CN113388194A - 一种玻纤增强聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻纤增强聚丙烯组合物及其制备方法和应用，该聚丙烯组合物包括以下重量份数的组分：聚丙烯树脂70～80份，聚乙烯树脂5～10份，相容剂3～10份，短切玻璃纤维10～20份，吹塑稳定剂0.5～2份，光稳定剂0.1～0.8份，增韧剂0～5份；其中，所述吹塑稳定剂包括超支化环氧树脂和纳米碳酸钙。本发明通过使用聚丙烯和聚乙烯树脂，配合吹塑稳定剂可以使得所制备的玻纤增强聚丙烯组合物具有良好的三维可吹塑性能，并且同时具备高刚性和耐热性，从而可有效用做汽车脚踏板材料。

Description

一种玻纤增强聚丙烯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料及其成型加工领域，具体涉及一种玻纤增强聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
近年来随着汽车工业的飞速发展，轻量化、品质化、节能环保、功能化等已成为当前汽车工业的主要目标。聚丙烯是一种综合性能优良的通用热塑性塑料，具有价格低廉，质量轻、耐溶性、易回收、无毒等特点，是最重要的汽车轻质材料，它可减轻汽车零部件约40％的质量，已广泛应用在汽车装饰件上。而功能化的聚丙烯材料在汽车上的运用也越来越多，如高耐热性、耐候性、高刚性和金属质感性也逐渐成为主流。
现行汽车脚踏板材料使用的是传统LFT增强PP材料。为了进一步减轻汽车脚踏板的重量，实现进一步的轻量化，汽车企业将逐渐采用吹塑工艺制造汽车脚踏板。但是玻纤增强后的聚丙烯普通材料三维吹塑过程中容易破裂，表面浮纤严重，强度严重不足，不适合三维吹塑，不能满足汽车脚踏板材料三维吹塑成型工艺的需求。专利CN108047552A采用低流动性聚丙烯、高密度聚乙烯树脂、相容剂和短切玻璃纤维制备得到了一种用于汽车管道的吹塑玻纤增强聚丙烯复合材料，具有高刚性、耐热性、耐老化以及可三维吹塑成型；但其具有较高刚性和耐热性的前提下，产物仍出现了轻微漏纤的现象，无法同时保证材料的高刚性、耐热性和可三维吹塑性能。
因此，开发一种高刚性、耐热性且可三维吹塑成型的汽车脚踏板材料具有重要的研究意义和经济价值。
发明内容
为了克服现有技术中，无法同时保证汽车脚踏板材料可三维吹塑成型和高刚性、耐热性性能的综合性能问题，本发明的目的在于提供一种玻纤增强聚丙烯组合物。该玻纤增强聚丙烯组合物通过使用聚丙烯树脂、聚乙烯树脂和短切玻璃纤维，以及由超支化环氧树脂和纳米碳酸钙复配而成的吹塑稳定剂，使其具备可三维吹塑性能的同时，具备高刚性和耐热性。
本发明的另一目的在于提供上述玻纤增强聚丙烯组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述玻纤增强聚丙烯组合物在制备汽车脚踏板材料中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种玻纤增强聚丙烯组合物，包括以下重量份数的组分：聚丙烯树脂70～80份，聚乙烯树脂5～10份，相容剂3～10份，短切玻璃纤维10～20份，吹塑稳定剂0.5～2份，光稳定剂0.1～0.8份，增韧剂0～5份；
所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg条件下，熔体流动速率为1.8～5.0g/10min；
所述聚乙烯树脂在190℃、2.16kg条件下，熔体流动速率为0.5～1.5g/10min；
所述吹塑稳定剂包括超支化环氧树脂和纳米碳酸钙；所述超支化环氧树脂和纳米碳酸钙的质量比为1:(1～5)。
本发明研究发现，以超支化环氧树脂和纳米碳酸钙为吹塑稳定剂可有效提高聚丙烯材料的三维可吹塑性能，并同时提高聚丙烯材料的刚性和耐热性。其原因可能为：超支化环氧树脂具备低粘度、高环氧值，对共混体系的树脂具有显著的增强增韧、降低粘度、增加粘结强度等作用，有利于增加共混体系的流动性，加工过程中加快熔融状态；并能减小玻纤材料的剪切强度，而保留玻纤的强度，提高聚丙烯和玻纤材料的结合性能。纳米碳酸钙起到吸酸作用，能够在加工过程中抑制聚丙烯树脂的降解反应，保证造粒的熔体流动速率稳定，从而提高吹塑的稳定性，同时纳米碳酸钙还起到促进结晶的作用，减少吹塑过程中发生的变形。
另外，在配合适当比例的吹塑稳定剂的基础上，使用低流动性的聚丙烯和聚乙烯树脂，可有效改善聚丙烯复合材料的流变行为，在保持吹塑成型的要求下，有效改善制件外观，使玻纤不会出现明显的外露。最终制备得到玻纤增强聚丙烯组合物，同时具备良好的刚性、耐热性和可三维吹塑成型性能，可应用于汽车脚踏板材料。
优选地，所述玻纤增强聚丙烯组合物包括以下重量份数的组分：聚丙烯树脂75～80份，聚乙烯树脂5～8份，相容剂3～6份，短切玻璃纤维10～14份，吹塑稳定剂0.5～1份，光稳定剂0.5～0.8份，增韧剂3～5份；
优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯中的一种或几种，其熔体流动速率在230℃、2.16kg条件下为2.0～4.0g/10min。
优选地，所述聚乙烯树脂在190℃、2.16kg条件下，熔体流动速率为0.8～1.2g/10min。
优选地，所述超支化环氧树脂和纳米碳酸钙的质量比为1:(2～3)。
优选地，所述超支化环氧树脂的相对分子质量为2000～5000。
优选地，所述纳米碳酸钙的平均粒径为20～60nm。
