CN112662073A - 一种低密度、高强度、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚丙烯复合材料技术领域，具体公开了一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下重量份的原料组成：聚丙烯40‑97wt％；含氟聚合物1‑30wt％；弹性体增韧剂1～30wt％，其他助剂0.1‑2wt％。将原料在混合器中干混3～5分钟，将混合后的原料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒。本发明的优点：使用含氟聚合物作为填料，与传统的填料相比具有更低密度和更高的强度和冲击性能，可以在尽可能降低密度和减少韧性的同时，大幅度提高材料刚性。含氟聚合物与弹性体增韧剂协同作用，与传统增韧改性聚丙烯相比，材料可以达到更理想的刚韧平衡，同时能改善加工流动性。

Description

一种低密度、高强度、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

近些年，随着国内外对汽车市场综合油耗新一轮文件下达的实施计划，汽车轻量化成为各大主机厂的研究热点。在现有技术中，传统的矿物填充改性聚丙烯材料，广泛应用于汽车内饰件中，如仪表板、门板、立柱等，所使用的是高填充(矿物填充量超过20wt％)的增韧聚丙烯材料，密度超过1.04g/cm3，而传统降低密度的方法是利用减少填充物的含量，此方法虽然可以降低密度，但在材料刚性、韧性等方面无法满足材料的实际性能设计要求。传统技术已经无法满足汽车行业对材料轻量化的技术要求。

杨贵生等在CN201810699676.2中采用高结晶共聚聚丙烯为基材，以具有一定长径比的晶须增强改性，确保制备的组合物具有较高的强度，同时以高熔指的增韧剂改性提升组合物的冲击强度，使得最终制得的聚丙烯具有较高的刚性和韧性。该专利实质上和本专利有差距，该专利更多从无机填料方面着手，但是有机填料含氟聚合物密度比无机填料密度更低、冲击性能更优，同时含氟聚合物具有较低表面能和自润滑效果，能显著提高聚丙烯的加工流动性，从专利的最终评估方法也可以看出两份专利的性能方面也有差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法。该材料制备方法相对简单成熟，有利于大规模生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，由以下重量份原料组成：

聚丙烯：40-97wt％

含氟聚合物1-30wt％；

弹性体增韧剂1-30wt％；

其他助剂0.1-2wt％。

其中，

所述的含氟聚合物为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或几种混合，重均分子量为0.5～40万，平均粒径为0.2～200μm：

所述的聚丙烯为230℃，2.16kg的测试条件下，熔融指数在8～80g/10min之间的共聚聚丙烯。

所述的弹性体增韧剂为乙烯-丁烯共聚物弹性体、乙烯-辛烯共聚物弹性体等其中一种或几种混合物。

所述的其他助剂为本领域技术人员认为所需的主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为1010、抗氧剂1076、抗氧剂DSTP等一种或多种复合物。辅助抗氧剂为168、619F等一种或多种复合物。

一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，包括如下步骤：

(1)先按如上重量份称取PP材料、含氟聚合物、弹性体增韧剂等混合均匀，得到混合原料；

(2)将上述混合的原料，置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明公开的低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，以共聚聚丙烯材料作为基材，采用低密度、良好的自润滑效果有机填料含氟聚合物作为填充物，同时加入适量的弹性体增韧，使得最终制得的聚丙烯复合材料具有较高的流动性、高刚性、高韧性性能。当含氟聚合物的添加比例达到30％时，产品的密度在0.98g/cm3，较常规的PP+EPDM-T30密度低14％，最终达到轻量化目的。

(2)本发明公开的聚丙烯复合材料制备工艺简单、便于批量生产。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。

在实施例和对比例的复合材料配方中，聚丙烯树脂选用埃克森美孚生产的共聚聚丙烯，商品牌号为PP7123KNE1；含氟树脂选用日本大金公司提供的L-5，平均粒径为5μm；弹性体增韧剂选用陶氏化学提供的POE 7467；其他助剂为抗氧剂，抗氧剂由BASF公司及英国ICE公司提供，商品牌号为Irganox 1010、Irganox 168和Negonox DSTP。

