CN112480548A - 一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法。该复合材料按重量份数包括以下组分：聚丙烯50‑98份，增韧剂1‑20份，滑石粉1‑30份，耐磨助剂0.1‑2.0份，热稳定剂0.2‑2.0份，加工助剂0.2‑2.0份。该复合材料具有较好的耐磨性和冲击韧性。

Description

一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚丙烯材料领域，特别涉及一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是最常用的通用塑料品种之一，广泛应用于汽车材料等领域。聚丙烯具备低密度，耐溶剂腐蚀，来源丰富，价格低廉以及易加工等诸多优点，但是耐磨性要比一般的工程塑料要差。因此改善耐磨性能一直是材料开发的重点。常见方法就是在聚丙烯材料中加入无机填料如纳米二硫化钼、氮化硅等物质，但是无机填料的加入通常会引起材料冲击韧性的下降。因此开发高冲击耐磨聚丙烯材料一直是改性聚丙烯材料的研究方向。
中国专利CN107488301A公开了一种高耐磨汽车内饰用聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料由以下原料重量份制备而成：聚丙烯51.5～83份，无机填料10～25份，增韧剂5～15份，耐磨剂0.5～5份，抗氧剂0.2～0.5份，光稳定剂0.1～0.5份，润滑剂0.2～0.5份，色粉1～2份。该复合材料采用经偶联剂预处理后的三氧化二铝作为耐磨剂，具有一定的耐磨性能，但是悬臂梁缺口冲击强度具有明显降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法，以克服现有技术中聚丙烯材料不能同时具有较高的冲击韧性和耐磨性的缺陷。
本发明提供一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料，所述复合材料按重量份数包括以下组分：聚丙烯50-98份，增韧剂1-20份，滑石粉1-30份，耐磨助剂0.1-2.0份，热稳定剂0.2-2.0份，加工助剂0.2-2.0份，其中耐磨助剂为经N,N-二甲基丙基十八酰胺改性的纳米二硫化钼，加工助剂为脂肪酸及其酰胺的混合物。
所述聚丙烯为共聚聚丙烯，所述共聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为1-100g/10min。
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物或乙烯-己烯共聚物。
所述滑石粉目数为2000-5000目。
所述滑石粉为分子式Mg3[Si4O10](OH)2的层状硅酸盐水合物。
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和杯芳烃类热稳定剂中的至少一种。
本发明还提供一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分预混，然后加入双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒，得到高冲击耐磨聚丙烯复合材料。
所述经N,N-二甲基丙基十八酰胺改性的纳米二硫化钼的制备方法为：将纳米二硫化钼MoS2缓慢加入HF中，搅拌氧化，然后加入N,N-二甲基丙基十八酰胺继续搅拌，离心洗涤，将得到的沉淀冷冻干燥，即得，其中HF和MoS2的摩尔比为5:1-6:1，MoS2和N,N-二甲基丙基十八酰胺质量比为1:0.15-1:0.3。
所述搅拌氧化温度为30-40℃，搅拌氧化时间为1-3h。
所述继续搅拌为：升温至50-60℃继续搅拌4-6h。
所述离心洗涤至pH为6.5。
所述双螺杆挤出机各段加工温度为160-235℃，螺杆转速为400-600r/min。
本发明还提供一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料在汽车内饰中的应用。例如用于仪表板、门板、护板。
有益效果
本发明聚丙烯复合材料中加入耐磨助剂和加工助剂，二者之间具有协同作用，改善聚丙烯材料中各组分的分散，同时提高聚丙烯复合材料的冲击韧性和耐磨性。
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。
实施例和对比例涉及的原料和挤出机如下所示，但不限于下面原料和挤出机：
共聚聚丙烯：M2600R，上海石化提供，在230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为26g/10min。
增韧剂POE 7467，陶氏化学提供。
滑石粉：TYT-777A，3000目滑石粉，辽宁添源提供。
加工助剂：TR016，STRUKTOL公司提供。
纳米二硫化钼：MoS2，粒径40nm，南京埃普瑞纳米材料有限公司提供。
氢氟酸，国药集团化学试剂有限公司。
N,N-二甲基丙基十八酰胺：CHAMIDE PKO-S，长沙恒昌化工公司提供。
超纯水，优普公司提供。
热稳定剂：β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂(抗氧剂1010)，巴斯夫公司提供。
双螺杆挤出机为瑞亚公司制造的75A型号的双螺杆挤出机，该双螺杆挤出机的长径比为40:1。
经N,N-二甲基丙基十八酰胺改性的纳米二硫化钼(Org-MoS2)的制备方法：
利用氢氟酸HF对纳米MoS2进行氧化。先将HF置于烧杯中，再在磁力搅拌下缓慢加入1g纳米MoS2，在35℃下搅拌2h。然后加入0.2g N,N-二甲基丙基十八酰胺，升温至50℃继续搅拌5h。将产物用超纯水离心洗涤至pH为6.5。将所得沉淀冷冻干燥，得到耐磨助剂Org-MoS2。其中HF和MoS2的摩尔比值为5.2。
实施例和对比例中聚丙烯复合材料的配方如表1所示，其中耐磨助剂Org-MoS2(或MoS2)、加工助剂和热稳定剂这三种物质的添加量是以共聚聚丙烯、增韧剂和滑石粉三种物质总重量份为基准。
实施例和对比例中聚丙烯复合材料的制备方法为：
(1)按照表1配方，将称取好的共聚聚丙烯、增韧剂、滑石粉、耐磨助剂(或MoS2)、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；
(2)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复合材料；其中双螺杆挤出机各段加工温度为：一区170℃，二区190℃，三区220℃，四区230℃，五区230℃，六区235℃，七区235℃，八区235℃，九区235℃；且该双螺杆挤出机的螺杆转速为500r/min。
将实施例和对比例制备得到的聚丙烯复合材料进行如下测试。
(1)耐磨性能测试：参考吉利Q/JLY J7110281D-2016中5.8的标准，载荷5N，行程100mm，摩擦频率30次/min，摩擦材料粗帆布，摩擦2000次，然后对摩擦后的材料进行等级评估，耐磨评估等级如表2所示。
(2)臂梁缺口冲击强度测试：按照ISO180-1eA标准测定，温度230℃，负荷2.16kg。
(3)拉伸强度测试：按ISO 527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min。
(4)弯曲模量测试：按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm。
上述测试结果如表3所示。
表1实施例和对比例中各组分用量(单位：重量份)
Figure BDA0002804434210000041
表2耐磨评估等级
Figure BDA0002804434210000042
表3
Figure BDA0002804434210000043
Figure BDA0002804434210000051
由表3可知，对比例1和对比例3不添加加工助剂TR016，其聚丙烯复合材料的耐磨级别、冲击强度、拉伸强度和弯曲模量分别低于实施例3、实施例5，尤其是耐磨级别和冲击强度相差甚远。对比例2和对比例4不添加耐磨助剂Org-MoS2，其聚丙烯复合材料的耐磨级别、冲击强度、拉伸强度和弯曲模量也分别低于实施例3、实施例5，尤其是耐磨级别和冲击强度相差甚远。对比例5和对比例6添加MoS2，其聚丙烯复合材料的耐磨级别、冲击强度、拉伸强度和弯曲模量分别低于实施例1、实施例3。并且，由实施例1-5可知，在本发明范围内，随着耐磨助剂Org-MoS2和加工助剂TR016含量的升高，聚丙烯复合材料的耐磨级别、冲击强度、拉伸强度和弯曲模量明显提高。由此可见，本发明聚丙烯复合材料中耐磨助剂Org-MoS2和加工助剂之间具有协同作用，可以提高材料的耐磨性、冲击强度、拉伸强度和弯曲模量，尤其是提高耐磨性和冲击强度。
目前本发明实施例中聚丙烯复合材料已经用在吉利汽车内饰产品中，解决了客户耐磨耐冲击的高端要求。

