CN114015165A - 一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料及其制备方法，以重量份数计，所述聚丙烯材料主要由如下原料制备而成：聚丙烯树脂：60‑80份；聚烯烃弹性体：3‑15份；滑石粉：10‑30份；玻璃纤维粉：1‑5份；抗氧剂：0.1‑0.5份；老化剂：0.1‑0.5份；润滑剂：0.1‑0.5份。本发明通过调整各原料组分及配比，使得该聚丙烯组合物具有低的线性膨胀系数和较好的力学性能，可用于汽车保险杠、裙板等尺寸要求高的汽车部件。
Description
技术领域
本发明公开了一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料及其制备方法，属于聚丙烯材料技术领域。
背景技术
聚丙烯因其具有综合性能优良、来源广泛、质轻价廉、易成型加工等特点，在汽车各大总成系统中获得了广泛应用。已经广泛的应用于汽车内外饰。外饰件如保险杠、门槛、侧裙等，汽车内饰件如仪表板、立柱、杂物箱、门板等。而汽车外饰件由于长期处于高低温冷热交变的环境中，容易导致材料尺寸变化较大，产生装配间隙或者变形，因此要求材料有低的线性膨胀系数。
目前主要通过添加增韧剂(POE)，提高滑石粉比例等方式来降低材料的收缩率，达到低线性膨胀的要求，高滑石粉用量会对材料韧性影响较大，提高增韧剂(POE)用量会导致成本较高材料刚性下降。也有通过添加玻璃纤维、碳纤维，晶须来降低材料收缩率和线性膨胀系数，但会导致产品变形等问题。
中国专利CN201710726681采用玻璃微珠来降低材料的线性膨胀系数，但是玻璃微珠加工过程中易碎，加工难度较大。
发明内容
发明目的：为解决现有技术问题，本发明提供了一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料及其制备方法，所得材料具有低的线性膨胀系数和较好的力学性能。
技术方案：为达到上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，以重量份数计，所述聚丙烯材料主要由如下原料制备而成：
聚丙烯树脂：60-80份
聚烯烃弹性体：3-15份
滑石粉：10-30份
玻璃纤维粉：1-5份
抗氧剂：0.1-0.5份
老化剂：0.1-0.5份
润滑剂：0.1-0.5份。
优选的，以重量份计，所述聚丙烯材料主要由如下原料制备而成：
聚丙烯树脂：60-80份
聚烯烃弹性体：5-15份
滑石粉：20-30份
玻璃纤维粉：1-3份
抗氧剂：0.4-0.5份
老化剂：0.2-0.4份
润滑剂：0.1-0.5份。
优选的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或/和共聚聚丙烯，更优选共聚聚丙烯；所述聚丙烯的熔体流动速率在230℃、2.16kg条件下为20～80g/10min。
优选的，所述聚烯烃弹性体为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物，更优选乙烯 -辛烯共聚物；所述聚烯烃弹性体的密度为0.850～0.890g/cm3，熔体流动速率在190℃、2.16kg条件下为5-15g/10min。
优选的，所述滑石粉目数为5000-8000目，更优选8000目。
优选的，所述玻璃纤维粉长径比为：4:1-8:1，更优选4:1；纤维直径：9-13μm；纤维成份：E玻璃(含碱<0.5％)、C玻璃(含碱<12％)。
优选的，所述的抗氧剂选自1010、168中的至少一种，更优选两者的混合物；所述润滑剂为硬脂酸锌，硬脂酸钙，硬脂酸酸胺，芥酸酸胺，EBS，聚乙烯蜡中的至少一种；更优选硬脂酸钙；所述老化剂为受阻胺类光稳定剂，更优选UV770。
所述的具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
将所述聚丙烯树脂、聚烯烃弹性体、滑石粉、抗氧剂、老化剂和润滑剂混合均匀，得混合物料，然后与玻璃纤维粉混合后进行熔融挤出，造粒，即得。
优选的，采用平行双螺杆挤出机进行熔融挤出，混合物料从主喂料口加入平行双螺杆挤出机，玻璃纤维粉从侧喂口加入挤出机。
进一步优选的，所述平行双螺杆挤出机的螺杆长度L和直径D之比L/D为35～50；双螺杆主机转速为200-600转/分钟，真空度-0.06～-0.08MPa；熔融挤出的工艺参数包括： 1区为40-100℃，2区170-190℃，3区190-210℃，4区210-230℃区，5-8区220-230℃，机头温度200～230℃。
本发明提供的一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料的原理如下：
由于聚丙烯材料(PP)收缩率较大，导致其处于冷热交变状态时尺寸变化较大，即线性膨胀系数较大。为了解决聚丙烯材料的线性膨胀系数较大的问题，本发明通过加入聚烯烃弹性体、玻璃纤维粉和滑石粉来降低聚丙烯的结晶度，从而降低聚丙烯的线性膨胀系数。
