CN114381065A - 一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料及其制备方法。该种复合材料由以下重量百分比的原料组成：均聚聚丙烯10‑65％；无规共聚聚丙烯0‑45％；丙烯‑乙烯共聚物增韧剂5‑40％；纳米无机填料0‑10％；玻纤0‑15％；长余辉发光粉2‑10％；稳定剂0.1‑2％；其他添加剂0‑5％。在聚丙烯原料方面，使用高透光均聚和无规共聚聚丙烯来替代传统嵌段共聚聚丙烯，以提高复合材料所允许的透光率上限。丙烯‑乙烯共聚物增韧剂一方面提升了材料的韧性，另一方面由于其化学组成与聚丙烯接近，所以折射率与聚丙烯匹配，从而减少了因组分折射率不匹配带来的透光率损失。使用纳米级无机填料和透明玻纤来提升材料尺寸稳定性和刚性的同时，可尽量减少对材料透光性能的影响。

Description

一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，所得材料对可见光具有较好的透过性，并具有长余辉发光特性，属于高分子材料加工和改性技术领域。
背景技术
汽车氛围灯的主要作用是营造在黑暗条件下的车内氛围，使乘员舱更具豪华感和科技感。然而，氛围灯依赖照明组件，这就意味着氛围灯的设计和安置必须要考虑到电路走线，因此位置选择存在限制。长余辉发光材料又称夜光材料，其在受激发光照射时可将部分光能储存起来，在激发停止后，以光的形式将能量缓慢释放，余辉持续时间最高可达几十小时。乘员舱的氛围光照主要起装饰作用，不能影响驾驶员的暗光视力，亮度只需确保人眼在黑暗中可以感知即可，因此，长余辉材料可以满足车内氛围营造要求。通过使用长余辉发光材料制作汽车内饰件，由于不需要电路走线，且光线对人眼刺激小，因此车内在黑暗条件下的氛围设计可以变得更灵活，发光饰件位置限制更少，形状也可以更为多样。
聚丙烯(PP)是做汽车内饰件的主要材料，其中主要使用的是嵌段共聚PP，但嵌段共聚PP在透光率方面并无优势。对于长余辉发光PP材料，必须要有较高的透光率，从而使材料内部也可以充分吸收激发能量，在撤去激发光后，材料内部的发射光也可以充分照射到外部。与嵌段共聚PP相比，无规共聚PP结晶含量低，均聚PP组成更均一，因此后两类PP透光率皆显著高于嵌段共聚PP，可用于提升PP复合材料的透光性能。除高透光率外，发光亮度高、余辉时间长也是长余辉PP材料必须满足的要求，因此需要在PP基体中引入高效长余辉发光填料——诸如稀土铝酸盐类、稀土硅酸盐类等长余辉发光粉体的成功研制正好满足了上述要求，且无放射性，安全性好。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，所得材料可用于制造汽车各种内饰件，在黑暗条件下可以实现发光装饰效果。
本发明的另一目的是为了提供这种聚丙烯复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
均聚聚丙烯10-65％；无规共聚聚丙烯0-45％；丙烯-乙烯共聚物增韧剂5-40％；纳米无机填料0-10％；玻纤0-15％；长余辉发光粉2-10％；稳定剂0.1-2％；其他添加剂0-5％。
其中，
所述的均聚聚丙烯的熔体流动速率为5-60g/10min。
所述的无规共聚聚丙烯的熔体流动速率为0.1-30g/10min。
所述的丙烯-乙烯共聚物增韧剂密度为0.86-0.89g/cm3，熔体流动速率为0.5-10g/10min。
所述的纳米无机填料为平均尺寸不大于0.1μm的纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米硅灰石、纳米重晶石等任意一种或几种组合。
所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻纤为无碱短切玻纤，短切长度为3-4.5mm，直径为10-13μm，所述的玻璃纤维表面经过硅烷偶联剂处理。
所述的长余辉发光粉为稀土铝酸盐类、稀土硅酸盐类、稀土钛酸盐类、稀土硫氧化物等任意一种或多种组合。
所述的稳定剂为本领域技术人员认为所需的主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，辅抗氧剂为亚磷酸盐或脂类抗氧剂。
所述的其他添加剂为本领域人员认为所需的相容剂、抗光照助剂、抗刮擦助剂、阻燃剂、抗静电助剂、表面活性剂、增塑剂、抗微生物助剂中的一种或几种组合物。
上述适用于汽车内饰透光盖板的聚丙烯复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物增韧剂、纳米无机填料、长余辉发光粉、稳定剂和其他添加剂按所述比例在高速混合器中干混8-15min得到预混物。
(2)将上一步中所得预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻纤从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
本发明的优点是：
1、使用高透光率均聚和无规共聚聚丙烯来替代传统嵌段共聚聚丙烯，使复合材料所允许的透光率上限提升。
