剂、热塑性弹性体和除味剂复配加入体系中，所制备的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料具有更高的机械性能，同时具备低翘曲低散发等优异性能，得到的是一种综合性能优良的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料。同时，实施例1～3采用氧化锌晶须、成核剂、热塑性弹性体和除味剂复配，能够产生协同作用，不但能够进一步减小材料翘曲度，降低复合材料散发性而且还能提高力学性能。进一步地，比较实施例2和对比例3，可以看到在本发明长玻纤增强聚丙烯复合材料体系中，在热塑性弹性体、成核剂、四针状氧化锌晶须等存在下，实施例2再加入少量除味剂不仅显著降低了材料气味散发性，还意外可以明显降低材料翘曲度，提高材料力学性能。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种适用于汽车天窗导轨的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，原料组成包括：
Figure FDA0003686191390000011
所述热塑性弹性体为POE、EPDM、SEBS、TPV、TPU中的至少一种；
所述成核剂为TMP-6、TMP-1、TMB-5、TMA-3中的至少一种；
所述除味剂为龙甲(上海)实业有限公司AIR-M501；
所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)将四针状氧化锌晶须70～110℃干燥处理3～5h，得到干燥后的四针状氧化锌晶须；
(2)将聚丙烯、相容剂、抗氧剂、成核剂、干燥后的四针状氧化锌晶须和选择性加入的润滑剂混合均匀，所得混合物料通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到母粒；
(3)将步骤(2)所得母粒与热塑性弹性体、除味剂混合均匀后置入长纤设备的双螺杆挤出机进料口进行熔融挤出，将连续玻璃纤维通过长纤设备的玻纤架引入浸渍模头中，进行浸渍包覆，经水冷、牵引、切粒得到所述低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，230℃、2.16kg熔融指数为40-150g/10min。
3.根据权利要求1所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯-马来酸酐接枝物、聚丙烯-丙烯酸接枝物、聚丙烯-甲基丙烯酸接枝物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂3114、抗氧剂412S、抗氧剂DSTP、抗氧剂DLTP、抗氧剂1330中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述四针状氧化锌晶须针状体长度为10-50μm，针状体根部为0.5-5μm，长径比为20-50:1，表观密度为0.2±0.1g/cm3，真实密度5.4±0.2g/cm3，耐热温度大于800℃。
6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的低散发低翘曲长玻纤增强聚丙烯复合材料在制备汽车天窗导轨中的应用。
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