CN112795092A - 一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料及其制备方法。该种聚丙烯复合材料由以下重量百分比的原料组成：聚丙烯45‑90％；有机α晶成核剂0.1‑5％；纳米无机填料5‑30％；弹性体增韧剂5‑20％；抗刮擦助剂0.5‑3％；稳定剂0.1‑2％；其他添加剂0‑5％。有机α晶成核剂与常规无机非均相α晶成核剂相比有更高的成核效率，其可以在高温下更好地分散于聚丙烯熔体中，并随着冷却最先结晶形成三维纤维状网络结构，从而可以为聚丙烯结晶提供更多成核位点，形成更小的微晶区域，使材料对光线的散射减弱，雾度降低，透光性增强。在力学性能方面，有机α晶成核剂也可以起到与常规无机非均相α晶成核剂相同的效果，即提高材料的强度。通过使用纳米级无机填料，可以在确保材料有足够强度和尺寸稳定性的同时尽可能降低无机填料对光线的阻挡。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，所得材料对光线具有较好的透过性，属于高分子材料加工和改性技术领域。
背景技术
如今新能源汽车发展火热，在外观设计方面新能源汽车通常比传统燃油车更加激进，更注重科技感和未来感的营造。灯光是实现汽车外观设计个性化的重要元素之一，汽车厂商除了在照明大灯组件上发力以外，现在还把注意力放到了保险杠这一与照明无关的外饰件上——通过在具有一定透光能力的保险杠上设计图案或花纹，并在保险杠背部放置背光组件，可以使保险杠发挥前所未有的装饰作用。
聚丙烯是一种常见的热塑性聚合物，改性后是制作汽车保险杠的主要材料。以往关于车用改性聚丙烯复合材料的研究主要关注力学性能、尺寸稳定性、抗老化等方面，至于光学透过性则基本不会涉及，因为之前几乎没有汽车的内外饰(除照明组件外)对光学透过性有要求，即使照明组件也不是聚丙烯材料的应用范围。然而，伴随着新能源汽车的发展，新的汽车外观设计风潮已经来临，聚丙烯复合材料的透光性能也成为一个需要关注的指标。
聚丙烯作为一种半结晶性聚合物，其结晶是决定透光性能的关键，因此通过调控结晶来减少对光线的散射和反射是增强材料透光性的主要途径。本发明将有机α晶成核剂、纳米无机填料引入到聚丙烯复合材料(聚丙烯/无机填料/增韧剂)体系中：有机α晶成核剂与常规无机非均相α晶成核剂相比有更高的成核效率，其可以在高温下更好地分散于聚丙烯熔体中，并随着冷却最先结晶形成三维纤维状网络结构，从而可以为聚丙烯结晶提供更多成核位点，形成更小的微晶区域，使材料对光线的散射减弱，雾度降低，透光性增强；在力学性能方面，有机α晶成核剂可以起到与常规无机非均相α晶成核剂相同的效果，即增强材料的强度；通过使用纳米级无机填料，可以在确保材料有足够强度和尺寸稳定性的同时尽可能降低无机填料对光线的阻挡。
发明内容
本发明的目的是开发一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，所得材料可用于汽车保险杠及其他产品零部件的注塑。
本发明的另一目的是为了提供这种聚丙烯复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下重量百分比的原料组成：
聚丙烯45-90％；有机α晶成核剂0.1-5％；纳米无机填料5-30％；弹性体增韧剂5-20％；抗刮擦助剂0.5-3％；稳定剂0.1-2％；其他添加剂0-5％。
其中，
所述的聚丙烯为熔体流动速率10-90g/10min的均聚聚丙烯。
所述的有机α晶成核剂为1,3,2,4-二卞叉山梨醇、1,3,2,4-二(4-甲基卞叉)山梨醇、二(3,4-二甲基二卞叉)山梨醇等任意一种或几种组合。
所述的纳米无机填料为平均尺寸不大于0.1μm的纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米硅灰石、纳米重晶石等任意一种或几种组合。
所述的增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物或为两者的组合，密度为0.88-0.91g/cm3,熔体流动速率为0.5-10g/10min。
所述的抗刮擦助剂为芥酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺、油酸酰胺、山嵛酸酰胺、硅酮等任意一种或几种组合。
所述的稳定剂为本领域技术人员认为所需的主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，辅抗氧剂为亚磷酸盐或脂类抗氧剂。
所述的其他添加剂为本领域人员认为所需的抗氧剂、阻燃剂、抗静电助剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、抗微生物助剂中的一种或几种组合物。
上述用于抗热变形、低热收缩、耐冲击聚丙烯复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将聚丙烯、有机α晶成核剂、纳米无机填料、增韧剂、抗刮擦助剂、稳定剂和其他添加剂按所述比例在高速混合器中干混8-15min得到预混物。
(2)将上一步中所得预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
本发明的优点是：
1、有机α晶成核剂与常规无机非均相α晶成核剂相比有更高的成核效率，其可以在高温下更好地分散于聚丙烯熔体中，并随着冷却最先结晶形成三维纤维状网络结构，从而可以为聚丙烯结晶提供更多成核位点，形成更小的微晶区域，使材料对光线的散射减弱，雾度降低，透光性增强。
2、在力学性能方面，有机α晶成核剂可以起到与常规无机非均相α晶成核剂相同的效果，即增强材料的强度。
3、通过使用纳米级无机填料，可以在确保材料有足够强度和尺寸稳定性的同时尽可能减少无机填料对光线的阻挡。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例的方式对本发明做进一步的详细说明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
在实施例及对比例的复合材料配方中，所用聚丙烯为均聚聚丙烯，熔体流动速率约60g/10min。
所用有机α晶成核剂为Milliken公司的DMDBS。
所用纳米无机填料为纳米滑石粉，平均粒径0.1μm。
所用的普通滑石粉平均尺寸1-10μm。
所用增韧剂为DOW公司的乙烯-辛烯共聚物8150。
所用抗刮擦助剂为硅酮。
所用稳定剂为英国ICE公司的NegonoxDSTP(化学名称：硫代二丙酸硬脂醇酯)、Ciba公司的Irganox 1010(化学名称：四(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯)以及Ciba公司的Irgafos 168(化学名称：亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯)。
实施例1
(1)按重量百分比称取聚丙烯62.25％、有机α晶成核剂0.25％、纳米滑石粉20％、弹性体增韧剂15％、抗刮擦助剂2％、Negonox DSTP0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos1680.1％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
实施例2
