CN112538216B - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：聚丙烯50～80份、交联橡胶粉1～20份、相容剂1～5份、增韧剂0～30份、无机填料1～30份和抗氧剂0.2～0.8份，所述相容剂为极性单体接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉的平均粒径为10μm～500μm。本发明的聚丙烯复合材料通过搭配聚丙烯、交联橡胶粉以及作为相容剂的极性单体接枝聚丙烯，有利于改善聚丙烯复合材料的耐划伤性能，保证了聚丙烯复合材料的机械性能，避免了为提升聚丙烯复合材料的耐划伤性能而添加耐划伤剂所导致的发粘。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)因其具有低密度、低成本、耐腐蚀、绝缘性好、优良的综合性能等优点，被广泛应用于制备汽车内外饰零部件。但因其耐划伤性能差，成为开拓创新的应用领域的障碍。特别是对于部分汽车内饰材料，比如仪表板、副仪表板、门板、立柱、手套箱、手拉盖板等，这些注塑制件在生产、运输和使用的过程中，不可避免的跟硬物触碰、摩擦，在制件表面造成划痕，影响制件的耐用性和美观。
目前对于提升聚丙烯材料耐划伤性能的方法主要是提升材料表面硬度以及降低表面摩擦系数。如专利CN111087683A、CN 109021380 A等，均通过添加酰胺类或硅酮类等耐划伤剂达到降低表面摩擦系数，从而提升材料耐划伤的目的；但此类方法的缺陷在于，耐划伤剂极易析出，对于材料VOC、气味、析出发粘造成不利影响。专利CN 108034144A通过在基体中引入POM，来增强材料表面硬度同时降低材料表面系数；专利CN104356509A通过在基体中引入PMMA来增强材料表面硬度。此类方法可一定程度降低划伤，但材料的力学性能，特别是韧性衰减严重，且光泽度高，材料使用局限性大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：聚丙烯50～80份、交联橡胶粉1～20份、相容剂1～5份、增韧剂0～30份、无机填料1～30份和抗氧剂0.2～0.8份，所述相容剂为极性单体接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉的平均粒径为10μm～500μm。
上述聚丙烯复合材料通过搭配聚丙烯、交联橡胶粉以及作为相容剂的极性单体接枝聚丙烯，有利于改善聚丙烯复合材料的耐划伤性能，保证了聚丙烯复合材料的机械性能，避免了为提升聚丙烯复合材料的耐划伤性能而添加耐划伤剂所导致的发粘。
上述聚丙烯复合材料通过交联橡胶粉，使得聚丙烯材料表面的粗糙程度增加，降低了材料表面的光泽度；提升了材料韧性；另外材料表面的交联橡胶粉降低了划伤时的接触面积，且橡胶组分弹性较大，减低了划伤过程中对基体聚丙烯材料的破坏。另一方面，极性单体接枝的聚丙烯作为聚丙烯与基体中的极性成分的相容剂，特别是加强了滑石粉等无机填料在基体中的分散以及与无机填料与聚丙烯分子链之间的相互作用，在划伤后无机填料被聚丙烯基体“包裹”，不容易外露发白。交联橡胶粉阻隔聚丙烯基体被划伤，相容剂有效降低无机填料外露发白，两者协同功效大大提升材料的耐划伤性能。且上述聚丙烯复合材料光泽度降低、并无通过添加小分子类耐划伤剂容易析出的现象。发明人通过研究发现交联橡胶粉粒径为10～500μm，粒径太小无法起到降低光泽度和改善耐划伤的效果；粒径太大则影响材料强度和冲击等机械性能。
优选地，所述极性单体接枝聚丙烯为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐衍生物接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸衍生物接枝聚丙烯和异氰酸酯类接枝聚丙烯中的至少一种。
上述聚丙烯复合材料中，极性单体接枝聚丙烯为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐衍生物接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸衍生物接枝聚丙烯和异氰酸酯类接枝聚丙烯时，与聚丙烯、交联橡胶粉搭配具有更优异的耐划伤性能、机械性能和抗发粘性能。
优选地，所述交联橡胶粉为交联天然橡胶、交联丁苯橡胶、交联顺丁橡胶、交联异戊橡胶、交联氯丁橡胶、交联丁基橡胶或交联乙丙橡胶中的至少一种。
上述聚丙烯复合材料中，作为相容剂的马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐衍生物接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸衍生物接枝聚丙烯、异氰酸酯类接枝聚丙烯，与上述交联橡胶搭配具有更优异的耐划伤性能、机械性能和抗发粘性能。
优选地，所述交联橡胶粉和相容剂的重量比为5：(1～5)。
发明人通过研究发现，上述聚丙烯复合材料中，交联橡胶粉和相容剂的重量比为5：(1～5)时，聚丙烯复合材料具有更优异的耐划伤性能、机械性能和抗发粘性能。
优选地，所述的增韧剂为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、以及三元乙丙胶或聚氨酯中的至少一种。
优选地，所述无机填料选自滑石粉、硅灰石、云母粉、碳酸钙和高岭土中的至少一种。
优选地，所述的抗氧剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类和杯芳烃中的至少一种。
优选地，所述交联橡胶粉占所述聚丙烯复合材料重量的5％～15％。
发明人通过研究发现，交联橡胶粉占所述聚丙烯复合材料重量的5％～15％时，聚丙烯复合材料具有更优异的耐划伤性能、机械性能和抗发粘性能。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