优选地，所述相容剂为接枝马来酸酐聚丙烯或接枝马来酸酐聚乙烯中的一种；所述短切玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。
优选地，所述吹塑稳定剂还包括硅酮粉、氧化锌母粒或硅烷偶联剂中的一种或几种。
进一步优选地，所述硅酮粉的重量份数为0.05～0.2份。
进一步优选地，所述氧化锌母粒的重量份数为0.05～0.2份。
进一步优选地，所述硅烷偶联剂的重量份数为0.05～0.2份。
优选地，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种；所述光稳定剂为受阻胺类或紫外线吸收剂中的一种或几种。
本发明还提供一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
称取聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、相容剂和增韧剂进行混合；接着加入吹塑稳定剂和光稳定剂混合均匀；将混合物置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入短切玻璃纤维，温度控制在190℃～230℃，螺杆转速400～450转/分钟的条件下熔融共混，挤出造粒、干燥即得所述聚丙烯组合物。
上述聚丙烯组合物在制备汽车脚踏板材料中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明使用低流动性的聚丙烯和聚乙烯树脂，以适当比例的超支化环氧树脂和纳米碳酸钙作为吹塑稳定剂，制备得到的玻纤增强聚丙烯组合物具有良好的可三维吹塑性能，并且同时具备高刚性和耐热性，从而可有效用做汽车脚踏板材料。
(2)本发明提供的一种玻纤增强聚丙烯组合物的制备方法简单易行，且生产工艺简单、适合大批量生产。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。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。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
聚丙烯树脂：
1.共聚PP，熔体流动速率(230℃/2.16kg)为3.0g/10min
型号：PPH-T03 厂家：北海炼化；
2.共聚PP，熔体流动速率(230℃/2.16kg)为23.0g/10min
型号：Z30S 厂家：北海炼化；
3.均聚PP，熔体流动速率(230℃/2.16kg)为4.8g/10min
型号：T30S 厂家：兰州石化；
聚乙烯树脂：
1.熔体流动速率(190℃/2.16kg)为0.8g/10min
型号：Q50100 厂家：卡塔尔石化；
2.熔体流动速率(190℃/2.16kg)为0.6g/10min
型号：2420F 厂家：中海壳牌；
3.熔体流动速率(190℃/2.16kg)为1.7g/10min
型号：7042 厂家：大庆石化；
短切玻璃纤维：
型号：ER13-2000-988A 厂家：广东巨石；
相容剂：
型号：B2 厂家：科艾斯；
超支化环氧树脂：
1.型号：HyPerE10(分子量2500) 厂家：武汉超支化树脂科技有限公司；
2.型号：HyPerE50(分子量6000) 厂家：武汉超支化树脂科技有限公司；
纳米碳酸钙：
1.型号：TN-3(粒径30nm) 厂家：天使纳米科技；
2.型号：TN-10(粒径100nm) 厂家：天使纳米科技；
硅酮粉：
型号：JS-1065 厂家：上海兼善环保科技；
增韧剂：
乙烯-丁烯共聚物型号：DOW 8150 厂家：美国陶氏；
光稳定剂：
型号：944 厂家：巴斯夫。
本发明各实施例及对比例的聚丙烯组合物通过如下过程制备得到：
称取聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、相容剂和增韧剂，在高混机里混合3min，得到第一预混料；称取吹塑稳定剂和光稳定剂，加入到第一预混料中，在高混机里混合2min，得到第二预混料；将第二预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口中，从侧喂料口加入短切玻璃纤维，温度控制在210℃，螺杆转速450转/分钟的条件下熔融共混，挤出造粒，即得玻纤增强聚丙烯组合物。
本发明各实施例及对比例的玻纤增强聚丙烯组合物的性能测试方法和标准如下：
(1)热变形温度：采用GB/T 1633-2000标准进行测试；
(2)拉伸强度：按照ISO 527-2-2016进行测试，拉伸速度为50mm/min；
(3)弯曲性能：将样品注塑成力学样条，按照ISO 178-2010进行测试，弯曲速度2mm/min；
(4)悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO 180-2000标准进行测试；
(5)三维吹塑成型外观：将产品注塑成外观平整样板，平放于桌面，通过目测判断。当产品出现破裂时，记录为“破裂”；当产品表面与桌面角度明显不平行时，记录为翘曲变形；当产品表面出现的放射状白痕分布超过总面积的1/3，记录为“漏纤”；当产品表面出现的明显放射状白痕分布面积不超过1/10时，记录为“轻微漏纤”；当产品表面出现的明显放射状白痕不超过10条时，记录为“良好”；当产品表面没有出现明显放射状白痕时，记录为“好”。
实施例1～9
本实施例提供一系列的聚丙烯组合物，其配方如表1。