本发明采用的玻璃纤维粉是尺寸较大的片状结构，可以影响PP的结晶性能，降低其线性膨胀系数。而用普通玻纤的长径比较大会使材料流动方向和垂直流动方向的收缩率差异较大而导致材料的翘曲等变形，本发明采用的玻纤粉具有大的宽厚比，可以不影响材料流动方向和垂直流动方向的收缩率，同时玻璃纤维粉采用了较少的添加量，可以不影响材料的外观。玻璃纤维粉长径比宽厚比最优选为4：1，对降低聚丙烯结晶度更有效。同时体系中玻璃纤维粉的加入，有助于提高整体材料的刚性。
本发明中添加的聚烯烃弹性体，可以更进一步影响PP分子链结晶过程中的定向排列，从而降低其结晶度，从而更好地降低PP材料的线性膨胀系数，同时能增加体系的韧性。
同时加入玻璃纤维粉与聚烯烃弹性体，两者通过协同互补作用，降低了聚丙烯的结晶度，从而降低聚丙烯的线性膨胀系数，并且使该材料具有较高的刚性与韧性。
有益效果是：为了解决聚丙烯材料的线性膨胀系数较大的问题，本发明在聚丙烯材料中将聚烯烃弹性体、玻璃纤维粉和滑石粉来降低聚丙烯的结晶度，从而降低聚丙烯的线性膨胀系数，并且通过三者的合理复配，可以减少滑石粉的用量，降低其对材料冲击性能的影响，同时使所得聚丙烯材料具有较高刚性，综合力学性能较好。添加润滑剂进一步提高聚丙烯与滑石粉和玻纤粉的分散润滑性，有利于材料的加工性。各原料组分相互配合使所得聚丙烯材料具有较低的线性膨胀系数以及优异的刚性和冲击性能，可应用于汽车保险杠、裙板等领域。
本发明提供的一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料的制备方法，工艺简单，易于控制，对设备要求不高，所使用的设备均为通用的聚合物加工设备，投资不高，有利于工业化生产。
具体实施方式
为了能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，以下实施例对本发明做进一步的阐述。
本发明实施例和对比例所使用的原料如下：
PP(聚丙烯)HJ9770，共聚聚丙烯，华锦化工：熔指：60.0/10min
超细滑石粉8000目。厂家：意大利IMIFABI依米法比超细滑石粉。
玻璃纤维粉(简称玻纤粉)，靖江易诺。长径比：4:1。
乙烯-辛烯共聚物，POE 8613L，韩国SK，融指13g/10min，密度：0.863g/cm3；
普通填滑石粉：型号：TYT-777A(3000目滑石粉)厂家：辽宁添源；白度96、二氧化硅的质量百分含量为59％、粒径D50为5.8μm、长径比为6；
老化剂，UV770，选自天津利安隆新材料股份有限公司；
润滑剂Cast选自发基FACI。
抗氧剂，1010，168。选自天津利安隆新材料股份有限公司；
实施例1
本实施例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下组分制备而成：
PP HJ9770 68.2份；POE 8613 10份；滑石粉8000目20份；玻纤粉1份；1010 0.2份；168 0.2份；Cast 0.2份；UV-770 0.2份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，玻纤粉从侧喂口加入，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L 和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
实施例2
本实施例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下组分制备而成：
PP HJ9770 67.2份；POE 8613 10份；滑石粉8000目20份；玻纤粉2份；1010 0.2份；168 0.2份；Cast 0.2份；UV-770 0.2份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，玻纤粉从侧喂口加入，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L 和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
实施例3
本实施例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下组分制备而成：
PP HJ9770 66.2份；POE 8613 10份；滑石粉8000目20份；玻纤粉3份；1010 0.2份；168 0.2份；Cast 0.2份；UV-770 0.2份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，玻纤粉从侧喂口加入，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L 和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
实施例4
本实施例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下组分制备而成：