Claims (10)

1.一种高冲击耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料按重量份数包括以下组分：聚丙烯50-98份，增韧剂1-20份，滑石粉1-30份，耐磨助剂0.1-2.0份，热稳定剂0.2-2.0份，加工助剂0.2-2.0份，其中耐磨助剂为经N,N-二甲基丙基十八酰胺改性的纳米二硫化钼，加工助剂为脂肪酸及其酰胺的混合物。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，所述共聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为1-100g/10min。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物或乙烯-己烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述滑石粉目数为2000-5000目。
5.根据权利要求1所述的复合材料，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和杯芳烃类热稳定剂中的至少一种。
6.一种如权利要求1所述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分预混，然后加入双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒，得到高冲击耐磨聚丙烯复合材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述经N,N-二甲基丙基十八酰胺改性的纳米二硫化钼的制备方法为：将纳米二硫化钼MoS2缓慢加入HF中，搅拌氧化，然后加入N,N-二甲基丙基十八酰胺继续搅拌，离心洗涤，将得到的沉淀冷冻干燥，即得，其中HF和MoS2的摩尔比为5:1-6:1，MoS2和N,N-二甲基丙基十八酰胺质量比为1:0.15-1:0.3。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述搅拌氧化温度为30-40℃，搅拌氧化时间为1-3h；继续搅拌为：升温至50-60℃继续搅拌4-6h。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机各段加工温度为160-235℃，螺杆转速为400-600r/min。
10.一种如权利要求1所述复合材料在汽车内饰中的应用。
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