CN112662074A - 一种聚丙烯/聚氨酯合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚丙烯/聚氨酯合金材料及其制备方法，主要包括共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、填料和聚氨酯。本发明对非极性材料进行改性，在材料中加入聚氨酯，使其具有一定的极性基团酰胺键，和尼龙中的酰胺键在振动摩擦时产生化学反应，在振动摩擦焊接中可以极大幅度的提高聚丙烯材料和尼龙材料的焊接强度，可以应用于汽车的外饰领域。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及一种聚丙烯/聚氨酯合金材料及其制备方法。
背景技术
振动摩擦焊接是一种热焊接，其效率高，能耗低，焊接时无需添加溶剂、粘结剂或其他辅助品，并且焊接材料无表面损坏，操作简单，便于实现机械化、自动化。对于一些聚丙烯异形结构件，如汽车内饰零件，难以通过一次注塑成型，可设计成较为简易的多个部件，再通过振动摩擦焊接完成一体组装。
专利CN110669287A公布了一种适合于振动摩擦焊接的聚丙烯材料，最高的焊接强度可以达到30MPa，不过该专利涉及的是聚丙烯等非极性材料之间的焊接；文章“摩擦焊接工艺对PP焊缝结构和力学性能的影响”介绍了从焊接征服，焊接压力，焊接深度等方面讲述了不同的焊接工艺对聚丙烯材料焊接强度的影响。但上述技术并未涉及针对聚丙烯等非极性材料和极性材料之间的焊接性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯/聚氨酯合金材料及其制备方法，该合金材料通过加入聚氨酯，使其具有一定的极性基团酰胺键，和尼龙中的酰胺键在振动摩擦时产生化学反应，在振动摩擦焊接中可以极大幅度的提高聚丙烯材料和尼龙材料的焊接强度。
本发明提供了一种聚丙烯/聚氨酯合金材料，按重量份数，包括如下组分：
所述共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的密度范围均为0.890-0.910g/cm3，在230℃、2.16Kg 负荷下熔体质量流动速率均为5-60g/10min。
所述填料为滑石粉、碳酸钙中的至少一种，目数为1250-5000目。
所述聚氨酯的密度范围为1.15-1.25g/cm3，邵D硬度60-80。
所述增韧剂为嵌段共聚POE、无规共聚POE中的至少一种，在190℃、2.16Kg负荷下熔体质量流动速率为0.5～13g/10min。
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度0.900-0.915g/cm3，质量接枝率0.8-1.2％。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
本发明还提供了一种聚丙烯/聚氨酯合金材料的制备方法，包括：
按配比，将原料预混均匀后加入双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出造粒，得到聚丙烯 /聚氨酯合金材料；其中，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为450～500转/分。
本发明还提供了一种聚丙烯/聚氨酯合金材料在汽车外饰领域的应用。
有益效果
本发明对非极性材料进行改性，在材料中加入聚氨酯，使其具有一定的极性基团酰胺键，和尼龙中的酰胺键在振动摩擦时产生化学反应，在振动摩擦焊接中可以极大幅度的提高聚丙烯材料和尼龙材料的焊接强度，可以应用于汽车的外饰领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，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。
实施例和对比例原料来源：
共聚聚丙烯：PP K9017，密度范围为0.890-0.910g/cm3，在230℃、2.16Kg负荷下熔体质量流动速率为16g/10min，购自中国台湾化学显微股份有限公司；
均聚聚丙烯：PP SZ30S，密度范围为0.890-0.910g/cm3，在230℃、2.16Kg负荷下熔体质量流动速率为30g/10min，购自中石化；
滑石粉：TYT-777A，目数为1250目，购自海城添源化工有限责任公司；
聚氨酯：WHT-1164，密度范围为1.10-1.25g/cm3，邵D硬度50-75，购自万华化学；
增韧剂：POE ENGAGE 7467，在190℃、2.16Kg负荷下熔体质量流动速率为1.2g/10min，购自DOW；
相容剂：Bondyram 1001CN，马来酸酐接枝聚丙烯，密度0.91g/cm3，接枝率0.8-1.2％，购自上海壮景化工有限公司；
抗氧剂：主抗氧剂1010，购自巴斯夫；辅抗氧剂168，购自巴斯夫。
制备方法包括：
按配比，将原料预混均匀后加入双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出造粒，得到合金材料；其中，熔融混炼按本领域常规设置温度为180～220℃，螺杆转速按本领域常规设置为450～500转/分。
各性能评价方法：
(1)力学性能测试：将对比例，实施例以及尼龙材料直接注塑成ISO力学样条，注塑后 ISO力学样条在标准环境(23℃，50％相对湿度)中调节24h后，测试样品采用德国ZWICK/Z010万能材料试验机测试拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量，采用德国ZWICK 5.5P 摆锤冲击试验机测试缺口冲击强度。
(2)焊接强度评价方法：将对比例，实施例以及尼龙材料注塑成摩擦焊接样条，采用美国艾默生Branson摩擦焊接机对样条进行焊接，焊接工艺如下：压力40Bar，振幅1.3mm，时间1s，深度0.8mm。采用德国ZWICK/Z010万能材料试验机在室温下测试摩擦焊接强度以及焊接强度保持率。
Hm＝Pmax/(b*d)，其中Hm是焊接强度，Pmax是拉伸过程中最大负荷力，b是焊接位置宽度，d是焊接位置厚度。
A＝Hm/Tm*100％，其中A为焊接强度保持率，Hm是焊接强度，Tm是聚丙烯材料的拉伸强度。
表1实施例和对比例配比
表2实施例和对比例性能测试
由表2结果可知，对比例1中聚丙烯没有加入聚氨酯，跟尼龙材料的焊接强度为10.2MPa，焊接强度保持率只有47.6％。实施例1中加入聚氨酯后，焊接强度提高到17.5MPa，焊接强度保持率提升到83.3％，由于聚氨酯材料的加入，尼龙和聚丙烯材料之间的焊接强度保持率得到了大幅度的提升。实施例2中提高了聚氨酯材料的含量，焊接强度保持率由83.3％提升为85.8％，并且对聚丙烯材料本身的性能影响不大；实施例4也体现了相似的结果。实施例3和实施例4在聚丙烯材料中进一步加入了相容剂马来酸酐接枝聚丙烯，改善了聚丙烯和聚氨酯之间的相容性，提升了聚丙烯材料组合物的性能，并再次提高了焊接强度保持率。
Claims (9)
1.一种聚丙烯/聚氨酯合金材料，其特征在于：按重量份数，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于：所述共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的密度范围均为0.890-0.910g/cm3，在230℃、2.16Kg负荷下熔体质量流动速率均为5-60g/10min。
3.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于：所述填料为滑石粉、碳酸钙中的至少一种，目数为1250-5000目。
4.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于：所述聚氨酯的密度范围为1.15-1.25g/cm3，邵D硬度60-80。
5.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于：所述增韧剂为嵌段共聚POE、无规共聚POE中的至少一种，在190℃、2.16Kg负荷下熔体质量流动速率为0.5～13g/10min。
6.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，密度0.900-0.915g/cm3，质量接枝率0.8-1.2％。
7.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
8.一种如权利要求1所述的聚丙烯/聚氨酯合金材料的制备方法，包括：
按配比，将原料预混均匀后加入双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出造粒，得到聚丙烯/聚氨酯合金材料；其中，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为450～500转/分。
9.一种如权利要求1所述的聚丙烯/聚氨酯合金材料在汽车外饰领域的应用。
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