CN112341715A - 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

本发明创造提供了一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料包括如下质量百分比的原料：中高流动性抗冲共聚聚丙烯30‑50％；高流动性共聚聚丙烯10‑40％；聚烯烃热塑性弹性体10‑20％；滑石粉粉体15‑25％；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，DSC法确定结晶度在8‑10％之间。本发明创造所述的复合材料在100℃老化前后的断裂伸长率变化较小，损失率满足±20％范围要求。

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
本发明创造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
拉伸断裂伸长率通过拉伸试验结束后的试样上标记增量与原始标记的比值，以百分数表示ε＝(△L/L)×100。材料断裂伸长率越高，表现出材料在受外力作用时，材料达到破坏后变形量越大。
目前越来越多的汽车主机厂逐渐把外饰件材料的断裂伸长率也列入改性PP关键指标，同时也把老化后的断裂伸长率损失率列为考察指标之一。一般是要求材料在100℃环境下放置7天后，断裂伸长率损失率在±20％以内。损失率的稳定性反映了保险杠零件在长时间暴晒条件下，依然保持其本身的零件特性，不会发生在碰撞等情况下的伸长率损失过大而导致保险杠出现失效的情况。但目前市面上的聚丙烯复合材料来老化后的拉伸断裂伸长率无法满足上述要求。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明创造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及其制备方法，包括如下质量百分比的原料：
Figure BDA0002787591290000021
所述中高流动高刚性共聚聚丙烯在230℃、载荷2.16KG条件下的熔体流动速率为25-32g/10min；
所述高流动高刚性聚丙烯在230℃、载荷2.16kg条件下的熔体流动速率为50-55g/10min；
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，DSC法确定结晶度在8-10％之间。
优选的，所述矿物粉体为塑料填料用滑石粉，粒径：D50 0.65μm。
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。
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。
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。
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。
上述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：
将中高流动高刚性共聚聚丙烯、高流动高刚性共聚聚丙烯、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。
优选的，所述双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。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
(1)本发明所述的一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料，主要采用了高结晶的聚丙烯树脂作为复合材料的基体，选择结晶度在38-40％之间(DSC法)，再添加具有一定结晶度的茂金属合成的聚烯烃热塑性弹性体、超细滑石粉粉体作为填料，同时添加除酸剂、润滑剂等加工助剂，从而获得了具有断裂伸长率损失率的聚丙烯复合材料。复合材料体系的结晶度和刚性达到平衡条件下，复合材料在老化前期表现出较高的断裂伸长率，在受热后由于体系的结晶度在老化前已经有所提升，在100℃老化期间，分子链重排而结晶的行为并不明显，基本保持老化前的结晶程度，从而表现出100℃老化前后的断裂伸长率变化较小，从而达到其损失率在要求范围内的目的。
(2)超细滑石粉替代3000目或1250目滑石粉，有利于在相同添加量条件下，超细滑石粉相对于3000目或1250目滑石粉在复合材料体系中的分散更为均匀，复合体系中的缺陷点会相对较少，有利于断裂伸长率提升并在老化前后损失率较小。
(3)选用的POE中由于一定的结晶度(8-10％)，相对于无结晶度或结晶度更低的POE在一定程度上提升了材料的耐热特性，同时其中无定形态POE中辛烯分子量大量存在，使得复合体系的断裂伸长率和冲击强度并没有发生明显下降。
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创造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创造。
实施例和对比例中选用的原料型号和生产厂家见下表：
表1原料的型号和生产厂家
Figure BDA0002787591290000041
Figure BDA0002787591290000051
实施例1
将38kg大韩油化产中高流动高刚性共聚聚丙烯CB5230(MFR＝28g/10min)、10kg韩国SK产高流动高刚性聚丙烯BX3900(MFR＝53g/10min)，5kg乐天化学产无规共聚聚丙烯J-570S(MFR＝28g/10min)，16kg燕山石化产共聚聚丙烯K9829H(MFR＝28g/10min)，16KG陶氏化学产热塑性聚烯烃弹性体XLT 8677(MFR＝-0.6g/10min),14kg依米法比产滑石粉HTPultra5L(D50 0.65μm)，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.2kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌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。物理机械性测试如表2所示。
实施例2
将30kg大韩油化产中高流动高刚性共聚聚丙烯CB5230(MFR＝30g/10min)、15kg韩国SK产高流动高刚性聚丙烯BX3900(MFR＝53g/10min)，16kg燕山石化产共聚聚丙烯K9829H(MFR＝28g/10min)，16KG陶氏化学产热塑性聚烯烃弹性体XLT 8677(MFR＝-0.6g/10min),17kg依米法比产滑石粉HTPultra5L(D50 0.65μm)，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.2kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌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。物理机械性测试如表2所示。
