CN112480550B - 一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备方法，其包括以下重量份计的原料：聚丙烯：37.5‑77.5；玻璃纤维：15‑25；弹性体：10‑25；相容剂：1‑5；超分散母粒：2‑6；抗氧剂：0‑1；光稳定剂：0‑0.5；气味吸附剂：0.5‑1；其它助剂：0‑2；本发明通过在常规软触感聚丙烯复合材料体系中引入一种超分散母粒来实现，超分散母粒是由高流动聚丙烯、高流动POE、超分散剂、偶联剂等组成；超分散剂为季戊四醇硬脂酸酯，利用高流动性的聚丙烯、POE作为载体，在随着聚合物体系从双螺杆挤出或注塑机中挤出时，可快速高效的起到分散玻璃纤维、减少玻璃纤维堆积、改善浮纤问题、使软触感聚丙烯复合材料制品表面均一、无玻纤团聚现现象、显著提高制品表面的焊接强度。

Description

一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物改性与加工技术领域，涉及一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，汽车消费者在视觉和触觉上的体验升级，车用改性塑料在满足零件基本的颜色、外观等性能的基础上，最好还能带来良好的视觉、触觉效果。因此，具有良软触感的聚丙烯复合材料已逐渐得到汽车厂家及零部件厂家的青睐与推崇，软触感聚丙烯复合材料可应用在汽车仪表板、门板、立柱等内饰件，其可达到与传统覆皮零件一样的柔软触感觉，相比传统的覆皮零件，具有工艺简单、可一次注塑成型，节约生产成本等特点。
目前针对软触感聚丙烯复合材料已有一些相关报道，如专利CN110982173A 中提到采用发泡剂、聚氨酯弹性体赋予了聚丙烯材料良好软触感，但是对聚丙烯复合材料力学性能影响较大；专利CN110964248A中提到采用芳纶短切纤维分散液、K树脂、硅橡胶等赋予了聚丙烯复合材料良触感，但是存在材料成本偏高；专利CN104403206A公开了一种低气味、耐刮擦的软触感聚丙烯组合物，但是其缺口冲击韧性不是很高，无法用于具有爆破要求的无缝气囊仪表板零件；专利 CN111138757A公开了一种可实现快节拍注塑、高刚韧平衡性能的软触感聚丙烯复合材料，但是其对软触感聚丙烯复合材料的焊接强度性能并未展开研究。
以上专利中提到的软触感聚丙烯复合材料可以为其制品表面带来软触效果，但是其对制品表面的浮纤问题、及由于表面浮纤问题对制品的焊接性能带来的影响并未涉及。随着软触感聚丙烯复合材料在汽车内饰件的应用普及，特别是当其用于具有爆破要求的仪表板本体零件时，其外露面积较大、对类似无浮纤问题的外观要求比较严格，且爆破实验的成功与否与仪表板本体和气囊框之间的焊接强度有密切关系。因此，很有必要开发一种无缝气囊仪表板用的无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料。
发明内容
为了进步优化现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无缝气囊仪表板用的无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备方法。该方法主要是通过在常规软触感聚丙烯复合材料体系中引入一种超分散母粒来实现，超分散母粒是由高流动聚丙烯、高流动POE、超分散剂、偶联剂等组成；超分散剂为季戊四醇硬脂酸酯，利用高流动性的聚丙烯、POE作为载体，在随着聚合物体系从双螺杆挤出或注塑机中挤出时，可快速高效的起到分散玻璃纤维、减少玻璃纤维堆积、改善浮纤问题、使软触感聚丙烯复合材料制品表面均一、无玻纤团聚现象、可显著提高制品表面的焊接强度；同时分散母粒中的高流动POE与气囊框材料TPO 相容性较好，起到协同作用，可进步改善提升焊接强度。
为实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：
一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其包括以下重量份计的原料：
聚丙烯：37.5-77.5；
玻璃纤维：15-25；
弹性体：10-25；
相容剂：1-5；
超分散母粒：2-6；
抗氧剂：0-1；
光稳定剂：0-0.5；
气味吸附剂：0.5-1；
其它助剂：0-2；
其中，所述的聚丙烯基体树脂为共聚聚丙烯，熔融指数(230℃，2.16KG)在 30-60g/10min左右。
所述的玻璃纤维为无碱短切玻纤，长度为5～10mm，直径为7～15μm。
所述的弹性体为一种乙烯和丁烯共聚物、乙烯和辛烯共聚物中的一种或两种混合物，其密度在0.86-0.90g/cm3，熔融指数在1-5g/10min。
所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
所述的超分散母粒由下列组分按重量份数制备而成：
