CN114181453A - 一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其包括如下重量份的组分：聚丙烯‑1 100份、聚丙烯‑2 3～15份和酰胺类润滑剂0.1～0.5份，所述聚丙烯‑1为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯‑2为采用可控流变法制备而成的熔喷聚丙烯，所述聚丙烯‑2的熔体流动速率为800g/10min～2000g/10min(230℃，2.16kg)。本发明利用可控流变法制备的熔喷聚丙烯材料与酰胺类助剂的相互作用，实现了在降低聚丙烯材料的摩擦系数的同时，使聚丙烯材料同时具有低雾化效果，解决了现有改性塑料存在的低摩擦系数与低雾化效果无法兼具的技术难题。

Description

一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料及其制备方法与应用。
背景技术
在汽车零部件中，经常发生由于零部件之间的摩擦而产生异响的情况。因汽车零部件大量使用聚丙烯材料，因此，通过降低聚丙烯材料的摩擦系数有助于解决上述异响问题。
现有的低摩擦系数聚丙烯材料中，一般是通过在体系中添加小分子助剂，使小分子助剂迁出到材料表面，形成润滑层，从而达到降低聚丙烯材料的摩擦系数的效果。但是，车用聚丙烯材料对小分子析出物具有严格的控制要求，小分子析出物容易在挡风玻璃等位置形成凝结，造成雾化效果，影响驾乘人员的视线，带来安全隐患。因此，需要设计同时具有低摩擦系数和低雾化水平的聚丙烯材料，以此满足车用材料的要求。
CN111234387A公开了一种低散发耐刮擦改性聚丙烯，该材料的制备过程中涉及扩链反应，工艺复杂，而且并不涉及摩擦系数方面的研究。CN111320819A公开了一种低成本食品级自润滑聚丙烯材料及其制备方法，该方法是利用高硅烷偶联剂、润滑剂、芥酸酰胺等综合降低聚丙烯材料的摩擦系数，所使用的析出性助剂较多，存在析出发粘和雾化不合格的问题。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料及其制备方法与应用。
为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：
一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其包括如下重量份的组分：聚丙烯-1100份、聚丙烯-2 3～15份和酰胺类润滑剂0.1～0.5份，所述聚丙烯-1为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯-2为采用可控流变法制备而成的熔喷聚丙烯，所述聚丙烯-2的熔体流动速率为800g/10min～2000g/10min(230℃，2.16kg)，所述聚丙烯-2的熔体流动速率根据GB/T 3682-2000测试标准进行测试。
采用具有上述流动速率的可控流变法制备的熔喷聚丙烯容易迁移到材料的表面，同时由于可控流变法制备的熔喷聚丙烯的分子链端残留有一些极性基团，会与迁移到材料表面的酰胺类润滑剂发生多方面的作用。一方面，所述极性基团会诱导酰胺类润滑剂在材料表面发生分子取向排列，从而提升酰胺类润滑剂的润滑作用，更好地降低材料的摩擦系数。另一方面，所述极性基团对酰胺类润滑剂具有锚定作用，从而能有效抑制酰胺类润滑剂在雾化测试中的挥发，降低材料的雾化水平，由此实现在降低材料摩擦系数的同时，使材料获得低雾化效果。
若所述聚丙烯-2的熔体流动速率过低，会导致其迁出表面的能力变弱，从而对抑制酰胺在雾化测试中挥发的能力变弱。若所述聚丙烯-2的熔体流动速率过高，会导致产生较多的小分子物质，造成材料的雾化水平偏高。
优选地，所述聚丙烯-2的熔体流动速率为1200g/10min～1800g/10min(230℃，2.16kg)，所述聚丙烯-2的熔体流动速率根据GB/T 3682-2000测试标准进行测试。采用该熔体流动速率的聚丙烯-2时，材料的雾化水平更低。
与此同时，本发明配方体系中，所述聚丙烯-2和所述酰胺类润滑剂的含量也非常关键。按照上述配方进行添加时，材料才能同时兼具低摩擦系数和低雾化水平。
优选地，所述聚丙烯-2为5～10重量份。按该含量加入所述聚丙烯-2时，材料具有更低的摩擦系数和更低的雾化水平。
优选地，所述酰胺类润滑剂为0.2～0.4重量份。按该含量加入所述酰胺类润滑剂时，材料具有更低的摩擦系数和更低的雾化水平。
优选地，所述酰胺类润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺中的至少一种。
本发明还提供了所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料的制备方法，其包括如下步骤：将聚丙烯-1、聚丙烯-2和酰胺类润滑剂混合均匀，然后加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，得到所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料。
优选地，所述双螺杆挤出机从喂料段到机头的温度为170～210℃。
经试验证明，按照ISO 8295:1995进行测试，所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料的静摩擦系数≤0.16；按照TSM0503G-1997进行测试，所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料的光泽度保持率≥92％。本领域技术人员应理解：材料的光泽度越高，雾化水平则越低；光泽度越低，雾化水平则越高。