PP HJ9770 50.4份；POE 8613 15份；滑石粉8000目25份；玻纤粉3份；1010 0.25份；168 0.25份；Cast 0.5份；UV-770 0.3份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，玻纤粉从侧喂口加入，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L 和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
实施例5
本实施例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下组分制备而成：
PP HJ9770 77.6份；POE 8613 5份；滑石粉8000目15份；玻纤粉2份；1010 0.1 份；168 0.1份；Cast 0.1份；UV-770 0.1份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，玻纤粉从侧喂口加入，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L 和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
对比例1
本对比例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下：
PP HJ9770 77.2份；滑石粉8000目20份；玻纤粉2份；1010 0.2份；168 0.2 份；Cast 0.2份；UV-770 0.2份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，玻纤粉从侧喂口加入，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L 和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
对比例2
本对比例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下：
PP HJ9770 69.2份；滑石粉8000目20份；POE 10份；1010 0.2份；168 0.2 份；Cast0.2份；UV-770 0.2份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为 190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
对比例3
本对比例提供一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其按原料重量份计由如下：
PP HJ9770 67.2份；滑石粉3000目，20份；POE 10份；玻纤粉2；1010 0.2 份；1680.2份；Cast 0.2份；UV-770 0.2份。
将聚丙烯树脂、乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、润滑剂、抗氧剂和老化剂按加入高速搅拌机搅拌均匀，然后将所得混合物料从主喂料口加入双螺杆挤出机中，玻纤粉从侧喂口加入，进行熔融挤出，造粒，工艺参数包括：一区温度为160℃，8区温度为190℃，三区温度为190℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为190℃，七区温度为190℃，八区温度为190℃，模头温度为190℃，螺杆转速为500rpm，螺杆长度L 和直径D之比L/D为48。且真空度为-0.08MPa。
将实施例1～5和对比例1～3所得聚丙烯材料分别进行性能测试，方法如下：密度测试，执行测试标准为ISO1183，测试条件为水中置换；
弯曲模量，执行测试标准为ISO178；
缺口冲击强度，执行测试标准为ISO180，测试条件为23℃；
流动方向线性膨胀系数执行测试标准为ISO11359。
从上表检测数据可以看出，实施例1-5均具有较低的线性膨胀系数，当乙烯-辛烯共聚物添加量为15份，玻纤粉为3，滑石粉添加量为30份时(实施例4)，线膨胀系数会达到较低值45×10-6/K。实施例1-5通过调整各原料的用量，可以使所得聚丙烯材料获得较佳的综合性能，随着玻纤粉用量的增加，聚丙烯材料的冲击强度会下降，弯曲模量升高；随着乙烯-辛烯共聚物用量的提高，会降低聚丙烯材料的弯曲模量，升高聚丙烯材料的冲击强度；其中，实施例2的原料配比较佳，制备得到的聚丙烯材料的综合性能最好，比重较低，同时具有较低的线性膨胀系数，并且具有较高的弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度，力学性能好。
