CN112852051B - 一种耐高温高湿短玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温高湿短玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法，原料组分包括：聚丙烯树脂、玻璃纤维、马来酸酐接枝物、颜料、受阻酚类抗氧剂和胺类抗氧剂。本发明解决了小料助剂的析出问题，且和PP的相容性很好，解决材料的老化性能以及耐“双85”实验迁出的问题。

Description

一种耐高温高湿短玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于改性聚丙烯复合材料及其制备领域，特别涉及一种耐高温高湿短玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法。
背景技术
随着汽车智能化的发展，人机交换、自动驾驶，自动泊车等新技术广泛的应用于乘用车中，而实现这些功能的有赖于装载在车上的汽车电子，包括汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置。汽车电子内部包括了PCB电路板、电阻器、电容器、线圈、二极管等电器元件；而外部的塑料壳体可以则主要起到了阻隔、绝缘、防护的作用。玻纤增强聚丙烯是最为常用的汽车电子壳体原材料。
部分汽车电子控制装置处于发动机舱高温湿热的工作环境中，很容易出现功能性的失效，故电子零件在开发阶段需要进行“双85”加速实验，对零件在85℃、85％RH存放后的耐受性进行评估。而作为壳体零件，最为常见的失效模式是实验后制件的发粘、析出、甚至鼓包的问题，积累到一定程度还会渗入到电路板和电子元件，导致短路及功能失效的问题。短玻纤增强聚丙烯作为壳体的基材，配方中主要抗氧剂受阻酚类材料呈弱酸性，很容易在非常苛刻的双85实验中，从材料的内部迁出到材料的表面，导致实验失效。主要原因一方面是由于受阻酚类抗氧剂具有一定的弱酸性，与聚丙烯相容性较差，另一方面是由于受阻酚类抗氧剂本身的耐水解性较差，导致抗氧剂失效。但是该零件由于处于发动机周边，有150℃/1000h的热老化的要求，必须添加足量的抗氧剂才能保证材料的抗老化性能。急需解决的是在高效的抗氧剂基础上，同时解决受阻酚类抗氧剂材料双85实验的析出和发粘问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温高湿短玻纤增强聚丙烯复合材料及制备方法，解决现有材料的老化性能以及耐“双85”实验迁出的问题。
本发明的一种聚丙烯复合材料，按重量份数，原料组分包括：
Figure BDA0002863736120000011
Figure BDA0002863736120000021
优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，在230℃，2.16Kg负荷下，其熔体质量流动速率MFR为3～30g/10min。
优选地，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，短切纤维的长度为3.0～9.0mm，直径为7-17μm。
优选地，所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚丙烯，其质量接枝率为0.7～1.3％，在190℃，2.16kg条件下的熔体质量流动速率MFR为70～140g/10min。
所述颜料为炭黑母粒。
优选地，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂AO-20、抗氧剂AO-30中的一种或几种；所述胺类抗氧剂为路易斯碱性的受阻胺类抗氧剂。
优选地，所述胺类抗氧剂为双烷基烃胺类、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、4，4’-双[4-(1-苯基-异丙基)-苯基]胺中的至少一种。
进一步，所述双烷基烃胺类为抗氧剂420。
优选地，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168，抗氧剂412s中的至少一种。
本发明的一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
按所述重量份数称取原料，然后将聚丙烯、马来酸酐接枝物、颜料、受阻酚类抗氧剂和胺类抗氧剂混合均匀，从主喂料口中投入双螺杆挤出机，玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机，熔融挤出后切粒，得到聚丙烯复合材料。
所述的熔融双螺杆挤出工艺参数设定如下：主机一区温度为100～120℃，二区温度为180～200℃，三区温度为180～220℃，四区温度为200～220℃，五区温度为200～220℃，六区温度为180～200℃，七区温度为180～200℃，八区温度为180～200℃，九区温度为180～200℃，十区温度为180～200℃，主机转速200～350rpm。
本发明的一种所述聚丙烯复合材料在汽车电子壳体中的应用。
有益效果
(1)本发明采用受阻酚类、亚磷酸酯和受阻胺类等复合抗氧剂，抗氧剂和聚丙烯的基材有很好的相容性，可以实现玻纤增强聚丙烯材料150℃的热老化性能。
(2)本发明采用路易斯碱性的受阻胺类抗氧剂，如双烷基烃胺类和4，4’-双[4-(1-苯基-异丙基)-苯基]胺物质，与受阻酚弱酸性实现酸碱平衡很好的解决小料助剂的析出问题，且和PP的相容性很好，具有耐“双85”实验迁出的特点，制备材料经济高效可以适用于汽车电子壳体应用场景。
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。
聚丙烯树脂：均聚聚丙烯，HP500N中海壳牌生产，在230℃，2.16Kg负荷下，熔融指数为10g/10min(ISO 1133)。
玻璃纤维：选用泰山玻璃纤维有限公司生产的型号为T538D的产品，长度为4.5mm，平均直径为13μm。
马来酸酐接枝物：SCONA TPPP 9212FA为BYK公司生产。
颜料：PE载体炭黑色母粒，PE 2772美国卡波特生产，炭黑含量为45％。
抗氧剂：受阻酚1010、亚磷酸酯168、山东营口；ADK-STAB AO-20、ADK-STAB AO-30(1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷)，艾迪科；
胺类抗氧剂：Revonox 420，Cbitec；Naugard 445(4,4’-双(4-1(1-苯基-异丙基)-苯基)胺)，昆山中宏生产；Antioxidant 1098(N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺)，巴斯夫。
防老剂H南京化学工业有限公司。
性能测试方法
①外观评估：注塑200*50*2mm的长方片，目视观察其外观的浮纤水平，由好到差评价分别为很好、比较好、一般、比较差、很差，评价方案如下。
目视现象 没有浮纤 较少浮纤 一般浮纤 较多浮纤 严重浮纤
评价结果 很好 比较好 一般 比较差 很差
②热氧老化：注塑200*50*2mm的长方片，放入环境温度为150℃、换气速度为50±2次的老化箱中，每24小时观察一次外观状态，看是否有粉化或开裂的现象，作为时间点。
③“双85”实验：注塑200*50*2mm的长方片，将样片放在85℃/85RH的环境箱中，1000小时后观察外观的变化，从以下两个角度进行评价。
a)析出状态分析，由好到差评价分别为很好、比较好、一般、比较差、很差，评价方案如下：
目视现象 没有析出 外观变化，无析出 轻微发白 发白 发白严重
评价结果 很好 比较好 一般 比较差 很差
b)发粘状态分析，由好到差评价分别为很好、比较好、一般、比较差、很差，评价方案如下：
手触碰 无变化，无发粘 钝发粘 轻微发粘 发粘 强粘手
评价结果 很好 比较好 一般 比较差 很差
实施例1-11
按表1所示重量份数称取原料，将树脂、接枝物和其他抗氧剂等物质混合从主喂料口添加，玻璃纤维在侧喂料口加入。加工温度(从喂料口到模头)分别是：100℃，180℃，180℃，200℃，200℃，200℃，200℃，200℃，200℃，200℃主机转速是300rpm，最后挤出切粒，使用注塑机制备标准样条。
对比例1-5
原料重量份数如表1所示，制备方法同上述实施例。
表1实施例和对比例配方(重量份)
Figure BDA0002863736120000041
表2实施例和对比例性能对比表
Figure BDA0002863736120000051
由表2中测试结果可得出：从对比例1-3可以看出，传统的抗氧体系，单独使用受阻酚类抗氧剂和受阻胺类抗氧剂都没法通过双85的实验，而从对比例2可以看出，虽然可以提升材料的老化性能，但是双85的后发粘析出问题仍热有恶化。
从对比例和实施例1-10的对比看，使用路易斯碱性的受阻胺类抗氧剂后，双85后的析出和发粘水平明显改善，能够通过双85的实验。