实施例1

按重量百分比称取聚丙烯89.6wt％，聚四氟乙烯5wt％，弹性体增韧剂5wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例2

按重量百分比称取聚丙烯84.6wt％，聚四氟乙烯10wt％，弹性体增韧剂5wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例3

按重量百分比称取聚丙烯79.6wt％，聚四氟乙烯15wt％，弹性体增韧剂5wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例4

按重量百分比称取聚丙烯76.6wt％，聚四氟乙烯15wt％，弹性体增韧剂8wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例5

按重量百分比称取聚丙烯74.6wt％，聚四氟乙烯15wt％，弹性体增韧剂10wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例6

按重量百分比称取聚丙烯69.6wt％，聚四氟乙烯20wt％，弹性体增韧剂10wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例7

按重量百分比称取聚丙烯67.6wt％，聚四氟乙烯20wt％，弹性体增韧剂12wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例8

按重量百分比称取聚丙烯64.6wt％，聚四氟乙烯20wt％，弹性体增韧剂15wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

实施例9

按重量百分比称取聚丙烯54.6wt％，聚四氟乙烯30wt％，弹性体增韧剂15wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

对比例1

按重量百分比称取聚丙烯99.6wt％，其他助剂0.4wt％，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。

对比例2

按重量百分比称取聚丙烯54.6wt％，滑石粉30wt％，弹性体增韧剂15wt％，其他助剂0.4wt％，在高速混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样

各实施例及对比例配方及性能测试结果见如下列表

表1实施例1-9及对比例1-2的材料配方

表2实施例1-9及对比例1-2性能测试结果

从实施例1、2、3测试结果可以看出，对比于普通PP材料随着聚四氟乙烯含量的增加，聚丙烯材料的弯曲模量和流动性均有所提高。实施例6、7、8测试结果可以看出，随着弹性体增韧剂含量增加，聚丙烯材料的弯曲模量略有降低，但是材料冲击性能有大幅度提高。30wt％传统滑石粉含量下(对比例2)，30wt％的聚四氟乙烯有机填料的密度更低(实施例9)，相对于滑石粉填充，重量可以降低14％,性能更优。综上，弹性体含量过少或聚四氟乙烯含量过多，均无法获得优秀的低密度、高韧性的聚丙烯复合材料，弹性体含量过多或聚四氟乙烯含量过低，均会严重损失材料刚性等，实施例7所得到的聚丙烯材料达到较为理想的加工性能优、密度低、刚韧平衡的效果。

Claims (6)

1.一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下重量份原料组成：

聚丙烯：40-97wt％

含氟聚合物1-30wt％；

弹性体增韧剂1-30wt％；

其他助剂0.1-2wt％。

2.根据权利要求1所述的一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的含氟聚合物为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或几种混合，重均分子量为0.5～40万，平均粒径为0.2～200μm。

3.根据权利要求1所述的一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为230℃，2.16kg的测试条件下，熔融指数在8～80g/10min之间的共聚聚丙烯。

4.根据权利要求1所述的一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的弹性体增韧剂为乙烯-丁烯共聚物弹性体、乙烯-辛烯共聚物弹性体等其中一种或几种混合物。

5.根据权利要求1所述的一种低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其他助剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为1010、抗氧剂1076、抗氧剂DSTP等一种或多种复合物；辅助抗氧剂为168、619F等一种或多种复合物。

6.根据权利要求1-5任意之一所述低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)先按如上重量份称取PP材料、含氟聚合物、弹性体增韧剂等混合均匀，得到混合原料；

(2)将上述混合的原料，置于啮合同向双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内，挤出机螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、180℃、180℃、190℃、190℃、200℃、200℃，主机转速为250转/分钟，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理，制得低密度、高流动性、高强度、高韧性聚丙烯复合材料。