表1实施例1～9的配方(份)
Figure BDA0003072049350000051
Figure BDA0003072049350000061
对比例1～6
本对比例提供一系列聚丙烯组合物，其配方如表2。
表2对比例1～6的配方(份)
Figure BDA0003072049350000062
Figure BDA0003072049350000071
按照上述提及的方法对各实施例和对比例的聚丙烯组合物的性能进行测定，结果如表3。
表3各实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0003072049350000072
从表3可以看出，本发明实施例1～9所制备得到的聚丙烯组合物均具有较好的刚性、耐热性和可三维吹塑性能。其中，实施例4中超支化环氧树脂的分子量过大，和实施例5中纳米碳酸钙粒径过大，会影响反应体系的流动性，均会使得所制备材料的刚性(拉伸强度)略变差。实施例6中调节吹塑稳定剂中超支化环氧树脂和纳米碳酸钙的质量比为1：1时，其三维可吹塑性能良好，但会使所制备得到的聚丙烯组合物刚性(拉伸强度、弯曲模量)和耐热性稍微变差。
将实施例1与对比例1～6比较，对比例1中选用流动性更大的聚丙烯树脂，力学性能有明显下降，而且由于聚丙烯流动过快，剪切效果差，三维吹塑产品会有明显的浮纤；对比例2中选用流动性更大的聚乙烯树脂，力学性能有少许下降，而且由于流动不均匀，在三维吹塑产品表面会有少量的浮纤；对比例3使用的吹塑稳定剂中，超支化环氧树脂和纳米碳酸钙的质量比为1:9，这导致体系的流动性会变差，三维吹塑成型时外观破裂。
对比例4中不加入吹塑稳定剂，在三维吹塑过程中发生破裂，且弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度明显降低，刚性变差；对比例5中仅加入纳米碳酸钙作为吹塑稳定剂，在三维吹塑过程中发生破裂，且拉伸强度明显降低；对比例6中仅加入超支化环氧树脂作为吹塑稳定剂，其悬臂梁缺口冲击强度明显降低，且在三维吹塑过程中发生翘曲变形。
可知，本申请中采用适当比例的超支化环氧树脂和纳米碳酸钙作为吹塑稳定剂，结合低流动性聚丙烯树脂和聚乙烯树脂以及短切玻璃纤维等制备得到的玻纤增强聚丙烯组合物同时具有较好的耐热性、高刚性和可三维吹塑性能，能够有效地用作汽车脚踏板材料
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，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种玻纤增强聚丙烯组合物，其特征在于，包括以下重量份数的组分：聚丙烯树脂70～80份，聚乙烯树脂5～10份，相容剂3～10份，短切玻璃纤维10～20份，吹塑稳定剂0.5～2份，光稳定剂0.1～0.8份，增韧剂0～5份；
所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg条件下，熔体流动速率为1.8～5.0g/10min；
所述聚乙烯树脂在190℃、2.16kg条件下，熔体流动速率为0.5～1.5g/10min；
所述吹塑稳定剂包括超支化环氧树脂和纳米碳酸钙；所述超支化环氧树脂和纳米碳酸钙的质量比为1:(1～5)。
2.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯中的一种或几种，其熔体流动速率在230℃、2.16kg条件下为2.0～4.0g/10min。
3.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚乙烯树脂在190℃、2.16kg条件下，熔体流动速率为0.8～1.2g/10min。
4.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述超支化环氧树脂和纳米碳酸钙的质量比为1:(2～3)。
5.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述超支化环氧树脂的相对分子质量为2000～5000。
6.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述纳米碳酸钙的平均粒径为20～60nm。
7.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述相容剂为接枝马来酸酐聚丙烯或接枝马来酸酐聚乙烯中的一种；所述短切玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维；所述吹塑稳定剂还包括硅酮粉、氧化锌母粒或硅烷偶联剂中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种；所述光稳定剂为受阻胺类或紫外线吸收剂中的一种或几种。
9.权利要求1～8中任一所述聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、相容剂和增韧剂混合；加入吹塑稳定剂和光稳定剂混合均匀；将混合物置于主喂料口中，从侧喂料口加入短切玻璃纤维，进行熔融共混，挤出造粒、干燥，即得所述聚丙烯组合物。
10.权利要求1～8中任一所述聚丙烯组合物在制备汽车脚踏板材料中的应用。
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