Claims (8)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数，原料组分包括：
聚丙烯树脂 17～70.8份；
玻璃纤维 20～40份；
马来酸酐接枝物 3～5份；
颜料 0.2～2份；
受阻酚类抗氧剂 0.2～2份；
胺类抗氧剂 0.1～0.5份；
亚磷酸酯类抗氧剂 0.2-0.5份；
其中所述胺类抗氧剂为路易斯碱性的受阻胺类抗氧剂，其中胺类抗氧剂为双烷基烃胺类、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、4，4’-双[4-(1-苯基-异丙基)-苯基]胺中的至少一种。
2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，在230℃，2.16 Kg负荷下，其熔体质量流动速率MFR为3～30 g/10min。
3.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，短切纤维的长度为3.0～9.0mm，直径为7-17μm。
4.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚丙烯，其质量接枝率为0.7～1.3%，在190℃，2.16kg条件下的熔体质量流动速率MFR为70～140 g/10min；所述颜料为炭黑母粒。
5.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂AO-20、抗氧剂AO-30中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168，抗氧剂412s中的至少一种。
7.一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
按权利要求1所述重量份数称取原料，然后将聚丙烯、马来酸酐接枝物、颜料、受阻酚类抗氧剂和胺类抗氧剂混合均匀，从主喂料口中投入双螺杆挤出机，玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机，熔融挤出后切粒，得到聚丙烯复合材料。
8.一种权利要求1所述聚丙烯复合材料在汽车电子壳体中的应用。
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