高流动聚丙烯17份、高流动POE 40份、超分散剂40份、偶联剂3份。其中所述的高流动性聚丙烯为熔融指数(230℃，2.16KG)在60-100g/10min左右，所述的高流动POE为熔融指数(230℃，2.16KG)30g/10min，所述的超分散剂为季戊四醇硬脂酸酯，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
所述的抗氧剂为本领域技术人员认为所需的抗氧剂，主要为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三[2，4-二叔丁基苯基] 亚磷酸酯(抗氧剂168)、硫代二丙酸十八酯(抗氧剂DSTP)、β-(3,5-二叔丁基-4- 羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)、中的一种或者两种以上混合组成。
所述的光稳定剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类等光稳定剂中的至少一种。
所述的气味吸附剂为物理吸附剂，是一种具备空洞结构的分子筛，平均孔径在0.5nm。
所述的其它助剂为主要为本领域技术人员认为所需的各种颜色成分、加工助剂等的一种或几种的组合物。
上述无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
B.超分散母粒的制备：
按重量组分将高流动聚丙烯、高流动POE、超分散剂、偶联剂一同加入高速混料机进行混合均匀后，接着转入到密炼机的混炼室内进行高速密炼混合，接着将密炼混合好的块状物料转移到双腕式喂料口进行喂料，由单螺杆挤出机对其进行挤出、风冷、造粒制备出超分散母粒。其中密炼机中的密炼室的温度设置在 190-210℃，单螺杆直径为70mm,长径比为12，单螺杆挤出机分为三段控制温度，从喂料口到机头各段的温度依次为200℃、210℃、220℃。
B.无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备：
(1)按照质量比例称配好上述各组分；
(2)将玻璃纤维和超分散母粒加入到高速混合器中混合5-10min,备用；
(3)将聚丙烯、弹性体、相容剂、抗氧剂、光稳定剂、气味吸附剂、其它助剂等组分放于高速混合机中高速混合5-10min；
(4)将上述步骤3混合均匀后的原料从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，步骤2中混合均匀后的原料从双螺杆挤出机中部的侧向喂料口加入双螺杆挤出机，进行熔融挤出、拉条、冷却、造粒后，再经过烘料处理制备出无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其中双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区： 185-200℃，二区205-215℃，三区215-220℃，四区210-225℃。整个挤出过程的时间约为2分钟，压力12-18Mpa，主螺杆转速500-600r/min，水槽温度为30～60℃，在双螺杆挤出机两侧添加抽双真空设置，双真空的真空度为-0.06MPa～-0.1MPa，烘料处理采用新的烘料工艺：a罐储料，b罐烘料，c罐冷却，其中b罐烘料工艺：140℃*4H。
本发明的优点在于：
本发明通过在常规软触感聚丙烯复合材料体系中引入一种超分散母粒来实现，超分散母粒是由高流动聚丙烯、高流动POE、超分散剂、偶联剂等组成；超分散剂为季戊四醇硬脂酸酯，利用高流动性的聚丙烯、POE作为载体，在随着聚合物体系从双螺杆挤出或注塑机中挤出时，可快速高效的起到分散玻璃纤维、减少玻璃纤维堆积、改善浮纤问题、使软触感聚丙烯复合材料制品表面均一、无玻纤团聚现现象、显著提高制品表面的焊接强度；同时分散母粒中的高流动POE 与气囊框材料TPO相容性较好，起到协同作用，可进步改善提升焊接强度；同时本发明提出的高焊接强度软触感聚丙烯复合材料的制备工艺比较简单，生产成本较低。
具体实施方式：
下面结合具体实例对本发明进行详细说明。除特殊说明外，实施例、对比例中各组分都为重量份。
本发明实施例和对比例所含各组分含量见表1。
表1
实施例和对比例中的各主要组分含量(质量百分含量)
Figure BDA0002807751530000041
Figure BDA0002807751530000051
上述表1中的实施例和对比例中的述的聚丙烯为共聚聚丙烯，采用K3029、 BX3900按1:1复配而成，牌号K3029为中国台湾化纤生产，熔体流动速率分别为 30g/10min，牌号BX3900为韩国SK公司生产，熔体流动速率为60g/10min。所述的玻璃纤维为无碱短切玻纤，长度为5～10mm，直径为7～15μm，来自重庆玻纤。所述的弹性体为日本三井化学公司生产的热塑性POE弹性体，牌号为DF610。所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，上海壮景化工有限公司。所述的超分散母粒中的高流动聚丙烯为韩国SK公司生产，牌号BX3920，熔体流动速率在 100g/10min。所述的超分散母粒中的高流动POE为美国DOW公司生产，牌号为8401，熔体流动速率在30g/10min。