CN112646274B - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，涉及改性塑料技术领域。本发明所述聚丙烯复合材料包含如下重量份的成分：聚丙烯树脂50～99份、石墨烯0.01～0.2份和酸化蒙脱土5～20份。本发明所述聚丙烯复合材料具有良好的隔音、抗冲击性能，可应用于汽车内饰(仪表板、立柱或门板等)领域。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性塑料技术领域，尤其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)材料以其低比重、优异的力学性能、低成本、易加工、耐腐蚀等特性广泛应用于汽车领域等，随着工业需求的不断提高，需要进一步提高其各项综合性能。在汽车内饰方面，对零件的耐划伤性能、抗冲击性能有严格要求。同时，作为隔板材料使用时，还需要其具有良好的隔音效果。但目前兼具良好的力学性能和隔音效果的聚丙烯材料相对较少。
随着人们对汽车NVH性能的要求逐渐提高，各厂商在开发过程中对噪声的控制越来越严格，其中，采用隔声材料(例如声学包)隔声是噪声控制的重要手段，因而隔声材料的隔声性能测试变得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种兼具良好的力学性能和隔音效果的聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种聚丙烯复合材料，包含如下重量份的成分：聚丙烯树脂50～99份、石墨烯0.01～0.2份和酸化蒙脱土5～20份。
酸化蒙脱土的比表面积较大，具有较强的吸附能力，其多孔特性可以吸附声波能量，从而达到隔音的效果。而石墨烯也具有一定的吸收声波能量的能力。除此之外，石墨烯随酸化蒙脱土良好地分散在聚丙烯材料中，对聚丙烯复合材料有明显的增强和增韧的作用，尤其是低温韧性。由于汽车经常处于高速行驶的状态，为了保护司乘安全，要求汽车上的各零部件如仪表板和立柱等零件在高速行驶时或者高速碰撞(或气囊弹出)时，不能出现碎片飞出等现象，以防司乘被飞出的碎片击伤。所以改善汽车内饰部件的韧性尤为重要。
优选地，所述石墨烯和酸化蒙脱土的重量比为1：80～120。
优选地，所述石墨烯和酸化蒙脱土的重量比为1：90～110。
优选地，所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率为2～30g/10min。
优选地，所述聚丙烯复合材料还包含润滑剂0.1～3份、抗氧剂0.1～3份、增韧剂0～20份、填充剂0～25份和加工助剂0.1～3份。
优选地，所述润滑剂包含油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、STRUKTOL TR451中的至少一种。
优选地，所述润滑剂为STRUKTOL TR451。
优选地，所述抗氧剂包含受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种。所述抗氧剂包含四[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、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、硫代二丙酸双十二醇酯中的至少一种，
优选地，所述增韧剂包含乙烯辛烯共聚物、乙烯丁烯共聚物中的至少一种；所述增韧剂在190℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率为0.1～10g/10min，密度为0.8～0.9g/cm3。
优选地，所述填充剂为滑石粉；所述滑石粉的D50粒径为3.5～8μm。
优选地，所述加工助剂包含光稳定剂、热稳定剂中的至少一种。
同时，本发明还公开了一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯和酸化蒙脱土混合均匀，得到混合物A；
(2)将混合物A、聚丙烯树脂、增韧剂、加工助剂、抗氧剂和润滑剂从主喂料口投入挤出机，填充剂从侧喂料口加入，通过熔融、混炼、均化后挤出造粒；所述挤出机的挤出螺杆长径比为36～48:1；挤出机温度按1区80-120℃，2-5区180-200℃，其他区200-230℃设置，造粒后的塑料即为所述聚丙烯复合材料。
优选地，所述步骤(1)中，石墨烯和酸化蒙脱土的混合方法为：首先将石墨烯分散、烘干，然后将酸化蒙脱土和烘干的石墨烯加入40～60℃的高混机中混合8～15min，得到混合物A。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过在聚丙烯复合材料中添加酸化蒙脱土和石墨烯，并对其成分进行选择，制备出了一种具有良好的力学性能和隔音效果的聚丙烯复合材料，其制备方法简单、易操作，适于进行工业化生产。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、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。
对实施例和对比例所用材料作如下说明：
聚丙烯树脂A：PP K9017，熔融指数为15g/10min(230℃，2.16kg)，台化；
聚丙烯树脂B：PP BX3800，熔融指数为28g/10min(230℃，2.16kg)，韩国SK；
酸化蒙脱土：浙江丰虹新材料股份有限公司；
石墨烯：中国科学院成都有机化学公司生产，厚度4-20nm，直径2-16μm，比表面积30～40m2/g，密度0.6g/cm3，纯度99.5％；
增韧剂：POE ENGAGE 8842，陶氏化学，根据ASTM D1238-2013，在190℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率为1.1g/10min；
滑石粉：TYT-777A，辽宁北海公司，D50粒径为5μm；
抗氧剂：SONOX 168，受阻酚类抗氧剂，山东临沂三丰化工；
抗氧剂SONOX 1010，亚磷酸酯类抗氧剂，山东临沂三丰化工；
润滑剂：STRUKTOL TR451，Struktol公司，复配型润滑剂；
光稳定剂：LA-402AF，受阻胺类光稳定剂，氰特化工(上海)有限公司。
实施例1
本发明所述聚丙烯复合材料的一种实施例，本实施例所述聚丙烯树脂的配方如表1所示，制备方法如下：
(1)将石墨烯分散、烘干，然后将酸化蒙脱土和烘干的石墨烯加入温度为50℃的高混机中混合10min，得到混合物A；
(2)将混合物A、聚丙烯树脂、STRUKTOL TR451、增韧剂、LA-402AF、抗氧剂SONOX168、抗氧剂SONOX 1010从主喂料口投入挤出机，滑石粉从侧喂料口加入，通过熔融、混炼、均化后挤出造粒，得到所述聚丙烯复合材料。其中，挤出螺杆长径比为44:1，挤出机温度按1区100℃、2-5区190℃、其他区210℃设置。
实施例2～7