本发明还提供了所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料在制备汽车零部件中的应用。所述汽车零部件包括但不限于：仪表板、门板、立柱等。
本发明还提供了一种汽车零部件，其由所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明利用可控流变法制备的熔喷聚丙烯材料与酰胺类润滑剂的相互作用，实现了在降低聚丙烯材料的摩擦系数的同时，使聚丙烯材料同时具有低雾化效果，解决了现有改性塑料存在的低摩擦系数与低雾化效果无法兼具的技术难题。而且，本发明采用普通的熔融共混改性技术即制得目标材料，生产工艺简单，所用原料容易获得，适合大规模生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例及对比例所用的原料均可通过市售购买获得，且平行实验用的都是同一种。
现提供部分原料的购买来源，但不限于这些原料：
PP N-Z30S，均聚聚丙烯，熔体流动速率为25g/10min(230℃，2.16kg)，茂名石化公司提供；
PP B1101，均聚聚丙烯，熔体流动速率为1g/10min(230℃，2.16kg)，台湾化纤公司提供；
PP BX3920，共聚聚丙烯，熔体流动速率为120g/10min(230℃，2.16kg)，韩国SK公司提供；
PP 91500，可控流变法制备而成的熔喷聚丙烯材料，熔体流动速率为1500g/10min(230℃，2.16kg)，金发科技股份有限公司提供；
PP 6936G2，茂金属催化法制备熔喷聚丙烯材料，熔体流动速率为1500g/10min(230℃，2.16kg)，埃克森美孚公司提供；
PP-1到PP-6为采用可控流变法自制的熔喷聚丙烯材料，制备方法为：将PP和过氧化物按不同配比加入高混机中混合均匀，然后将混合好的原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥、冷却、装包，挤出温度为170～260℃。
PP-1～PP-6的制备中，PP采用的是PP N-Z30S，过氧化物采用的是2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷，但不限于此，还可采用其它种类的PP和过氧化物进行制备。
PP-1：熔体流动速率为700g/10min(230℃，2.16kg)；
PP-2：熔体流动速率为800g/10min(230℃，2.16kg)；
PP-3：熔体流动速率为1200g/10min(230℃，2.16kg)；
PP-4：熔体流动速率为1800g/10min(230℃，2.16kg)；
PP-5：熔体流动速率为2000g/10min(230℃，2.16kg)；
PP-6：熔体流动速率为2200g/10min(230℃，2.16kg)。
性能测试方法
静摩擦系数按照GB/T 10006-2021进行测试，测试样品薄片对薄片的摩擦系数。
光泽度保持率按照丰田技术标准TSM0503G-1997进行测试，采用光泽度法，通过测量雾化测试前后玻璃片光泽度保持率来体现，光泽度保持率数值越高，材料的雾化水平越低，通常要求材料的光泽度保持率大于90％。
一、实施例1～19和对比例1～9
实施例1～19提供了一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其组分含量如表1～2所示，其制备方法如下：按照配比，将所有组分加入混合机中，200～300rpm下混合1～3min，然后加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，得到低摩擦系数低雾化聚丙烯材料。双螺杆挤出机从喂料段到机头的温度为170～210℃。
对比例1～9提供了一种聚丙烯材料，其重量份配方如表3所示，制备方法参考实施例1～19的制备方法。
表1
Figure BDA0003337949860000051
注：表中“-”表示不添加该组分，下同。
表2
Figure BDA0003337949860000052
Figure BDA0003337949860000061
表3
Figure BDA0003337949860000062
从表1～3的测试结果可看出：
在实施例1～11中，可控流变法制备的熔喷聚丙烯与酰胺类润滑剂的比例合适，所得聚丙烯材料的摩擦系数均不高于0.13，且光泽度保持率均不低于94％。这是因为，可控流变法制备的熔喷聚丙烯分子，可以较快地迁移到聚丙烯材料的表面，与迁出的酰胺类润滑剂发生作用。一方面，这些作用会诱导酰胺类化合物在材料表面发生一定的分子取向排列，有助于材料降低摩擦系数。另一方面，这些作用可以有效抑制酰胺在雾化测试中挥发，从而可以在降低材料摩擦系数的同时，保障材料获得低雾化效果。实施例12的熔喷聚丙烯含量稍低，为3份，这使得熔喷聚丙烯抑制酰胺在雾化测试中挥发能力稍弱，使得材料的光泽度保持率稍有降低，降低至92％，熔喷聚丙烯的锚定和取向作用稍弱，导致材料的摩擦系数升至0.16；继续降低熔喷聚丙烯材料的用量至2份时，对比例3所得材料的光泽度保持率显著降低至87％，材料的摩擦系数升至0.21；完全没有熔喷聚丙烯材料时，对比例1材料的光泽度保持率进一步降低至82％，而材料的摩擦系数升至0.25。而实施例13的熔喷聚丙烯含量稍高，达到15份，熔喷聚丙烯材料自身产生了一些挥发成分，使得材料的光泽度保持率稍有降低，降低至92％；继续增大熔喷聚丙烯的含量至18份时，对比例4所得材料的光泽度保持率显著降低至83％。实施例14的酰胺类润滑剂的含量稍低，为0.1份，导致材料的摩擦系数比实施例1～11的稍高，为0.16。继续降低酰胺类润滑剂的含量至0～0.05份时，如对比例2和对比例5所示，材料的摩擦系数明显升高，摩擦系数均高于0.3。实施例15的酰胺类润滑剂的含量稍高，为0.5份，此时由于酰胺类润滑剂的挥发成分增多，导致材料的光泽度保持率稍有下降，降低至92％；继续提升酰胺类润滑剂的含量至0.7份，如对比例6所示，材料的光泽度保持率显著降低至84％。
