CN112795088A - 一种耐划伤聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐划伤聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，本发明的耐划伤聚丙烯复合材料，以聚丙烯作为基体材料，添加了一定配比的植物纤维与少量的耐划伤剂，增加了聚丙烯材料抵抗划伤时变形的能力，从而有效提高了材料的耐划伤性能，及减少划伤发白，另外，质轻的植物纤维可以减重，本发明制得的耐划伤聚丙烯复合材料具有质轻、耐划伤的性能，可广泛应用于制备汽车的内饰，甚至皮纹深度较深的制件。

Description

一种耐划伤聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及改性聚丙烯复合材料技术领域，更具体地，涉及一种耐划伤聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯由于密度较低、强度、刚性、耐热性较好，成本低等优点，被广泛应用于汽车领域。聚丙烯在汽车上主要应用于汽车的内饰系统、外饰系统以及发动机周边部件。而由于外观要求，内饰聚丙烯材料需要耐划伤性能。而聚丙烯材料本身硬度较低，耐划伤性能较差，尤其经过滑石粉和乙烯-辛烯共聚物(POE)改性后，极易被硬物、手指等划伤出现发白影响外观，不耐划伤。因此，常加入耐划伤剂提高改性聚丙烯材料的耐划伤性能，如中国专利CN102382373A(公开日2012.3.21)公开了一种耐划伤及抗应力发白聚丙烯组合物，利用聚硅氧烷耐划伤剂来提高材料的耐划伤性能，然而现有的耐划伤剂对划伤性能的提升有限(△L为0.5)，在一些高耐划伤要求的情况下，比如皮纹深度较深的材料，要求△L＜0.5，而常规改性较难以满足耐划伤要求。因而需要开发具有较高耐划伤性能的聚丙烯材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有聚丙烯材料的耐划伤性能不佳的缺陷和不足，提供一种耐划伤聚丙烯复合材料，利用一定配比的植物纤维和耐划伤协效剂提高聚丙烯复合材料的耐划伤性能，以及减少划伤发白，并且还可以减重。
本发明的又一目的是提供一种耐划伤聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种耐划伤聚丙烯复合材料应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种耐划伤聚丙烯复合材料，包括如下按照质量份计算的组分：
聚丙烯树脂40～90份；
植物纤维5～40份；
弹性体0～15份；
聚乙烯0～10份；
耐划伤剂1～5份；
所述植物纤维为竹纤维、苎麻、黄麻、剑麻、亚麻、大麻、木纤维中的一种或几种。
不同的植物纤维由于本身强度以及在聚丙烯树脂体系中的分散程度不同，导材料的致划伤性产生差异，本发明利用植物纤维，提高了聚丙烯抵抗变形的能力，同时耐划伤剂降低材料的摩擦系数，从而降低了刮擦头和材料的作用力，而由于植物纤维和划伤剂的协同作用减少了刮擦时刮擦头和材料的黏滑现象，有效改善了聚丙烯的耐划伤性能，制备了高耐划伤(△L＜0.5)的聚丙烯复合物。另外，由于植物纤维质轻，使得复合材料密度较低，还具有减重效果。
优选地，包括如下按照质量份计算的组分：
聚丙烯树脂50～85份；
植物纤维10～25份；
弹性体0～10份；
聚乙烯5～10份；
耐划伤剂1～3份。
优选地，所述植物纤维为苎麻、黄麻、亚麻中的一种或几种。
更优选地，所述的植物纤维为黄麻纤维。
优选地，所述植物纤维经过碱处理和偶联剂处理。植物纤维碱处理是为了溶解纤维表面的杂质，提高材料的耐热性，也降低材料的极性提高和聚丙烯的相容性，偶联剂处理是为了提高聚丙烯和纤维的相容性，提高界面结合(界面粘接)，使得材料性能更优异。
优选地，所述碱处理采用的碱液的质量浓度为3％～10％。
更优选地，所述碱液的氢氧化钠水溶液，质量浓度为5％。
优选地，所述碱处理为采用碱液浸泡5～15h。
优选地，所述碱液为氢氧化钠溶液。
优选地，所述硅烷偶联剂的质量浓度为0.5％～3％。
优选地，所述硅烷偶联剂处理为在硅烷偶联剂的醇溶液中浸泡5～10h。
优选地，所述弹性体在230℃×2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为0.1～15g/10min。
本发明所述弹性体包括但不限于乙烯～丁烯共聚物和/或乙烯辛烯共聚物。
本发明所述聚乙烯包括但不限于高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)中的一种或几种。
本发明所述聚乙烯包括但不限于高密度聚乙烯。
本发明所述耐划伤剂包括但不限于硅酮、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或几种。
本发明所述耐划伤剂包括但不限于硅酮。
优选地，所述硅酮的分子量50～100万。
