CN112662053A - 一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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黄贺
张千惠
张锴
蔡青
周文
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Shanghai Pret Composites Co Ltd
Zhejiang Pret New Materials Co Ltd
Chongqng Pret New Materials Co Ltd
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Zhejiang Pret New Materials Co Ltd
Chongqng Pret New Materials Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备方法,该改性聚丙烯材料主要由功能化硫酸镁晶须1~10份、常规聚丙烯45~90份、滑石粉5~10份、弹性体1~15份、抗氧剂0.1~1.5份、其他助剂0~3份组成。对比于传统的滑石粉改性聚丙烯材料,功能化硫酸镁晶须的引入使该改性聚丙烯材料表现出更佳的机械性能,特别是对于抗冲性能表现以及线性膨胀系数都优于普通滑石粉填充聚丙烯材料,主要原因归因于功能化硫酸镁晶须在体系中起到成核剂的作用。同时,硫酸镁晶须与滑石粉复配的复合填充体系使得矿物在材料中具有更好的分散性,降低聚丙烯晶体尺寸,提高抗冲性能,降低其线性膨胀系数。

Description

一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种功能性聚丙烯材料及其制备方法,尤其涉及一种基于硫酸镁晶须的高性能车保险杠用低密度改性聚丙烯复合材料及其制备方法,属于聚丙烯技术领域。
背景技术
随着新型汽车工业的飞速发展,对汽车保险杠提出了轻量化、安全化、薄壁化及零件尺寸稳定性提出了更高的要求。因此,对汽车保险杠材料的性能要求也提出了更高的挑战。改性聚丙烯作为汽车内外饰零件的常用材料,具备来源广泛、密度小、力学均衡性好、耐化学腐蚀、易加工及价格低廉等突出优点,成为汽车轻量化的首选塑料。目前对于主流市场上的填充改性保险杠用聚丙烯材料,主要基于传统的滑石粉/碳酸钙等矿物改性,虽然滑石粉填充改性聚丙烯已基本满足汽车保险杠材料的性能要求,但是随着轻量化趋势的发展及各大主机厂提出的对应轻量化保险杠材料提出的更高的性能要求及尺寸要求。因此对于发展新型填料增加改性保险杠用聚丙烯的综合性能迫在眉睫。
硫酸镁晶须(MOSw)是高强度高模量的脆性材料,具有与聚合物掺混不增加熔体粘度的特性。MOSw增强聚合物的机理有复合传递、裂纹桥联、裂纹偏转和拔出效应。(FABER KT.Crack deflection processes.l.theory[J].Acta Metall,1983,31(4):565-576.DANGL,NAI X Y,LIU X,et al.Crystallization,mechanical,thermal and rheologicalproperties of polypropylene composites reinforced by magnesium oxysulfatewhisker[J].Chin J Polym Sci,2017,35(5):659-671.)。在使用POE增韧、MOSw增强PP的复合体系中,POE的分散,MOSw的分散、长度影响复合材料的性能。共混挤出时,基体的黏度越高、挤出过程的剪切越强,物料的混合性越好,但是MOSw断裂程度越严重。因此合适的剪切强度保持晶须的尺寸由为重要。另外,将滑石粉与晶须材料复配作为填充体系,辅助合适的剪切强度,可以实现聚丙烯复合材料的性能增强,并且降低材料的线性膨胀系数。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,发明一种基于硫酸镁晶须的高性能车保险杠用低密度改性聚丙烯复合材料及其制备方法,主要通过硫酸镁晶须与滑石粉复配作为矿物填充体系与常规聚丙烯通过双螺杆或注塑机共混挤出条状共混物经过循环水冷却后进入切粒机切粒得改性聚丙烯粒子。其中硫酸镁晶须与滑石粉复配的矿物填充体系可以提高材料的刚度及韧性,并且降低聚丙烯复合材料的线性膨胀系数。
本发明的目的是通过以下技术方案实现:
一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,由下列按照重量份计的原料制备而成:
常规聚丙烯:45~90份;
滑石粉:1~10份;
弹性体:1~20份;
硫酸镁晶须:1~10份;
抗氧剂:0.1~1.5份;
其他助剂:0~3份;
其中,所述的常规聚丙烯材料是指在230℃,2.16Kg条件下材料的流动速度在10g/10min到100g/10min的聚丙烯。
所述的滑石粉为1250目到10000目的滑石粉粉体材料。
所述的弹性体为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的一种或者几种的混合物,密度为0.80~1.0g/cm3
所述的硫酸镁晶须材料为针状,长度为10-60μm,长径比为20-40。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇脂)、抗氧剂168(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)中的一种或者几种混合物。
所述的其他助剂为光稳定剂V703、5589、531,润滑剂白油,乙烯基双硬酯酰胺(EBS)等。
上述低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,包括以下制备步骤:
按重量份数,将硫酸镁晶须、聚丙烯、滑石粉、弹性体,抗氧剂和其他助剂一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备出改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为150℃,185℃,205℃,205℃,210℃,220℃,225℃,225℃,230℃,230℃。主螺杆转速为200~550r/min,水槽温度30℃~60℃。
本发明与现有技术相比,具有以下技术优势:
本发明首先制备了硫酸镁晶须与滑石粉复配填充改性的高性能保险杠用低密度聚丙烯复合材料,与传统的单一滑石粉填充相比,得到的聚丙烯复合材料具备高模量、高冲击的特性,相比传统滑石粉填充聚丙烯材料,其线性膨胀系数更低。可以用于在高端车型保险杠用低密度聚丙烯复合材料中。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明内容。应该强调的是,这些实施例仅用于对本发明的进一步说明,而不能理解为对本发明保护范围的限制。此外应理解,在阅读了本发明所述的内容之后,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1
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为60μm、长径比为40的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯73份,5000目滑石粉4份,弹性体16份,1010抗氧剂0.1份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂V703 1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
对比例1
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将流动速度为30g/10min的聚丙烯73份,5000目滑石粉10份,弹性体16份,1010抗氧剂0.1份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂V703 1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
实施例2
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为40μm、长径比为30的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,5000目滑石粉4份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂5589 1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
对比例2
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将流动速度为30g/min的聚丙烯72份,5000目滑石粉10份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.3份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂5589 1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
实施例3
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重将长度为30μm、长径比为20的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,5000目滑石粉4份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂55891.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
对比例3
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,5000目滑石粉10份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂5589 1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为550r/min,水槽温度38℃。
实施例4
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为30μm、长径比为20的硫酸镁晶须6份与流动速度为60g/10min的聚丙烯42份,流动速度为30g/10min的聚丙烯30份,5000目滑石粉4份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,5589光稳定剂1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
对比例4
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将流动速度为60g/10min的聚丙烯42份,流动速度为30g/10min的聚丙烯30份,5000目滑石粉10份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,5589光稳定剂1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
实施例5
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为20μm、长径比为15的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,5000目滑石粉4份,弹性体16份,168抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,531光稳定剂1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
对比例5
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,10000目滑石粉10份,弹性体16份,168抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,531光稳定剂1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
实施例6
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为40μm、长径比为30的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,10000目滑石粉4份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂5589 1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为400r/min,水槽温度38℃。
对比例6
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为40μm、长径比为30的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,10000目滑石粉4份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂5589 1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为300r/min,水槽温度38℃。
实施例7
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为40μm、长径比为30的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,10000目滑石粉4份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂5589 1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为350r/min,水槽温度38℃。
对比例7
硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料:按重量份数,将长度为40μm、长径比为30的硫酸镁晶须6份与流动速度为30g/10min的聚丙烯72份,10000目滑石粉4份,弹性体16份,DSTP抗氧剂0.5份,其他助剂:润滑剂白油,光稳定剂5589 1.5份一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为155℃,180℃,200℃,205℃,215℃,220℃,225℃,225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为300r/min,水槽温度38℃。
将上述实施例以及对比例1~7改性聚丙烯复合材料均按照统一工艺注塑成相应的测试样条,按照下表1中的测试标准及条件进行性能测试,测试数据如表2,3所示。
表1硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料性能测试标准及条件
序号 检验指标 检验方法 单位 测试条件
1 密度 ISO 1183-1 g/cm^3
2 拉伸强度 ISO 527-2 MPa 50mm/min
3 弯曲模量 ISO 178 MPa 2mm/min
4 弯曲强度 ISO 178 MPa 2mm/min
5 缺口冲击强度(23℃) ISO 179-1 kJ/m^2 23℃/-30℃
6 熔体流动速率 ISO 1133-1 g/10min 230℃×2.16kg
7 线性膨胀系数 K<sup>-1</sup>
表2实施例和对比例1~7硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料基本力学性能测试数据及结果
表3实施例和对比例1~7硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料线性膨胀系数评估
对于表2和表3实施例以及对比例1~7根据本发明专利一种硫酸镁晶须改性的高性能聚丙烯复合材料中的部分代表性实施方案制备的改性聚丙烯复合材料的测试结果,硫酸镁晶须替代部分滑石粉后,改性聚丙烯的低温冲击以及弯曲模量等也得到相应的提升,同时线性膨胀系数的测试也印证了我们的猜想,硫酸镁晶须与滑石粉复配填充体系有利于降低改性聚丙烯复合材料的线性膨胀系数。