可控流变法制备熔喷聚丙烯材料的熔体流动速率也对材料的光泽度保持率和摩擦系数有影响。实施例1、实施例17和实施例18所采用的可控流变法制备的熔喷聚丙烯材料的熔体流动速率在1200～1800g/10min之间，所制得的材料的光泽度保持率较高，达到95％，摩擦系数也较低，达到0.13。当熔体流动速率变低，熔喷聚丙烯迁出表面的能力变弱，从而抑制酰胺在雾化测试中挥发能力变弱；实施例16所用可控流变法制备的熔喷聚丙烯材料的熔体流动速率低至800g/10min时，如材料的光泽度保持率稍低至92％，但仍能满足应用，对比例7所用可控流变法制备熔喷聚丙烯材料的熔体流动速率低至700g/10min时，材料光泽度保持率降低至86％，已不能满足汽车的应用要求。当熔体流动速率变高，熔喷聚丙烯自身会产生一些小分子，也会造成材料的光泽度保持率降低；实施例19所用可控流变法制备熔喷聚丙烯材料的熔体流动速率高至2000g/10min时，如材料的光泽度保持率稍低至92％，但仍能满足应用，对比例8所用可控流变法制备熔喷聚丙烯材料的熔体流动速率高至2200g/10min时，材料光泽度保持率降低至82％，已不能满足汽车的应用要求。
熔喷聚丙烯的制备方法也对材料的光泽度保持率和摩擦系数有影响。实施例1所用熔喷聚丙烯为可控流变法制备，其聚丙烯分子链端有残留的一些极性基团，与迁移到材料表面的酰胺类化合物发生作用。而对比例中9所使用的熔喷聚丙烯为茂金属催化技术所得，其聚丙烯链端无极性基团，从而不能与酰胺类化合物发生作用。因而，实施例1较对比例9对应材料的光泽度保持率更高，摩擦系数更低。
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)

1.一种低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：聚丙烯-1100份、聚丙烯-2 3～15份和酰胺类润滑剂0.1～0.5份，所述聚丙烯-1为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯-2为采用可控流变法制备而成的熔喷聚丙烯，所述聚丙烯-2的熔体流动速率为800g/10min～2000g/10min(230℃，2.16kg)。
2.如权利要求1所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯-2为5～10重量份。
3.如权利要求1所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其特征在于，所述酰胺类润滑剂为0.2～0.4重量份。
4.如权利要求1所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯-2的熔体流动速率为1200g/10min～1800g/10min(230℃，2.16kg)。
5.如权利要求1所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其特征在于，所述酰胺类润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺中的至少一种。
6.如权利要求1～5任一项所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料，其特征在于，按照ISO8295:1995进行测试，所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料的静摩擦系数≤0.16；按照TSM0503G-1997进行测试，所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料的光泽度保持率≥92％。
7.如权利要求1～6任一项所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚丙烯-1、聚丙烯-2和酰胺类润滑剂混合均匀，然后加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，得到所述低摩擦系数低雾化聚丙烯材料。
8.如权利要求7所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机从喂料段到机头的温度为170～210℃。
9.如权利要求1～6任一项所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料在制备汽车零部件中的应用。
10.一种汽车零部件，其特征在于，采用包括如权利要求1～6任一项所述的低摩擦系数低雾化聚丙烯材料进行制备。
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