所述的超分散母粒中的超分散剂为季戊四醇硬脂酸酯,来自天津希恩斯生化科技有限公司。所述的偶联剂为硅烷偶联剂 KH550，市售。所述的抗氧剂为1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸] 季戊四醇酯)/三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)/DSTP(硫代二丙酸十八酯)按质量比1:2:1复配型抗氧剂，来自巴斯夫公司。所述的光稳定剂为二本甲酮类，来自杭州欣阳精细化工有限公司，牌号为UV-538(2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮)。所述的气味吸附剂为物理吸附剂，是一种具备空洞结构的分子筛，平均孔径在0.5nm，市售。所述的其它助剂主要是指颜色成分、各种脂类加工助剂等。
上述实施例和对比例具体实施方式展开如下：
A.超分散母粒的制备：
按重量组分将高流动聚丙烯、高流动POE、超分散剂、偶联剂一同加入高速混料机进行混合均匀后，接着转入到密炼机的混炼室内进行高速密炼混合，接着将密炼混合好的块状物料转移到双腕式喂料口进行喂料，由单螺杆挤出机对其进行挤出、风冷、造粒制备出超分散母粒。其中密炼机中的密炼室的温度设置在 190-210℃，单螺杆直径为70mm,长径比为12，单螺杆挤出机分为三段控制温度，从喂料口到机头各段的温度依次为200℃、210℃、220℃。
B.无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料及其制备：
(1)按照质量比例称配好上述各组分；
(2)将玻璃纤维和超分散母粒加入到高速混合器中混合5-10min,备用；
(3)将聚丙烯、弹性体、相容剂、抗氧剂、光稳定剂、气味吸附剂、其它助剂等组分放于高速混合机中高速混合5-10min；
(4)将上述步骤3混合均匀后的原料从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，步骤2中混合均匀后的原料从双螺杆挤出机中部的侧向喂料口加入双螺杆挤出机，进行熔融挤出、拉条、冷却、造粒后，再经过烘料处理制备出无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其中双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区： 185-200℃，二区205-215℃，三区215-220℃，四区210-225℃。整个挤出过程的时间约为2分钟，压力12-18Mpa，主螺杆转速500-600r/min，水槽温度为30～60℃，在双螺杆挤出机两侧添加抽双真空设置，双真空的真空度为-0.06MPa～-0.1MPa，烘料处理采用新的烘料工艺：a罐储料，b罐烘料，c罐冷却，其中b罐烘料工艺：140℃*4H。
C.将按上述制备的复合材料粒子在80-100℃的鼓风烘箱中干燥2小时，然后将干燥好的粒子在注射成型机上进行注塑成型，然后进行性能测试。
D.性能测试拉伸强度按照ISO527-2标准进行检验，样条尺寸为170*10*4mm，拉伸速度50mm/min，弯曲模量按照ISO178标准进行检验，样条尺寸为 80*10*4mm，跨距64mm，弯曲速度为2mm/min，简支梁缺口冲击强度按照 ISO179-1标准进行检验，样条尺寸为80*10*4mm，缺口深度为试样宽度的五分之一。气味测试按照PV3900测方方法进行评判，80℃*2H后放置到60℃进行评价。浮纤效果评价：将制备好的材料粒子注塑成355*100*3.2mm尺寸的样板，目视评判样板是否存在浮纤现象，并依据浮纤现象的程度进行相应描述。焊接强度测试：将制备好的材料注塑成100*50*3mm的样板，将其与同尺寸气囊框材料 TPO材料通过振动摩擦焊接设备焊接在一起，焊接面为50*3mm的窄面积，焊接完毕，将其放在标准环境下，静置24H后，选用ISO527-2测试其拉伸强度。软触感评价，将材料注塑成150*100*3.2mm皮纹样板(一般选粗皮纹)，经测试员用手触摸皮纹表面,按照如下表格评分标准打分，结果取平均值：
分数 评价标准
1 有毛刺感
2 没有软触感
3 有轻微的软触感
4 有明显的软触感
5 很舒服的软触感
实施例和对比例中材料性能测试数据
Figure BDA0002807751530000071
由实施例1、2和对比例1、2性能对比可以发现，软触感材料中填充物质玻璃纤维与弹性体是其主要核心成分，两者需要兼顾，否则将失去软触感材料意义，可见软触感材料是一类对材料的刚韧平衡性能要求比较高的材料。在常规软触感聚丙烯复合材料配方体系中引入一种超分散母粒可以改善软触感材料制品的表面浮纤现象，由实施例3、6、7及对比例3、4进行对比发现，同等份数玻纤填充情况下，随着超分散母粒的添加量增加，样板表面浮纤现象改善明显，且伴随着浮纤改善的同时，对应材料的焊接强度也同步增加，焊接强度可以由原先的 20.4MPa提升至28.1MPa。再进一步由上述实施例和对比例的性能对比可以发现，实施例6是上述材料配方中综合性能最优，其具备高刚性、高韧性，低气味要求，是一种样板表面无浮纤、具有较高焊接强度软触感材料。综上，在常规软触感聚丙烯复合材料配方体系中通过侧喂料方式加入超分散母粒，能制备出一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料。

