CN112679862A - 一种聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯组合物及其制备方法,涉及聚合物技术领域。本发明所述聚丙烯组合物包含如下重量份的成分:聚丙烯树脂51~61份、增韧剂15~25份、LDPE 3~10份、滑石粉15~25份和相容剂0.1~0.8份;所述LDPE的密度为0.915~0.928g/cm3;所述滑石粉的长径比为10~15:1。由上述配方制备的聚丙烯组合物,发泡后仍然具有良好的力学性能,可满足涂装要求,适于在汽车零部件领域中应用。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物技术领域,尤其涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有密度低、易加工、力学性能优异等优点,已广泛应用在汽车工业、家电及机械领域。对于汽车工业,聚丙烯主要应用在汽车内外饰零部件上,内饰件如仪表板、门板和立柱等,外饰件如保险杠、挡泥板、导流板等。随着节能减排和汽车轻量化的逐年推进,发泡成型聚丙烯技术在汽车零部件领域也在不断推广,二次开模发泡技术在汽车零部件领域已开始推广应用。
为了提高聚丙烯材料的发泡性能,人们进行了很多研究,特别是在高熔体强度聚丙烯的开发和挑选方面,以及发泡剂的机理和性能方面都进行了很深的研究,获得了很好的发泡倍率和外观。发泡聚丙烯已开始应用在汽车门板、立柱、尾门、行李箱、座椅背板等零部件上。但在保险杠上一直未应用发泡技术,主要是因为发泡后零件表面易存在很多泡孔(银条),这些泡孔会影响涂装性能,以及发泡后冲击性能的大幅度降低,无法满足零件的设计需求。因此,发泡聚丙烯在保险杠及其他外饰零件的应用成为了新的研究领域。
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发泡后仍然具有良好机械性能的聚丙烯组合物及其制备方法。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案为:一种聚丙烯组合物,包含如下重量份的成分:聚丙烯树脂51~61份、增韧剂15~25份、LDPE 3~10份、滑石粉15~25份和相容剂0.1~0.8份;所述LDPE的密度为0.915~0.928g/cm3;所述滑石粉的长径比为10~15:1。
LDPE具有良好的柔韧性、延伸性及抗冲击性。其化学性质稳定,耐温性、防潮性较好。滑石粉有助于增加产品形状的稳定性、剪切强度以及挠曲强度。本发明申请人通过多次实验证实,在聚丙烯组合物中添加所述LDPE和滑石粉后,可提升发泡聚丙烯组合物的机械性能。
优选地,所述LDPE的密度为0.920~0.926g/cm3,所述滑石粉的长径比为11~14:1。
优选地,所述LDPE的密度为0.925g/cm3,所述滑石粉的长径比为12:1。LDPE和滑石粉的理化性能对PP和增韧剂的相容性具有较大影响,本发明申请人通过多次实验证实,以所述LDPE和滑石粉制备的聚丙烯组合物具有最优综合性能。
优选地,所述滑石粉的重量份为18~22份,所述相容剂的重量份为0.3~0.6份。
优选地,所述滑石粉的重量份为20份,所述相容剂的重量份为0.5份;以所述配比制备的聚丙烯组合物发泡后的最低弯曲模量为1350MPa,最低冲击强度为35kJ/m2。
各成分的重量比对所述聚丙烯组合物的最终性能具有较大影响,如当相容剂含量较低时,聚丙烯组合物发泡后的力学性能可能会降低很多,而当相容剂含量较高时,可能导致零件的涂装实验失效。本发明申请人通过对各成分的配比进行选择,使LDPE添加后,聚丙烯组合物的熔体强度增加,减小泡孔直径、发泡更均匀,提高了发泡性能,而且使配方中的PP和增韧剂很好的相容,可显著提高聚丙烯材料发泡后的性能,得到一种发泡后力学性能优良的聚丙烯组合物。
优选地,所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂,在230℃,2.16kg负荷下,熔体质量流动速率(MFR)为30~150g/10min,参考ASTM D1238-13标准所测;所述增韧剂包含乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种,密度为0.855~0.875g/cm3,在190℃,2.16kg负荷下,其熔体质量流动速率为0.3~30g/10min,参考ASTM D1238-13标准所测;所述LDPE在190℃,2.16kg负荷下,熔体质量流动速率为0.2~20g/10min,参考ASTM D1238-13标准所测;所述滑石粉的目数为1250~5000;所述相容剂为聚烯烃类接枝物,包含PP接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐中的至少一种,所述聚烯烃类接枝物中马来酸酐的接枝率为0.8~1.2%。
优选地,所述聚丙烯组合物中还包含0.2~2份助剂。
优选地,所述助剂包含抗氧剂、光稳定剂和润滑剂;所述抗氧剂包含酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种;所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂;所述润滑剂包含单硬脂酸甘油酯和硬脂酸金属盐类化合物中的至少一种。
优选地,所述抗氧剂包含抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗氧剂168、抗氧剂PEP-36中的至少一种;所述光稳定剂包含UV-3808PP5、LA-402XP、LA-402AF中的至少一种。
优选地,所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168质量比为1:1的抗氧剂复配物。
同时,本发明还公开了一种聚丙烯组合物的制备方法,包括如下步骤:
(1)将聚丙烯树脂、增韧剂、LDPE、滑石粉、相容剂和助剂混合均匀,得到混合物A;
(2)将混合物A加入双螺杆挤出机中,熔融混炼,混炼温度为170~220℃,螺杆转速为350~450rpm,挤出造粒,得到所述聚丙烯组合物。
此外,本发明还公开了所述聚丙烯组合物在汽车保险杠领域的应用。
相比于现有技术,本发明的有益效果为:本发明通过添加LDPE,并对LDPE的密度和滑石粉的长径比进行选择,显著提高了聚丙烯、LDPE、填料之间的相容性和粘接性,发泡过程中有效防止气体逃逸到熔体表面,避免或减少了零件表面的气泡(银条),同时使材料具有良好的力学性能。另外,制备的聚丙烯组合物具有良好的二次开模发泡性能,泡孔直径在80~150μm之间,零件表面的起泡极少,发泡倍率在1.2~2.0之间。所述聚丙烯组合物可用于制备汽车前后保险杠等零部件。
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。(如无特殊说明,实施例和对比例中所述重量份代表相同重量)
实施例1
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分如表1所示,其中,聚丙烯树脂为共聚聚丙烯(韩国SK),其MFR为105g/10min;增韧剂为乙烯-丁烯共聚物(美国DOW),其MFR为13g/10min;LDPE(埃克森美孚)密度为0.925g/cm3,其MFR为2g/10min;相容剂为PP接枝马来酸酐(佛山柏晨),接枝率为1.0%,滑石粉(辽宁艾海滑石),长径比为12:1,目数为3000;抗氧剂为抗氧剂1010(BASF)和抗氧剂168(BASF)质量比为1:1的抗氧剂复配物;光稳定剂为UV-3808PP5(上海氰特),润滑剂为硬脂酸钙(江西宏远化工)。
本实施例所述聚丙烯组合物的制备方法包括如下步骤:
(1)将聚丙烯树脂、增韧剂、LDPE、滑石粉、相容剂和助剂加入高速混合机中混合30s,混合均匀后得到混合物A;
(2)将混合物A加入双螺杆挤出机中,进行熔融混炼,熔融混炼温度为200℃,螺杆转速为400rpm,挤出造粒,得到所述聚丙烯组合物。
实施例2~9
本发明所述聚丙烯组合物,其制备方法及组合物成分与实施例1相同,具体配方如表1所示。
实施例10
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,LDPE的密度为0.920g/cm3,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例11
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,LDPE的密度为0.926g/cm3,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例12
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,LDPE的密度为0.915g/cm3,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例13
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,LDPE的密度为0.928g/cm3,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例14
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,滑石粉的长径比为11:1,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例15
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,滑石粉的长径比为14:1,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例16
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,滑石粉的长径比为10:1,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例17
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,滑石粉的长径比为15:1,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例18
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,增韧剂含15份,聚丙烯树脂含61份,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例19
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,增韧剂含25份,聚丙烯树脂含51份,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例20
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,LDPE含3份,聚丙烯树脂含57份,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
实施例21
本发明所述聚丙烯组合物的实施例,本实施例所述聚丙烯组合物的成分中,LDPE含10份,聚丙烯树脂含50份,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
表1实施例1~9的配方表(重量份)
对比例1
一种聚丙烯组合物,其制备方法及聚丙烯组合物的成分种类与实施例3相同,不同点在于LDPE密度为0.910g/cm3。
对比例2