(1)按重量百分比称取聚丙烯62％、有机α晶成核剂0.5％、纳米滑石粉20％、弹性体增韧剂15％、抗刮擦助剂2％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos1680.1％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
实施例3
(1)按重量百分比称取聚丙烯61.75％、有机α晶成核剂0.75％、纳米滑石粉20％、弹性体增韧剂15％、抗刮擦助剂2％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos1680.1％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
实施例4
(1)按重量百分比称取聚丙烯61.5％、有机α晶成核剂1％、纳米滑石粉20％、弹性体增韧剂15％、抗刮擦助剂2％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos1680.1％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
实施例5
(1)按重量百分比称取聚丙烯61.5％、有机α晶成核剂1％、普通滑石粉20％、弹性体增韧剂15％、抗刮擦助剂2％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos1680.1％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
对比例
(1)按重量百分比称取聚丙烯62.5％、纳米滑石粉20％、弹性体增韧剂15％、抗刮擦助剂2％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos 1680.1％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
性能评价方式：
样品密度按ISO 1183-1标准进行；拉伸性能测试按ISO 527-2标准进行，试样尺寸为170mm×10mm×4mm；简支梁缺口冲击测试按ISO 179-1标准进行，试样尺寸为80mm×10mm×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；热变形温度测试按ISO 75-2进行，试样尺寸为120mm×10mm×4mm；雾度和透光率测试按GB/T 2410进行，试样尺寸为50mm×50mm×1mm。
各实施例及对比例的主要成分重量百分含量见表1，对应性能测试结果见表2。
表1实施例1-5及对比例材料组成(重量百分比)
| 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 聚丙烯 | 62.5 | 62.25 | 62 | 61.75 | 61.5 | 61.5 |
| 有机α晶成核剂 | 0.25 | 0.5 | 0.75 | 1 | 1 | |
| 纳米滑石粉 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
| 普通滑石粉 | 20 | |||||
| 弹性体增韧剂 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 抗刮擦助剂 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| NegonoxDSTP | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| Irganox1010 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| Irgafos168 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
表2实施例1-7及对比例材料性能测试结果
从对比例及实施例1-4材料性能测试结果可以看出，复合材料中有机α晶成核剂的引入可以使材料拉伸强度、热变形温度皆得到提升，且随成核剂含量的增加而增大。此外，随有机α晶成核剂含量的增加，材料的雾度逐渐降低，透光率逐渐提升。对比实施例4、5结果可以发现，滑石粉的粒径增大，即由纳米级变为微米级后会对光线有更强的阻拦作用，因此对材料的透光性不利。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：聚丙烯45-90％；有机α晶成核剂0.1-5％；纳米无机填料5-30％；弹性体增韧剂5-20％；抗刮擦助剂0.5-3％；稳定剂0.1-2％；其他添加剂0-5％。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为熔体流动速率10-90g/10min的均聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的有机α晶成核剂为1,3,2,4-二卞叉山梨醇、1,3,2,4-二(4-甲基卞叉)山梨醇、二(3,4-二甲基二卞叉)山梨醇等任意一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的纳米无机填料为平均尺寸不大于0.1μm的纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米硅灰石、纳米重晶石等任意一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的弹性体增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物或为两者的组合，密度为0.88-0.91g/cm3，熔体流动速率为0.5-10g/10min。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗刮擦助剂为芥酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺、油酸酰胺、山嵛酸酰胺、硅酮等任意一种或几种组合。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述稳定剂为本领域技术人员认为所需的主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，辅抗氧剂为亚磷酸盐或脂类抗氧剂。
8.根据权利要求1所述的一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其他添加剂为本领域人员认为所需的抗氧剂、阻燃剂、抗静电助剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、抗微生物助剂中的一种或几种组合物。
9.根据权利要求1-8任意之一所述适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚丙烯、有机α晶成核剂、纳米无机填料、增韧剂、抗刮擦助剂、稳定剂和其他添加剂按所述比例在高速混合器中干混8-15min得到预混物；
(2)将上一步中所得预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
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