CN113444268A - 一种高性能汽车风扇用增强pp材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料加工领域，公开了一种高性能汽车风扇用增强PP材料及制备方法。本发明的高性能汽车风扇用增强PP材料按重量份计，包含PP树脂40‑60份，扁平玻璃纤维40‑60份，相容剂2‑5份，增韧剂3‑10份，硫酸镁晶须2‑5份，抗氧剂0.1‑0.5份，金属钝化剂0.1‑0.2份。该复合材料以PP树脂为基材，用扁平玻璃纤维增强基体树脂，用甲基丙烯酸丁酯接枝PP蜡做相容剂，同时复配硫酸镁晶须、增韧剂、抗氧剂、热稳定剂等组分，所得汽车风扇用增强PP材料具有优异的物理性能、注塑外观和耐热老化特性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料加工技术领域，具体是涉及一种高性能汽车风扇用增强PP材料及制备方法。
背景技术
传统汽车发动机冷却风扇材料应满足高刚性、高韧性、耐热和良好的加工性能等要求，材质主要以增强尼龙为主。随着汽车工业的发展，用于汽车上塑料件的要求也在发生变化，更轻的重量、更低的价格成为现今的发展趋势，在竞争日益激烈的当下，各大汽车厂商均在寻找成本更低比重更轻的材料替代尼龙。
因增强PP(聚丙烯)材料相对于尼龙具有更低的比重更低廉的价格等优势，近几年汽车领域对汽车风扇用增强PP材料的研究在加快进展。玻纤增强PP除了具有PP原有的耐化学腐蚀、电绝缘等优良性能外，强度、硬度、刚度和耐热性等都大大提高。然而，在制作玻纤增强改性的PP材料时需添加马来酸酐接枝PP材料作为相容剂，马来酸酐会在一定程度上降低材料的热稳定性，而聚丙烯本身的耐热稳定性能也不如尼龙材料。所以目前玻纤增强PP材料存在表面外观差，耐热老化时间短等缺陷，在汽车冷却风扇的应用上受到一定限制。因此，开发出一款具备良好注塑外观和耐热老化特性的高性能增强PP材料具有重要应用意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种高性能汽车风扇用增强PP材料及制备方法，该复合材料以PP树脂为基材，用扁平玻璃纤维增强基体树脂，用甲基丙烯酸丁酯接枝PP蜡(以下称PP蜡-g-BMA)做相容剂，同时复配硫酸镁晶须、增韧剂、抗氧剂、热稳定剂等组分，所得汽车风扇用增强PP材料具有优异的物理性能、注塑外观和耐热老化特性。
为达到本发明的目的，本发明的高性能汽车风扇用增强PP材料按重量份计，包含PP树脂40-60份，扁平玻璃纤维40-60份，相容剂2-5份，增韧剂3-10份，硫酸镁晶须2-5份，抗氧剂0.1-0.5份，金属钝化剂0.1-0.2份。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述PP树脂是一种等规度≥98％，结晶度≥70％，在温度230℃、试验负荷2.16kg下熔融指数为2-10g/10min的PP树脂。
更进一步地，在本发明的一些实施例中，所述PP树脂是在温度230℃、试验负荷2.16kg下熔融指数为2-5g/10min的PP树脂。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述扁平玻璃纤维是一种微观下扁平状的E玻璃纤维，它的宽度在20-30μm之间，厚度在4-10μm之间，长度在2500-3000μm之间。
优选地，在本发明的一些实施例中，综合考量材料的刚性和冲击强度以及平整度，所述扁平玻璃玻纤在所述增强PP材料中的质量分数为40-50％。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述相容剂是一种经过甲基丙烯酸丁酯接枝改性后的聚丙烯蜡(PP蜡-g-BMA)。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述增韧剂是一种茂金属催化聚合的EPDM。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述硫酸镁晶须是一种纤维长度8-30μm，纤维直径0.5-1.0μm的碱式硫酸镁无机纤维。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫化酯类辅助抗氧剂、受阻胺类抗氧剂的组合，三者质量比为0.5-1.5：1.5-2.5：0.5-1.5。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述金属钝化剂为N-水杨酰氨基邻苯二酰亚胺。
另一方面，本发明还提供了一种前述高性能汽车风扇用增强PP材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取PP树脂、扁平玻璃纤维、相容剂、增韧剂、硫酸镁晶须、抗氧剂和金属钝化剂，备用；
(2)将PP树脂加入到搅拌机中，然后加入相容剂、增韧剂、抗氧剂、金属钝化剂、硫酸镁晶须，常温下搅拌均匀；