优选地，还包括主抗氧剂、辅抗氧剂、色母中的一种或几种。
优选地，还包括按照质量份计算的如下组分：
主抗氧剂0.2～0.5份；
辅抗氧剂0.2～0.5份；
色母1～2份。
本发明所述主抗氧剂包括但不限于受阻酚类化合物。
本发明所述主抗氧剂包括但不限于四[β～(3,5～二叔丁基～4～羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)。
本发明所述辅抗氧剂包括但不限于亚磷酸酯类化合物。
本发明所述辅抗氧剂包括但不限于三(2,4～二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)。
本发明保护上述耐划伤聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚丙烯树脂、弹性体、耐划伤剂、聚乙烯混合均匀得到预混料；将预混料熔融挤出，同时从侧喂料口加入植物纤维，造粒干燥制得耐划伤聚丙烯复合材料。
优选地，双螺杆挤出机的熔融挤出的条件为：一区温度80～120℃，二区温度180～200℃，三区温度180～200℃，四区温度180～200℃，五区温度180～200℃，六区温度180～200℃，七区温度180～200℃，八区温度180～200℃，九区温度180～200℃，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1。
本发明还保护上述耐划伤聚丙烯复合材料在制备汽车的内饰材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的聚丙烯复合材料，添加了特定种类的植物纤维，以一定配比与耐划伤剂发挥协同作用，增加了聚丙烯材料抵抗划伤时变形的能力，从而有效地提高了材料的耐划伤性能；另外，耐划伤剂还有利于改善色粉粉体的分散，减少划伤发白现象，并且质轻的植物纤维还可以实现减重，本发明制得的耐划伤聚丙烯复合材料可广泛应用于制备汽车内饰材料，甚至是皮纹深度较深的材料。
附图说明
图1为对比例3普通耐划伤材料和本发明实施例1制得的的耐划伤聚丙烯复合材料在划伤测试后的图片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
各实施例和对比例使用的原料：
聚丙烯树脂：牌号为BX3800，购买于韩国SK公司。
黄麻纤维：购于南京新禾纺织品有限公司；改性黄麻纤维：将黄麻纤维先进行碱液浸泡碱处理，所选的氢氧化钠的水溶液的浓度为5％，常温浸泡10，浸泡后用清水洗涤至中性，随后在1％的硅烷偶联剂的醇溶液中浸泡5h浸泡后用清水洗涤至中性，在80℃的烘箱中烘烤24h充分干燥后制得改性黄麻纤维，切成10mm左右待用。
剑麻纤维：购于东方剑麻集团有限公司。改性步骤同黄麻纤维。
竹纤维：购于四川伊可及竹纤维有限公司。改性步骤同黄麻纤维。
菠萝纤维：购于南京新禾纺织品有限公司
滑石粉：3000目滑石粉，厂商为海城添源化工有限责任公司。
乙烯-辛烯聚合物：在230℃×2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为1.2g/10min。
聚乙烯：牌号HDPE MADA8008，购买于兰州石化。
硅酮耐划伤剂：牌号为MB50-001，购买于道康宁。
主抗氧剂：抗氧剂Y-001，购买于营口风光有限公司。
辅抗氧剂：抗氧剂Y-002，购买于营口风光有限公司。
黑色母：牌号PE 2772，购于卡博特公司。
实施例1
一种耐划伤聚丙烯复合材料，包括按照质量份计算的组分如表1所示。
上述耐划伤聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
分别称取聚丙烯、滑石粉、弹性体、耐划伤剂、色母、主抗氧剂、辅抗氧剂，并将其在高混机内高速混合3min，混合均匀后得到预混料；将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口进行熔融挤出，将改性植物纤维从侧喂料入口进行按照比例加入，造粒干燥即得耐划伤聚丙烯复合材料，其中双螺杆挤出机的熔融挤出的条件为：一区温度90℃，二区温度190℃，三区温度190℃，四区温度190℃，五区温度190℃，六区温度190℃，七区温度190℃，八区温度190℃，九区温度200℃，主机转速400r/min；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
实施例2～12和对比例1～4
实施例2～12和对比例1～4的组分及其质量份如表1和表2所示，其制备方法同实施例1。
表1各实施例的组分及其质量份
Figure BDA0002868633560000051
表2各对比例的组分及其质量份
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
聚丙烯树脂 84 82 72 62
菠萝纤维 20
滑石粉 20