Claims (7)

1.一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其特征在于：其包括以下重量份计的原料：
聚丙烯：40.5-77.5；
玻璃纤维：15-25；
弹性体：10-20；
相容剂：1-5；
超分散母粒：2-6；
抗氧剂：0-1；
光稳定剂：0-0.5；
气味吸附剂：0.5-1；
其它助剂：0-2；
所述的弹性体为乙烯和丁烯共聚物、乙烯和辛烯共聚物中的一种或两种混合物，其密度在0.86-0.90g/cm3 ，熔融指数在1-5g/10min；
所述的超分散母粒由下列组分按重量份数制备而成：高流动聚丙烯17份、高流动POE40份、分散剂40份、偶联剂3份；其中，所述的高流动聚丙烯在230℃，2.16KG 条件下，熔融指数为60-100g/10min，所述的高流动POE在230℃，2.16KG条件下，熔融指数为30g/10min，所述的分散剂为季戊四醇硬脂酸酯，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550；
超分散母粒的制备：
按重量组分将高流动聚丙烯、高流动POE、分散剂、偶联剂一同加入高速混料机进行混合均匀后，接着转入到密炼机的混炼室内进行高速密炼混合，接着将密炼混合好的块状物料转移到双腕式喂料口进行喂料，由单螺杆挤出机对其进行挤出、风冷、造粒制备出超分散母粒;其中密炼机中的密炼室的温度设置在190-210℃，单螺杆直径为70mm,长径比为12，单螺杆挤出机分为三段控制温度，从喂料口到机头各段的温度依次为200℃、210℃、220℃；
B. 无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料的制备：
(1)按照质量比例称配好上述各组分；
(2)将玻璃纤维和超分散母粒加入到高速混合器中混合5-10min,备用；
(3)将聚丙烯、弹性体、相容剂、抗氧剂、光稳定剂、气味吸附剂、其它助剂组分放于高速混合机中高速混合5-10min；
(4)将上述步骤3混合均匀后的原料从主喂料口加入到双螺杆挤出机中，步骤2中混合均匀后的原料从双螺杆挤出机中部的侧向喂料口加入双螺杆挤出机，进行熔融挤出、拉条、冷却、造粒后，再经过烘料处理制备出无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其中双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区：185-200℃，二区205-215℃，三区215-220℃，四区210-225℃;整个挤出过程的时间为2分钟，压力12-18Mpa，主螺杆转速500-600r/min，水槽温度为30~60℃，在双螺杆挤出机两侧添加抽双真空设置，双真空的真空度为-0.06MPa~-0.1MPa，烘料处理采用新的烘料工艺：a罐储料，b罐烘料，c罐冷却，其中b罐烘料工艺：140℃*4h。
2.根据权利要求1所述的一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，在230℃，2.16KG条件下，熔融指数为30-60g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为无碱短切玻纤，长度为5~10mm，直径为7~15μm。
4.根据权利要求1所述的一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
5.根据权利要求1所述的一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、 三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八酯、 β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯中的一种或者两种以上混合组成。
6.根据权利要求1所述的一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳定剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类光稳定剂中的至少一种；
所述的其它助剂为各种颜色成分、加工助剂的一种或几种的组合物。
7.根据权利要求1所述的一种无浮纤高焊接强度软触感聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的气味吸附剂为物理吸附剂，是一种具备空洞结构的分子筛，平均孔径在0.5nm。
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