从实施例2和对比例1可以看出，添加POE后，所得聚丙烯材料的线膨胀系数从到56×10-6/K上升到70×10-6/K，说明本发明添加乙烯-辛烯共聚物相比于不添加能够更好的降低聚丙烯材料的线膨胀系数。
从实施列2和对比例2可以看出，不添加玻璃纤维粉，使所得聚丙烯材料的线膨胀系数从56×10-6/K上升到60×10-6/K，说明玻璃纤维粉的添加对于降低PP材料的线膨胀系数有较好的效果。
从实施例2和对比例3可以看出，将超细滑石粉换成普通滑石粉后，使所得聚丙烯材料的线膨胀系数从56×10-6/K上升到63×10-6/K，说明超细滑石粉相比于普通目数滑石粉可以更明显地降低聚丙烯材料的线性膨胀系数。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其特征在于，以重量份数计，所述聚丙烯材料主要由如下原料制备而成：
聚丙烯树脂：60-80份
聚烯烃弹性体：3-15份
滑石粉：10-30份
玻璃纤维粉：1-5份
抗氧剂：0.1-0.5份
老化剂：0.1-0.5份
润滑剂：0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的具有低线性膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，以重量份计，所述聚丙烯材料主要由如下原料制备而成：
聚丙烯树脂：60-80份
聚烯烃弹性体：5-15份
滑石粉：20-30份
玻璃纤维粉：1-3份
抗氧剂：0.4-0.5份
老化剂：0.2-0.4份
润滑剂：0.1-0.5份。
3.根据权利要求1所述的具有低线性膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或/和共聚聚丙烯，优选共聚聚丙烯；所述聚丙烯的熔体流动速率在230℃、2.16kg条件下为20～80g/10min。
4.根据权利要求1所述的具有低线性膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述聚烯烃弹性体为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物，优选乙烯-辛烯共聚物；所述聚烯烃弹性体的密度为0.850～0.890g/cm3，熔体流动速率在190℃、2.16kg条件下为5-15g/10min。
5.根据权利要求1所述的具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其特征在于，所述滑石粉目数为5000-8000目，优选8000目。
6.根据权利要求1所述的具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其特征在于，所述玻璃纤维粉长径比为：4:1-8:1，优选4:1；纤维直径：9-13μm；纤维成份：E玻璃(含碱<0.5％)、C玻璃(含碱<12％)。
7.根据权利要求1所述的具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料，其特征在于，所述的抗氧剂选自1010、168中的至少一种，优选两者的混合物；所述润滑剂为硬脂酸锌，硬脂酸钙，硬脂酸酸胺，芥酸酸胺，EBS，聚乙烯蜡中的至少一种；优选硬脂酸钙；所述老化剂为受阻胺类光稳定剂，优选UV770。
8.权利要求1-7任一项所述的具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述聚丙烯树脂、聚烯烃弹性体、滑石粉、抗氧剂、老化剂和润滑剂混合均匀，得混合物料，然后与玻璃纤维粉混合后进行熔融挤出，造粒，即得。
9.根据权利要求8所述的具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，采用平行双螺杆挤出机进行熔融挤出，混合物料从主喂料口加入平行双螺杆挤出机，玻璃纤维粉从侧喂口加入挤出机。
10.根据权利要求9所述的具有低线性膨胀系数的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述平行双螺杆挤出机的螺杆长度L和直径D之比L/D为35～50；双螺杆主机转速为200-600转/分钟，真空度-0.06～-0.08MPa；熔融挤出的工艺参数包括：1区为40-100℃，2区170-190℃，3区190-210℃，4区210-230℃区，5-8区220-230℃，机头温度200～230℃。
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| CN116023741A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-04-28 | 青岛国恩科技股份有限公司 | 一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料及其制备方法 |
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