2、丙烯-乙烯共聚物增韧剂一方面提升了材料的韧性，另一方面由于其化学组成与聚丙烯接近，所以折射率与聚丙烯匹配，从而减少了因组分折射率不匹配带来的透光率损失。
3、纳米级无机填料和透明玻纤在提升材料尺寸稳定性和刚性的同时，可尽量减少对材料透光性能的影响。
4、使用发光亮度高、余辉时间长的长余辉发光填料，确保了所得内饰件可在黑暗环境中长时间起到发光装饰效果。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例的方式对本发明做进一步的详细说明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
在实施例及对比例的复合材料配方中，所用均聚聚丙烯熔体流动速率约60g/10min，无规共聚聚丙烯熔体流动速率约1.5g/10min。
所用丙烯-乙烯共聚物增韧剂为DOW公司的VERSIFY2300。
所用纳米无机填料为纳米滑石粉，平均粒径0.1μm。
所用玻纤为重庆国际复合材料有限公司的305K。
所用长余辉发光粉为稀土铝酸盐，发光颜色为绿色。
所用稳定剂为英国ICE公司的Negonox DSTP(化学名称：硫代二丙酸硬脂醇酯)、Ciba公司的Irganox 1010(化学名称：四(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯)以及Ciba公司的Irgafos 168(化学名称：亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯)。
所用相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
实施例1
(1)按重量百分比称取均聚聚丙烯36.5％、无规共聚聚丙烯25％、丙烯-乙烯共聚物增韧剂25％、纳米滑石粉5％、长余辉发光粉6％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos 168 0.1％、相容剂2％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
实施例2
(1)按重量百分比称取均聚聚丙烯36.5％、无规共聚聚丙烯25％、丙烯-乙烯共聚物增韧剂25％、长余辉发光粉6％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 1010 0.1％、Irgafos168 0.1％、相容剂2％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻纤(5％)从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
实施例3
(1)按重量百分比称取均聚聚丙烯31.5％、无规共聚聚丙烯25％、丙烯-乙烯共聚物增韧剂25％、纳米滑石粉5％、长余辉发光粉6％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos 168 0.1％、相容剂2％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻纤(5％)从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
实施例4
(1)按重量百分比称取均聚聚丙烯34％、无规共聚聚丙烯25％、丙烯-乙烯共聚物增韧剂25％、纳米滑石粉2.5％、长余辉发光粉6％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 10100.1％、Irgafos 168 0.1％、相容剂2％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻纤(5％)从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
对比例1
(1)按重量百分比称取均聚聚丙烯59％、丙烯-乙烯共聚物增韧剂25％、纳米滑石粉2.5％、长余辉发光粉6％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 1010 0.1％、Irgafos 1680.1％、相容剂2％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻纤(5％)从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
对比例2
(1)按重量百分比称取均聚聚丙烯59％、无规共聚聚丙烯25％、纳米滑石粉2.5％、长余辉发光粉6％、Negonox DSTP 0.3％、Irganox 1010 0.1％、Irgafos 1680.1％、相容剂2％在高速混合器中干混8min得到预混物。
(2)将预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻纤(5％)从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
性能评价方式：