(3)将经步骤(2)混和好的物料置于同向双螺杆挤出机中，经熔融塑化、挤出、冷却、切粒，得到扁平玻纤增强阻燃PP复合材料，其中扁平玻璃纤维在挤出段工艺中以侧喂料的形式加入。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述同向双螺杆挤出机螺杆直径40-65mm，螺杆的长径比为40：1。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述熔融塑化温度设定为第一段170℃-190℃，第二段180℃-200℃，第三段185℃-210℃，第四段185℃-210℃，第五段170℃-200℃，第六段170℃-200℃，第七段170℃-200℃，第八段170℃-200℃，第九段180℃-200℃，第十段180℃-200℃，熔体温度180℃-220℃，机头温度200℃-220℃。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明的增强PP材料中通过选用扁平玻璃纤维增强PP树脂，在复合体系中能起到很好支撑作用，使复合材料相比于添加普通圆玻纤具有更好的物理性能；
(2)本发明的增强PP材料中同时复配一定比例的硫酸镁晶须，因其相比玻纤更细的直径和长度，可以很好的填充PP树脂和玻纤之间的空隙，从而起到很好的补强作作用，其偏碱性的特性在热老化过程中也会和受阻胺起到协效作用；
(3)本发明的增强PP材料中采用PP蜡-g-BMA代替PP-g-MAH作相容剂，因BMA基团相比MAH基团具有更好的热稳定性，可以很好的避开MAH在热老化过程中的负面影响，而PP蜡在注塑时会一定程度的停留在制件的表面，在热老化时能起到隔绝氧气的作用，更好的保护材料基团；
(4)本发明的增强PP材料是汽车风扇用，由于汽车风扇在装配时与金属接触，配方中加入金属钝化剂进一步补强了在热环境下金属对材料的负面影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。
此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种高性能汽车风扇用增强PP材料，按重量份计包括以下组分：
PP树脂 40-60份；
相容剂 2-5份；
增韧剂 3-10份；
扁平玻璃纤维 40-60份；
硫酸镁晶须 2-5份；
抗氧剂 0.1-0.5份；
金属钝化剂 0.1-0.2份；
具体加入的物料及其重量份数以表1为准。
其中，所述PP树脂是一种等规度≥98％，结晶度≥70％，在温度230℃、试验负荷2.16kg下的熔融指数为2-10g/10min的PP树脂；所述扁平玻璃纤维是一种微观下扁平状的E玻璃纤维，它的宽度在20-30μm之间，厚度在4-10μm之间，长度在2500-3000μm之间，优选地，所述扁平玻璃玻纤在所述PP复合材料中的质量分数为40-50％；所述相容剂是一种经过甲基丙烯酸丁酯接枝改性后的聚丙烯蜡(PP蜡-g-BMA)；所述增韧剂剂是茂金属催化聚合的EPDM；所述硫酸镁晶须是纤维长度8-30μm，纤维直径0.5-1.0μm的碱式硫酸镁无机纤维；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂GA-80、硫化酯类辅助抗氧剂DSTP、受阻胺类抗氧剂HS-944的组合，三者质量比为1:2:1；所述金属钝化剂为N-水杨酰氨基邻苯二酰亚胺。
按下述方法制备实施例1-4与对比例1-4的材料：
(1)将PP树脂加入到高速搅拌机中，然后加入相容剂、增韧剂、抗氧剂、金属钝化剂、硫酸镁晶须，常温下搅拌均匀(具体加入的物料及其重量份数以表1为准)；
(2)将混和好的物料置于同向双螺杆挤出机中，经熔融塑化、挤出、冷却、切粒，得到扁平玻纤增强阻燃PP复合材料，其中扁平玻璃纤维在挤出段工艺中以侧喂料的形式加入。
上述方法中使用的同向双螺杆挤出机螺杆直径可以为40-65mm，螺杆的长径比为40：1，熔融塑化温度设定为第一段170℃-190℃，第二段180℃-200℃，第三段185℃-210℃，第四段185℃-210℃，第五段170℃-200℃，第六段170℃-200℃，第七段170℃-200℃，第八段170℃-200℃，第九段180℃-200℃，第十段180℃-200℃，熔体温度180℃-220℃，机头温度200℃-220℃，在这些参数范围为内，所制备的材料性能几乎一样。
表1实施例1-4和对比例1-4的材料具体配方(单位为公斤)
将实施例和对比例中得到的PP复合材料在120℃烘箱内干燥后进行注塑，注塑为样片，注塑温度如下：
下料段：200℃；第二段：205℃；第三段：205℃；喷嘴：210℃。
最后将注塑样片放于干燥器中进行状态调节：调节温度为23℃，调节时间为24h；各实施例和对比例材料的性能测试结果如下表2所示。
表2各实施例和对比例材料性能测试结果
将注塑样片放于热烘箱中进行热老化测试，采用GB/T 7141-2008的标准，设置温度为150℃±5，测试时间：1000h、3000h，测试后各实施例和对比例材料的性能测试结果如下表3、表4所示。
表3 150℃热老化测试1000h性能测试结果
表4 150℃热老化测试3000h性能测试结果
由实施例2与对比例1的热老化测试结果可看出：实施例2在热老化测试1000h和3000h后的性能保持率和实际性能均要明显优于对比例1，因BMA基团相比MAH基团具有更好的热稳定性，可以很好的避开MAH在热老化过程中的负面影响，而PP蜡在注塑时会一定程度的停留在制件的表面，在热老化时能起到隔绝氧气的作用。