一种聚丙烯组合物,其制备方法及聚丙烯组合物的成分种类与实施例3相同,不同点在于使用MDPE(韩国SK)替换了LDPE,所述MDPE的密度为0.940g/cm3。
对比例3
一种聚丙烯组合物,其制备方法及聚丙烯组合物的成分种类与实施例3相同,不同点在于使用HDPE(福建联合)替换了LDPE,所述HDPE的密度为0.956g/cm3。
对比例4
一种聚丙烯组合物,其成分中,滑石粉的长径比为5:1,其余制备配方及制备方法均与实施例3相同。
对比例5
一种聚丙烯组合物,其成分中,滑石粉的长径比为9:1,其余制备配方及制备方法均与实施例3相同。
对比例6
一种聚丙烯组合物,其成分中不含相容剂,其余配方及制备方法与实施例3相同。
对比例7
一种聚丙烯组合物,其成分中相容剂的含量为1份,其余配方及制备方法与实施例3相同。
对比例8
一种聚丙烯组合物,其成分中不含LDPE,聚丙烯树脂的用量为60份,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
对比例9
一种聚丙烯组合物,其成分中,聚丙烯树脂的含量为66份、滑石粉的含量为10份,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
对比例10
一种聚丙烯组合物,其成分中,聚丙烯树脂的含量为46份、滑石粉的含量为30份,其余配方及制备方法均与实施例3相同。
性能测试
对实施例1~21和对比例1~10制备的聚丙烯组合物进行性能测试,先将发泡剂添加至所述聚丙烯组合物中,然后将占混合物总质量2%的发泡剂与聚丙烯组合物的混合物在克劳斯吗啡注射机上注塑成发泡板,在普通注射机上注塑标准实验样条,用于测试拉伸强度、简支梁缺口冲击强度、弯曲强度和弯曲模量,并对比发泡前后的性能保持率,以显微镜观察和测量泡孔直径。
测试方法:
(1)拉伸强度:采用Zwick Z005电子万能试验机进行测试;
(2)简支梁缺口冲击强度:采用Zwick HIT5.5P电子显示冲击仪进行测试;
(3)弯曲强度和弯曲模量:采用Zwick Z005电子万能试验机进行测试;
(4)材料喷漆后的耐水性测试:参考《漆膜耐水性测定法》(GB/T 1733-93)进行测试;
(5)材料喷漆后的剥离力测试:参考ASTM D3359-2017《通过胶带测试评定粘合力的标准测试方法》进行测试。
测试结果如表2所示。
表2性能测试结果
从表2中可知,实施例1~21发泡后的冲击强度均大于35KJ/m2,弯曲模量均大于1350MPa,剥离力均大于500N,并且涂装耐水性良好。表明本发明申请人通过对各成分进行选择,对其配比进行优化,制备出的聚丙烯组合物发泡后仍然具有良好的力学性能。
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 (10)
1.一种聚丙烯组合物,其特征在于,包含如下重量份的成分:聚丙烯树脂51~61份、增韧剂15~25份、LDPE 3~10份、滑石粉15~25份和相容剂0.1~0.8份;所述LDPE的密度为0.915~0.928g/cm3;所述滑石粉的长径比为10~15:1。
2.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述LDPE的密度为0.920~0.926g/cm3。
3.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述滑石粉的长径比为11~14:1。
4.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述滑石粉的重量份为18~22份,所述相容剂的重量份为0.3~0.6份。
5.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯树脂,在230℃,2.16kg负荷下,熔体质量流动速率为30~150g/10min;所述增韧剂包含乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种;所述LDPE在190℃,2.16kg负荷下,熔体质量流动速率为0.2~20g/10min;所述滑石粉的目数为1250~5000;所述相容剂为聚烯烃类接枝物,包含PP接枝马来酸酐、POE接枝马来酸酐中的至少一种,所述聚烯烃类接枝物中马来酸酐的接枝率为0.8~1.2%。
6.如权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,还包含0.2~2份助剂,所述助剂包含抗氧剂、光稳定剂和润滑剂中的至少一种。
7.如权利要求6所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述助剂包含抗氧剂、光稳定剂和润滑剂;所述抗氧剂包含酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种;所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂;所述润滑剂包含单硬脂酸甘油酯和硬脂酸金属盐类化合物中的至少一种。
8.如权利要求7所述的聚丙烯组合物,其特征在于,所述抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的复配物。
9.一种如权利要求7~8任一项所述的聚丙烯组合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将聚丙烯树脂、增韧剂、LDPE、滑石粉、相容剂和助剂混合均匀,得到混合物A;
(2)将混合物A加入双螺杆挤出机中,熔融混炼,混炼温度为170~220℃,螺杆转速为350~450rpm,挤出造粒,得到所述聚丙烯组合物。
10.一种如权利要求1~8任一项所述聚丙烯组合物在汽车保险杠领域的应用。
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