优选地，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末。
本发明还提供上述任一所述聚丙烯复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将聚丙烯、交联橡胶粉、相容剂、增韧剂、无机填料和抗氧剂按照重量配比混合后熔融挤出。
本发明还提供上述任一所述聚丙烯复合材料在汽车内饰材料、汽车仪表板、汽车门板、汽车立柱、汽车手套箱或汽车手拉盖板中的应用。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，本发明的聚丙烯复合材料通过搭配聚丙烯、交联橡胶粉以及作为相容剂的极性单体接枝聚丙烯，有利于改善聚丙烯复合材料的耐划伤性能，保证了聚丙烯复合材料的机械性能，避免了为提升聚丙烯复合材料的耐划伤性能而添加耐划伤剂所导致的发粘。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
应用于本发明实施例的聚丙烯复合材料的原材料如下：
共聚聚丙烯牌号：PP 548R，厂家：中海壳牌。在230℃、2.16kg条件下熔体质量流动速率为30g/10min，密度为0.900g/cm3；用作实施例和对比例中的聚丙烯。
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径1μm，市售；
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径20μm，市售；
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径100μm，市售；
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径500μm，市售；
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径600μm，市售；
相容剂：马来酸酐接枝PP，厂家：佛山市南海柏晨高分子新材料有限公司；
增韧剂：乙烯-辛烯共聚物，牌号：ENGAGE 7467，厂家：陶氏塑料；
无机填料：滑石粉，牌号：TYT-777A，厂家：辽宁艾海；
抗氧剂：受阻酚类抗氧剂，牌号：1010，厂家：宜兴市天使合成化学；亚磷酸酯类抗氧剂，牌号：168，厂家：宜兴市天使合成化学。
耐划伤剂：芥酸酰胺，海门众腾化工有限公司。
实施例1
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：5重量份交联橡胶粉、1重量份相容剂、10重量份增韧剂、10重量份无机填料、0.4重量份抗氧剂和聚丙烯余量，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例的聚丙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量配比将聚丙烯、交联橡胶粉末、相容剂、增韧剂、无机填料和抗氧剂在高速混合机中混合3～5min；
(2)将步骤(1)得到的混合物从主喂料口投入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、拉条、水冷、造粒得到复合材料粒子；双螺杆挤出机的长径比为75:1，挤出温度为190～220℃，螺杆转速为500rpm，总喂料量为800～1200kg/h，真空度≤-0.08bar。
实施例2
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下百分比的组分：5重量份交联橡胶粉、3重量份相容剂、10重量份增韧剂、10重量份无机填料、0.4重量份抗氧剂和聚丙烯余量，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例3
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下百分比的组分：5重量份交联橡胶粉、5重量份相容剂、10重量份增韧剂、10重量份无机填料、0.4重量份抗氧剂和聚丙烯余量，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例4
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下百分比的组分：5重量份交联橡胶粉、1重量份相容剂、10重量份增韧剂、20重量份无机填料、0.4重量份抗氧剂和聚丙烯余量，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例5
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下百分比的组分：5重量份交联橡胶粉、3重量份相容剂、10重量份增韧剂、20重量份无机填料、0.4重量份抗氧剂和聚丙烯余量，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例6
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下百分比的组分：5重量份交联橡胶粉、5重量份相容剂、10重量份增韧剂、20重量份无机填料、0.4重量份抗氧剂和聚丙烯余量，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例7
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料包括以下百分比的组分：15重量份交联橡胶粉、3重量份相容剂、10重量份增韧剂、10重量份无机填料、0.4重量份抗氧剂和聚丙烯余量，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例8