Claims (8)

1.一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:由下列按照重量份计的原料制备而成:
常规聚丙烯:45~90份;
滑石粉:1~10份;
弹性体:1~20份;
硫酸镁晶须:1~10份;
抗氧剂:0.1~1.5份;
其他助剂:0~3份。
2.根据权利要求1所述的一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的常规聚丙烯材料是指在230℃,2.16Kg条件下材料的流动速度在10g/10min到100g/10min的聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的滑石粉为1250目到10000目的滑石粉粉体材料。
4.根据权利要求1所述的一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的弹性体为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物中的一种或者几种的混合物,密度为0.80~1.0g/cm3
5.根据权利要求1所述的一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的硫酸镁晶须材料为针状,长度为10-60μm,长径比为20-40。
6.根据权利要求1所述的一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的抗氧剂为抗氧剂1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇脂)、抗氧剂168(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯和抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)中的一种或者几种混合物。
7.根据权利要求1所述的一种低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:所述的其他助剂为光稳定剂V703、5589、531,润滑剂白油,乙烯基双硬酯酰胺(EBS)等。
8.根据权利要求1-7任意之一所述低密度高性能车保险杠用改性聚丙烯复合材料,其特征在于:包括以下制备步骤:
按重量份数,将硫酸镁晶须、聚丙烯、滑石粉、弹性体,抗氧剂和其他助剂一起加入到高速混料机中混合均匀后,再加入到双螺杆挤出机中,经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备出改性聚丙烯复合材料;所述的双螺杆挤出机的I~X区加工温度依次为150℃,185℃,205℃,205℃,210℃,220℃,225℃,225℃,230℃,230℃。主螺杆转速为200~550r/min,水槽温度30℃~60℃。
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