拉伸性能测试按ISO 527-2标准进行，试样尺寸为170mm×10mm×4mm；弯曲性能测试按ISO 178标准进行，试样尺寸为80mm×10mm×4mm；简支梁缺口冲击测试按ISO 179-1标准进行，试样尺寸为80mm×10mm×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；透光率测定按GB/T 2410进行，试样尺寸为50mm×50mm×2mm。
各实施例及对比例的主要成分重量百分含量见表1，对应性能测试结果见表2。
表1实施例1-4及对比例1、2材料组成(重量百分比)
Figure BDA0003440757820000061
表2实施例1-4及对比例1、2材料性能测试结果
Figure BDA0003440757820000062
从实施例1、2的透光率测定结果可以看到，含滑石粉的配方(实施例1)透光率明显更低，这是因为滑石粉颗粒不透光，不透光填料对材料的透光性能有很大的负面作用，而玻纤属于透光填料，因此实施例2的透光率相比实施例1有很大优势，此外在所有实施例和对比例中也是实施例2的透光率最高。由于玻纤具有一定长径比，在注塑过程中会随熔体流动发生取向，这会导致注塑样件在熔体流动方向和垂直熔体流动方向的收缩率差异相对更明显，尺寸控制难度增大。所以，尽管只添加玻纤对提高透光率有利，但仍需添加少量滑石粉以使尺寸更易控制。对比实施例3、4，当纳米滑石粉添加量约2.5份时(实施例4)透光率及各项力学性能可取得相对更好的平衡。比较实施例4、对比例1和对比例2，对比例1中无规共聚聚丙烯的缺失导致均聚聚丙烯占比过高，韧性提升困难(增韧剂不能无限制增加)，对比例2中增韧剂的缺失则使材料冲击强度过低，因此，均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和增韧剂同时存在更有利于针对实际需求灵活调整各项力学性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
均聚聚丙烯10-65％；无规共聚聚丙烯0-45％；丙烯-乙烯共聚物增韧剂5-40％；纳米无机填料0-10％；玻纤0-15％；长余辉发光粉2-10％；稳定剂0.1-2％；其他添加剂0-5％。
2.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的均聚聚丙烯的熔体流动速率为5-60g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无规共聚聚丙烯的熔体流动速率为0.1-30g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的丙烯-乙烯共聚物增韧剂密度为0.86-0.89g/cm3，熔体流动速率为0.5-10g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的纳米无机填料为平均尺寸不大于0.1μm的纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米硅灰石、纳米重晶石中任意一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻纤为无碱短切玻纤，短切长度为3-4.5mm，直径为10-13μm，所述的玻璃纤维表面经过硅烷偶联剂处理。
7.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的长余辉发光粉为稀土铝酸盐类、稀土硅酸盐类、稀土钛酸盐类、稀土硫氧化物中任意一种或多种组合。
8.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的稳定剂为本领域技术人员认为所需的主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，辅抗氧剂为亚磷酸盐或脂类抗氧剂。
9.根据权利要求1所述的一种适用于汽车内饰件的长余辉发光聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其他添加剂为本领域人员认为所需的相容剂、抗光照助剂、抗刮擦助剂、阻燃剂、抗静电助剂、表面活性剂、增塑剂、抗微生物助剂中的一种或几种组合物。
10.权利要求1-9任意之一所述适用于汽车内饰透光盖板的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：
(1)将均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物增韧剂、纳米无机填料、长余辉发光粉、稳定剂和其他添加剂按所述比例在高速混合器中干混8-15min得到预混物；
(2)将上一步中所得预混物从螺杆主喂料口加入双螺杆挤出机中，将玻纤从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒，工艺为：一区190-200℃，二区200-210℃，三区210-220℃，四区205-215℃；停留时间1-2min，压力12-18MPa。
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