本发明所述聚丙烯复合材料的实施例，实施例2～7的制备方法与实施例1相同，区别仅在于，各成分的含量不同，实施例2～7所述聚丙烯复合材料的配方如表1所示。
实施例8
本发明所述聚丙烯复合材料的一种实施例，本实施例所述聚丙烯复合材料的配方与实施例1相同，区别仅在于，制备所述聚丙烯复合材料时，石墨烯、酸化蒙脱土、聚丙烯树脂、增韧剂、加工助剂、抗氧剂、润滑剂、滑石粉直接加入主喂料口中，不对石墨烯和酸化蒙脱土进行预混。
对比例1
一种聚丙烯复合材料，其配方中不含石墨烯，其余成分及配比与实施例1相同，其制备方法与实施例1的第2步相同。
对比例2
一种聚丙烯复合材料，其配方中不含酸化蒙脱土，其余成分及配比与实施例1相同，其制备方法与实施例1的第2步相同。
对比例3～4
一种聚丙烯复合材料，其制备方法与实施例1相同，区别仅在于，各成分的含量不同，其配方如表1所示。
表1配方表(重量份)
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 对比例3 对比例4
聚丙烯树脂A 40 40 40 40 40 40 40 40 40
聚丙烯树脂B 25 25 25 25 25 25 25 25 25
石墨烯 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.5 0.1
酸化蒙脱土 10 9 11 8 12 5 10 25 4
增韧剂 10 10 10 10 10 10 10 10 10
滑石粉 10 10 10 10 10 10 10 10 10
STRUKTOL TR451 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
抗氧剂SONOX 1010 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
抗氧剂SONOX 168 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
LA-402AF 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
对实施例1～8和对比例1～4进行性能测试，参考标准如下，测试结果如表2所示。
拉伸强度参照ISO 527-2012进行测试；
弯曲模量参照ISO 178-2010进行测试；
悬臂梁缺口冲击强度参照ISO 180-2019进行测试；
低温多轴冲击强度参照ISO 6603-2-2000进行测试：测试-30℃时的多轴冲击强度，性能从优到劣分为YD、YS、YU、NY四个等级；YD型断裂方式在曲线图中表现为有明显的屈服点，断裂表面有整体深度一致的延展，击穿孔只有一圈裂纹；YS型断裂方式在曲线图中表现为有明显的屈服点，断裂表面有稳定但不一致的延展性，可均匀区分，击穿孔有不重复的两圈裂纹；YU型断裂方式在曲线图中表现为有明显的屈服点，断裂表面有不稳定延性断裂，可能有延性断裂的部分，击穿孔有不重复的两圈裂纹或者击穿部位发生不稳定的无延展性断裂，有明显裂纹但未与样板间脱落；NY型断裂方式表现为无屈服。
隔音系数参照GB/T 19889.1-2005进行测试。
表2性能测试结果
Figure GDA0003661888550000061
Figure GDA0003661888550000071
从表2中可知，实施例1～8均具有良好的力学性能和隔音效果，并且实施例1～3的性能最好，表明本发明通过对石墨烯和酸化蒙脱土的含量进行选择，确定了两者的比例为1：90～110时，性能最优。
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，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (11)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包含如下重量份的成分：聚丙烯树脂50~99份、石墨烯0.01~0.2份和酸化蒙脱土5~20份；所述石墨烯和酸化蒙脱土的重量比为1：80~120。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯和酸化蒙脱土的重量比为1：90~110。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂在190℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率为2~30g/10min。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料还包含增韧剂0~20份、填充剂0~25份、润滑剂0.1~3份、抗氧剂0.1~3份、和加工助剂0.1~3份。
5.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂包含油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一种。
6.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包含受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种。
7.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂包含乙烯辛烯共聚物、乙烯丁烯共聚物中的至少一种；所述增韧剂在230℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率为0.1~10g/10min，密度为0.8~0.9g/cm3。
8.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填充剂为滑石粉；所述滑石粉的D50粒径为3.5~8μm。
9.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂包含光稳定剂、热稳定剂中的至少一种。
10.一种如权利要求4~9任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将石墨烯和酸化蒙脱土混合均匀，得到混合物A；
（2）将混合物A、聚丙烯树脂、增韧剂、加工助剂、抗氧剂和润滑剂从主喂料口投入挤出机，填充剂从侧喂料口加入，通过熔融、混炼、均化后挤出造粒，得到所述聚丙烯复合材料；所述挤出机的挤出螺杆长径比为36~48:1。
11.如权利要求10所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，石墨烯和酸化蒙脱土的混合方法为：首先将石墨烯分散、烘干，然后将酸化蒙脱土和烘干的石墨烯加入40~60℃的高混机中混合8~15min，得到混合物A。
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