聚乙烯 5 5 5 5
乙烯-辛烯聚合物 10 10 10
硅酮耐划伤剂 2 2 2
抗氧剂Y-001 0.3 0.3 0.3 0.3
抗氧剂Y-002 0.3 0.3 0.3 0.3
黑色母 1 1 1 1
性能测试
1、测试方法
(1)密度：按照ISO1183：2019测试。
(2)耐划伤性能：按PV3952：2002-08进行测试，为了体现材料的高耐划伤性能，将载荷从普通的10N提高到20N进行测试。△L值越小，材料耐划伤性能越好。
2、测试结果
表2各实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0002868633560000061
由各实施例与对比例的耐划伤性能的测试结果可以看出，本发明实施例制得的具有良好的耐划伤性能，并且减少划伤发白，实施例中加入十份以上的植物纤维后和2份耐划伤剂，材料的耐划伤性能明显改善，负载为20N的耐划伤测试的△L小于0.25，比普通汽车内饰要求负载10N，△L＜2要优异很多。而对比例1不加入植物纤维和耐划伤剂，耐划伤性能较差，△L值高达5.76，对比例2加入2份耐划伤剂，耐划伤性能有改善，△L降低到3.7，对比例3采用常规滑石粉填充，不仅密度增加到1.056g/cm3，且耐划伤性能也比对比例2要差。对比例4添加的是菠萝纤维，由于该植物纤维强度低，抵抗变形能力差，耐划伤效果一般，△L为2.33。实施例1添加20％的改性黄麻纤维，耐划伤剂仅加入1％，耐划伤性能就比较优异，△L达到了0.96，实施例2的耐划伤剂提高到2％，△L值降低到0.05，实施例3和4进一步增加划伤剂含量，△L值稍有降低，但是影响不大。实施例5和6分别加入剑麻和竹纤维，耐划伤性能也明显改善，△L低于0.2，实施例7添加量达到40，耐划伤性能也比较优异，但是对材料密度增加明显，实施例8和9将纤维的添加量降低到10和5份，△L值有增加到0.23和0.58，也优于对比例2和对比例3。实施例10使用未改性的黄麻纤维，也能改善耐划伤性能，但是由于纤维和聚丙烯材料的相容性略有下降，改善效果没有改性后的植物纤维好。实施例11，纤维添加量5份，聚丙烯为90份，不添加乙烯-辛烯聚合物，效果和实施例9差不多，△L值为0.54，实施例12纤维含量增加到25份，耐划伤效果略微由于实施例2，密度也略微高，但仍相对于对比例有进步。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按照质量份计算的组分：
聚丙烯树脂40～90份；
植物纤维5～40份；
弹性体0～15份；
聚乙烯0～10份；
耐划伤剂1～5份；
所述植物纤维为竹纤维、苎麻、黄麻、剑麻、亚麻、大麻、木纤维中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述耐划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按照质量份计算的组分：
聚丙烯树脂50～85份；
植物纤维10～25份；
弹性体0～10份；
聚乙烯5～10份；
耐划伤剂1～3份。
3.根据权利要求1或2所述耐划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维为苎麻、黄麻、亚麻中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述耐划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述植物纤维经过碱处理和偶联剂处理。
5.根据权利要求5所述耐划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述碱处理采用的碱液的质量浓度为3％～10％。
6.根据权利要求5所述耐划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂的质量浓度为0.5％～3％。
7.根据权利要求1所述耐划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述弹性体为在230℃×2.16kg的测试条件下，熔体流动速率为0.1～15g/10min。
8.权利要求1～7任一项所述耐划伤聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚丙烯树脂、弹性体、耐划伤剂、聚乙烯混合均匀得到预混料；将预混料熔融挤出，同时从侧喂料口加入植物纤维，造粒干燥制得耐划伤聚丙烯复合材料。
9.权利要求1～8任一项所述耐划伤聚丙烯复合材料在制备汽车内饰材料中的应用。
10.一种汽车内饰材料，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述耐划伤聚丙烯复合材料制成。
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