由实施例3与对比例2的性能及热老化测试结果可看出：硫酸镁晶须，因其相比玻纤更细的直径和长度可以很好的填充PP树脂和玻纤之间的空隙从而起到很好的补强作作用，其偏碱性的特性在热老化过程中也会和受阻胺起到协效作用。
由实施例2与对比例3的性能及热老化测试结果可看出：使用更高熔指的PP树脂Z30S(试验负荷2.16kg下熔融指数为30g/10min)在热老化测试时性能的保持率和实际值不如低熔的PP树脂S-1003(试验负荷2.16kg下熔融指数为3g/10min)好。
由实施例2与对比例4的性能及热老化测试结果可看出：在本发明的复合体系中使用扁平玻璃纤维相比普通圆玻璃纤维具有更好的综合物理性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述高性能汽车风扇用增强PP材料按重量份计，包含PP树脂40-60份，扁平玻璃纤维40-60份，相容剂2-5份，增韧剂3-10份，硫酸镁晶须2-5份，抗氧剂0.1-0.5份，金属钝化剂0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述PP树脂是一种等规度≥98％，结晶度≥70％，在温度230℃、试验负荷2.16kg下熔融指数为2-10g/10min的PP树脂。
3.根据权利要求1所述的高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述扁平玻璃纤维是一种微观下扁平状的E玻璃纤维，它的宽度在20-30μm之间，厚度在4-10μm之间，长度在2500-3000μm之间；优选地，所述扁平玻璃玻纤在所述增强PP材料中的质量分数为40-50％。
4.根据权利要求1所述的高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述相容剂是一种经过甲基丙烯酸丁酯接枝改性后的聚丙烯蜡。
5.根据权利要求1所述的高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述增韧剂是一种茂金属催化聚合的EPDM。
6.根据权利要求1所述的高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述硫酸镁晶须是一种纤维长度8-30μm，纤维直径0.5-1.0μm的碱式硫酸镁无机纤维。
7.根据权利要求1所述的高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫化酯类辅助抗氧剂、受阻胺类抗氧剂的组合，三者质量比为0.5-1.5：1.5-2.5：0.5-1.5。
8.根据权利要求1所述的高性能汽车风扇用增强PP材料，其特征在于，所述金属钝化剂为N-水杨酰氨基邻苯二酰亚胺。
9.权利要求1-8任一项所述高性能汽车风扇用增强PP材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按所需重量份数称取PP树脂、扁平玻璃纤维、相容剂、增韧剂、硫酸镁晶须、抗氧剂和金属钝化剂，备用；
(2)将PP树脂加入到搅拌机中，然后加入相容剂、增韧剂、抗氧剂、金属钝化剂、硫酸镁晶须，常温下搅拌均匀；
(3)将经步骤(2)混和好的物料置于同向双螺杆挤出机中，经熔融塑化、挤出、冷却、切粒，得到扁平玻纤增强阻燃PP复合材料，其中扁平玻璃纤维在挤出段工艺中以侧喂料的形式加入。
10.根据权利要求9所述高性能汽车风扇用增强PP材料的制备方法，其特征在于，所述同向双螺杆挤出机螺杆直径40-65mm，螺杆的长径比为40：1；优选地，所述熔融塑化温度设定为第一段170℃-190℃，第二段180℃-200℃，第三段185℃-210℃，第四段185℃-210℃，第五段170℃-200℃，第六段170℃-200℃，第七段170℃-200℃，第八段170℃-200℃，第九段180℃-200℃，第十段180℃-200℃，熔体温度180℃-220℃，机头温度200℃-220℃。
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Denomination of invention: A high-performance reinforced PP material and preparation method for automotive fans Effective date of registration: 20231202 Granted publication date: 20220614 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Dongyang sub branch Pledgor: HENGDIAN GROUP DEBANG ENGINEERING PLASTIC CO.,LTD. Registration number: Y2023330002892 |
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