实施例3
将37kg韩国SK产高流动高刚性聚丙烯BX3900(MFR＝53g/10min)，16kg燕山石化产共聚聚丙烯K9829H(MFR＝28g/10min)，20KG陶氏化学产热塑性聚烯烃弹性体XLT 8677(MFR＝-0.6g/10min),20kg依米法比产滑石粉HTPultra5L(D50 0.65μm)，1kg卡博特公司的炭黑母粒PE2718，0.3kg抗氧剂1010、0.2kg抗氧剂168,0.2kg硬脂酸锌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。物理机械性测试如表2所示。
对比例1
将38kg中沙石化产高流动性共聚聚丙烯EP548RQ(MFR＝30)、15KG中沙石化产高流动性共聚聚丙烯EP5075X(MFR＝53g/10min)，5kg乐天化学产无规共聚聚丙烯J-570S(MFR＝28g/10min)，16kg台湾化纤产中流动性抗冲共聚聚丙烯K9017(MFR＝16g/10min)，14kg三井化学公司产聚烯烃热塑性弹性体DF610(MFR＝1.2g/10min)，15kg辽宁北海公司产滑石粉TYT-777A，1kg卡博特公司产炭黑母粒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30kg中沙石化的高流动性共聚聚丙烯EP548RQ(MFR＝28g/10min)，15kg中沙石化产高流动性共聚聚丙烯EP5075X(MFR＝53g/10min)，16kg台湾化纤产中流动性抗冲共聚聚丙烯K9017(MFR＝16g/10min)，17kg三井化学公司的聚烯烃热塑性弹性体DF610(MFR＝1.2g/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。物理机械性测试如表2所示。
对比例3
将37kg中沙石化产高流动性共聚聚丙烯EP5075X(MFR＝53g/10min)，16kg台湾化纤产中流动性抗冲共聚聚丙烯K9017(MFR＝16g/10min)，20kg三井化学公司的聚烯烃热塑性弹性体DF610(MFR＝1.2g/10min)，25kg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除酸剂BS-2818，0.1kg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。物理机械性测试如表2所示。
测试例
将实施例和对比例得到的材料制成相应ISO标准力学试样，在23±2℃、50±5相对湿度环境下，放置陈化48h后测试各项物理机械性能，同时一部分拉伸试样在100℃环境下放置7天后再测试断裂伸长率，与老化前断裂伸长率进行对比。测试方法采用ISO标准，如表1所示，测试结果见表2。
表1各项性能测试标准
项目Item 试验方法 测试条件 单位
密度 ISO 1183 23℃，浸渍法 g/cm<sup>3</sup>
熔体指数 ISO 1133 230℃,2.16kg g/10min
拉伸强度 ISO 527/2 50mm/min MPa
断裂伸长率 ISO 527/2 50mm/min ％
悬臂梁缺口冲击强度 ISO 180 23℃/1A kJ/m<sup>2</sup>
弯曲强度 ISO 178 2mm/min MPa
弯曲模量 ISO 178 2mm/min MPa
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 BDA0002787591290000081
Figure BDA0002787591290000091
(1)由实施例1-3和对比例1的性能对比可以看出，采用高流动性高结晶PP作为基体树脂，复合材料的的断裂伸长率与常规使用的高流动性共聚聚丙烯作为基体树脂相比，在标准测试环境下表现出相近的结果，但在100℃/7天后保持较高的断裂伸长率，经计算得出的损失率满足±20％范围要求。
(2)由实施例1-3和对比例1-3性能对比可以看出，采用具有一定结晶度的乙烯-辛烯共聚聚烯烃弹性体POE,在保持较高断裂伸长率的同时，由于其中的结晶乙烯链段(8-10％)，较明显的保持了高温条件下力学特性。
(3)由实施例1-3和对比例1-3性能对比可以看出，采用超细滑石粉(粒径0.56μm)相对于粒径5.8μm的滑石粉，在提升材料耐热特性同时，大幅度减少了复合材料体系中由于滑石粉的加入而造成的缺陷点，超细滑石粉达到均匀分散时，具有较高的断裂伸长率损失率。
(4)实施例1与对比例1性能对比可以看出，高流动性无规共聚聚丙烯的添加在一定程度上提升了复合体系的断裂伸长率。
(5)实施例1-3和对比例1-3，断裂伸长率对比可以看出，采用常规聚丙烯改性得到的共混体系，断裂伸长率虽在标准环境下测试具有较高数值，但经过100℃/7天老化后的结果出现明显的下降，断裂伸长率损失率无法达到±20％范围的要求。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法，其特征在于：包括如下质量百分比的原料：
Figure FDA0002787591280000011
所述中高流动高刚性共聚聚丙烯在230℃、载荷2.16KG条件下的熔体流动速率为25-32g/10min；
所述高流动高刚性聚丙烯在230℃、载荷2.16kg条件下的熔体流动速率为50-55g/10min；
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，DSC法确定结晶度在8-10％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：所述矿物粉体为塑料填料用滑石粉，粒径：D50 0.65μm。
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。
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。
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。
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。
7.一种权利要求1～6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：
将中高流动高刚性共聚聚丙烯、高流动高刚性共聚聚丙烯、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。
8.根据权利要求7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，所述双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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