CN112409700A - 一种高性能车用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能车用聚丙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料包括聚丙烯、聚轮烷、三聚氰胺、热稳定剂等。本发明制备的车用聚丙烯复合材料可广泛适用于对韧性和刚性要求高的汽车塑料零件制品。

Description

一种高性能车用聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚丙烯复合材料及其制备领域，特别涉及一种高性能车用聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种常见的结晶性塑料，但是韧性较低。随着汽车同业的发展，在汽车保险杠，仪表板，立柱，门板等应用领域，对材料的韧性要求较高，而聚丙烯树脂的韧性(断裂伸长率)也只有40-60％，其缺口冲击强度也只有7KJ/m2(ISO180-1eA)，远不能满足实际伸长率≥100％，缺口冲击强度≥20KJ/m2的应用需要。在其他领域，副仪表板骨架，仪表板骨架等结构件领域，又常常需要材料具备较高的刚性。但是在实际开发过程中，提高韧性常意味着刚性的下降，因此开发高性能车用聚丙烯复合材料具有重要的现实意义。
CN110041612A公开了一种低聚倍半硅氧烷增溶剂及协效无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，但是此发明对于材料的韧性明显改善不足，简支梁缺口冲击强度太低，大大限制了其应用范围。针对目前汽车材料的应用要求，本发明采用具有柔性的聚轮烷以及具备刚性对的三聚氰胺，二者的协同作用实现了材料的刚性和韧性的同步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高性能车用聚丙烯复合材料及其制备方法，克服现有技术刚性和无法同步提高的缺陷。
本发明的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数，原料组分包括：
Figure BDA0002788118440000011
所述聚丙烯230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为1-100g/10min。
所述聚轮烷为环糊精聚轮烷。
所述环糊精聚轮烷为γ-环糊精与聚二甲基硅氧烷通过主客体包合作用获得。
所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、丙烯酰基官能团与硫代酯形成的复合物类热稳定剂、杯芳烃类热稳定剂中的一种或几种。
所述加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、胺类中的一种或几种。
本发明的一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
按所述重量份数称取原料，然后将聚丙烯、聚轮烷、三聚氰胺、热稳定剂和加工助剂混合得到预混物；将预混物加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒得到粒料，将粒料烘干后即得聚丙烯复合材料。
本发明提供一种所述聚丙烯复合材料在汽车塑料零件制品中的应用，如仪表板，保险杠，门板，副仪表板骨架，仪表板骨架等。
有益效果
(1)本发明通过配方结构设计，使材料具备高性能，所用的聚轮烷具备滑环效应，聚轮烷的配体聚二甲基硅氧烷具有很好的柔性可以提高材料韧性，配体γ-环糊精表面带有的羟基和三聚氰胺的胺基之间存在氢键作用进而带来刚性的提升，最终体现在聚轮烷和三聚氰胺之间产生的协同效应大大提升了材料的性能。
(2)本发明制备的车用聚丙烯复合材料可广泛适用于对韧性和刚性要求高的汽车塑料零件制品，如仪表板，保险杠，门板，副仪表板骨架，仪表板骨架等。
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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，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。
(1)材料来源
共聚聚丙烯：M2600R，230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为30g/10min，上海石化提供。
均聚聚丙烯：Z30S，230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为30g/10min，镇海石化提供。
聚轮烷：智源生物公司，牌号PR-Si。
三聚氰胺：C3N3(NH2)3，阿拉丁试剂公司提供。
热稳定剂：β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂，巴斯夫公司提供。
加工助剂：芥酸酰胺，添源试剂厂
聚乙烯基笼型倍半硅氧烷为八乙烯基笼型倍半硅氧烷，商品牌号：OL1160，美国Hybridplastic公司
(2)测试标准和方法
对具体实施例和对比例制备得到的聚丙烯材料进行基本物理性能的测试。其中所述拉伸强度和断裂伸长率测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；悬臂梁缺口冲击强度测试按ISO 180-1eA进行，试样尺寸为80×10×4mm。
对比例1-7
(1)按照表1中各配方重量份分别称取聚丙烯、聚轮烷(或聚乙烯基笼型倍半硅氧烷)、三聚氰胺、热稳定剂和加工助剂；
(2)将称取好的聚丙烯、聚轮烷、三聚氰胺、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中以400r/min的速度混合5min后得到预混物；
(3)将上述预混物加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒得到粒料，将该粒料在80℃以下烘干后得到聚丙烯纳米材料；其中双螺杆挤出机各段加工温度为：一区170℃，二区190℃，三区230℃，四区232℃，五区234℃，六区236℃，七区240℃，八区240℃，九区230℃；且该双螺杆挤出机的螺杆转速为500r/min。
实施例1-8
(1)按照表2中各配方重量份分别称取聚丙烯、聚轮烷、三聚氰胺、热稳定剂和加工助剂；
(2)将称取好的聚丙烯、聚轮烷、三聚氰胺、热稳定剂和加工助剂置于高速混合机中以400r/min的速度混合5min后得到预混物；
(3)将上述预混物加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒得到粒料，将该粒料在80℃以下烘干后得到聚丙烯纳米材料；其中双螺杆挤出机各段加工温度为：一区170℃，二区190℃，三区230℃，四区232℃，五区234℃，六区236℃，七区240℃，八区240℃，九区230℃；且该双螺杆挤出机的螺杆转速为500r/min。
表1具体对比例各组分用量(单位：重量份)
Figure BDA0002788118440000031
Figure BDA0002788118440000041
表2具体实施例各组分用量(单位：重量份)
Figure BDA0002788118440000042
表3具体对比例性能测试结果
Figure BDA0002788118440000043
Figure BDA0002788118440000051
表4具体实施例性能测试结果
Figure BDA0002788118440000052
断裂伸长率和悬臂梁缺口冲击强度越高，说明材料韧性越好，拉伸强度和弯曲模量越高，说明材料的刚性越高。
从上述具体实施例和对比例的测试结果可以看出，本发明中聚轮烷和三聚氰胺配合使用，二者的协效作用，能够大大提高聚丙烯复合材料的断裂伸长率和悬臂梁缺口冲击强度，并且材料的拉伸强度和弯曲模量也得到了提高。但在仅使用聚轮烷或仅使用三聚氰胺时，其韧性和刚性均达不到本发明的技术效果。这都说明了聚轮烷和三聚氰胺二者之前存在明显的协同效应。特别是从对比例7和实施例3的结果中可以看到，采用专利CN110041612A提到的聚乙烯基笼型倍半硅氧烷，得到的材料的综合性能比本发明的技术方案要低很多，充分体现了本发明的先进性。还可以看到，本发明在共聚聚丙烯和均聚聚丙烯中使用都可以显著提升材料的刚性和韧性，具有明显的普适性。

Claims (8)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数，原料组分包括：
Figure FDA0002788118430000011
2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述聚丙烯230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为1-100g/10min。
3.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述聚轮烷为环糊精聚轮烷。
4.根据权利要求3所述复合材料，其特征在于，所述环糊精聚轮烷为γ-环糊精与聚二甲基硅氧烷通过主客体包合作用获得。
5.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述热稳定剂为酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、丙烯酰基官能团与硫代酯形成的复合物类热稳定剂、杯芳烃类热稳定剂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、胺类中的一种或几种。
7.一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
按权利要求1所述重量份数称取原料，然后将聚丙烯、聚轮烷、三聚氰胺、热稳定剂和加工助剂混合得到预混物；将预混物加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒得到粒料，将粒料烘干后即得聚丙烯复合材料。
8.一种权利要求1所述聚丙烯复合材料在汽车塑料零件制品中的应用。
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