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，本实施例与实施例2的唯一区别为：所述交联橡胶粉的平均粒径为500μm。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例9
作为本发明实施例的一种聚丙烯复合材料，本实施例与实施例2的唯一区别为：所述交联橡胶粉的平均粒径为20μm。
本实施例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例1
作为本发明对比例的一种聚丙烯复合材料，本对比例与实施例2的唯一区别为：所述交联橡胶粉的平均粒径为1μm。
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例2
作为本发明对比例的一种聚丙烯复合材料，本对比例与实施例2的唯一区别为：所述交联橡胶粉的平均粒径为600μm。
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例3
作为本发明对比例的一种聚丙烯复合材料，本对比例与实施例2的唯一区别为：不加相容剂。
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例4
作为本发明对比例的一种聚丙烯复合材料，本对比例与实施例2的唯一区别为：聚丙烯复合材料中不包括交联橡胶粉。
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例5
作为本发明对比例的一种聚丙烯复合材料，本对比例与实施例2的唯一区别为：聚丙烯复合材料中不包括交联橡胶粉，包括2重量份的耐划伤剂，耐划伤剂为芥酸酰胺。
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例6
作为本发明对比例的一种聚丙烯复合材料，本对比例与实施例2的唯一区别为：聚丙烯复合材料中不包括相容剂，包括2重量份的耐划伤剂，耐划伤剂为芥酸酰胺。
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例7
作为本发明对比例的一种聚丙烯复合材料，本对比例与实施例2的唯一区别为：不包括滑石粉。
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
性能试验
将实施例1-9、对比例1-7聚丙烯复合材料制备为试验品进行性能测试。
(1)拉伸强度：按ISO 527/1：2019测试，温度23℃，拉伸速率50mm/min；
(2)弯曲强度：按ISO 178：2019测试，温度23℃，弯曲速率2mm/min；
(3)弯曲模量：按ISO 178：2019测试，温度23℃，弯曲速率2mm/min；
(4)23℃缺口冲击强度：按ISO 180：2000测试；
(5)耐划伤：按照大众PV 3952：2019测试，负载10N，速度1000mm/min，针头直径1mm；
(6)发粘等级；按照大众PV 1306：2008测试，5周期；
(7)光泽度：按ISO 2813：2014测试，采用光泽度仪测试，测试角度为60°，测试试样表面为皮纹面。
表1
从实施例1-9和对比例1-7的数据可以看出，本发明制备的聚丙烯复合材料通过加入10-500μm粒径的交联橡胶粉末和相容剂，有效降低了材料的光泽度，同时耐划伤性能和抗析出发粘得到提升。对比例加入酰胺类的耐划伤剂可提升材料的耐划伤性能，但是光泽度提升明显，而且有析出发粘的风险。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：聚丙烯50~80份、交联橡胶粉1~20份、相容剂1~5份、增韧剂0~30份、无机填料1~30份和抗氧剂0.2~0.8份，所述增韧剂的重量份不为0，所述相容剂为极性单体接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉的平均粒径为10 μm~500 μm；所述交联橡胶粉和相容剂的重量比为5：（1~5）；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶，所述交联橡胶粉占所述聚丙烯复合材料重量的5%~15%；所述无机填料选自滑石粉、硅灰石、云母粉、碳酸钙和高岭土中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述极性单体接枝聚丙烯为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐衍生物接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酸衍生物接枝聚丙烯和异氰酸酯类接枝聚丙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的增韧剂为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、以及三元乙丙胶或聚氨酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类和杯芳烃中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末。
6.如权利要求1-5任一所述聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将聚丙烯、交联橡胶粉、相容剂、增韧剂、无机填料和抗氧剂按照重量配比混合后熔融挤出。
7.如权利要求1-5任一所述聚丙烯复合材料可在汽车仪表板、汽车门板、汽车立柱、汽车手套箱或汽车手拉盖板中的应用。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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