CN114410001B - 一种聚丙烯/尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种聚丙烯/尼龙复合材料及其制备方法。本发明所述聚丙烯/尼龙复合材料包括如下重量份的组分：26.5‑72.2份聚丙烯树脂，10‑25份尼龙树脂，2‑10份马来酸酐接枝物，15‑35份玻璃纤维，0.1‑0.6份成核剂，0.5‑2.5份纳米晶须，0.2‑1.0份抗氧剂。本发明通过使用成核剂和纳米晶须进行复配，改善聚丙烯树脂和尼龙树脂的结晶速率差异，从而使二者在冷却结晶过程中的相容性得到了改善，进而显著的提升了聚丙烯/尼龙复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度。而且本发明所述材料的制备方法简单，适合工业化生产和应用。

Description

一种聚丙烯/尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，尤其涉及一种聚丙烯/尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，对节能减排的要求越来越高，汽车新材料的轻量化是节能减排的重要手段，聚丙烯材料具有低密度、优异的力学性能、环保可回收以及高性价比等优势，因此低密度的聚丙烯材料逐渐替代尼龙、聚酯、ABS等工程塑料，在汽车内外饰以及发动机周边零部件中得到了越来越广泛的应用。尤其是在汽车发动机周边零部件中，越来越多的尼龙材料逐渐被玻纤增强聚丙烯材料替代，但是单纯的玻纤增强聚丙烯材料其强度和耐热性偏低，在某些需要耐更高温度的发动机周边零部件例如进气歧管，玻纤增强聚丙烯无法满足使用要求。

为改善玻纤增强聚丙烯的强度和耐热性，目前业界的普遍做法是在玻纤增强聚丙烯配方中添加一定比例的尼龙6树脂，增强玻纤增强聚丙烯材料的强度和耐热性，为解决聚丙烯和尼龙6树脂的相容性，加入马来酸酐接枝聚丙烯作为二者的相容剂。但是由于尼龙6树脂的结晶速率快，而聚丙烯树脂的结晶速率慢，因此即使加入了相容剂，两种树脂形成的合金在加工成型冷却阶段由于结晶速率差异过大，导致最终材料中两种树脂的相分离程度过大，材料刚性和韧性都严重下降，无法体现出合金材料的优势。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供一种聚丙烯/尼龙复合材料及其制备方法。本发明通过将成核剂和纳米晶须复配使用，改善玻纤增强聚丙烯/尼龙复合材料的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种聚丙烯/尼龙复合材料包括如下重量份的组分：26.5-72.2份聚丙烯树脂，10-25份尼龙树脂，2-10份马来酸酐接枝物，15-35份玻璃纤维，0.1-0.6份成核剂，0.5-2.5份纳米晶须，0-1.0份抗氧剂。

纳米晶须呈现针状，由于其纳米效应，导致与其他成核剂的成核机理完全不同，本发明通过使用纳米晶须和成核剂复配使用，两者协同发挥成核作用，不仅可以提升聚丙烯树脂的结晶速率，改善聚丙烯树脂和尼龙树脂的结晶速率差异，从而使二者在冷却结晶过程中的相容性得到了改善，而且可以改变材料的结晶形态使聚丙烯/尼龙复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度的性能得到显著优化。并且，本发明中成核剂和纳米晶须的添加量对所述聚丙烯/尼龙复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度的性能影响较大。当成核剂和纳米晶须的添加量不在上述限定范围内，由于聚丙烯树脂和尼龙树脂的结晶速率不平衡，体系的相容性较差，聚丙烯/尼龙复合材料的力学性能下降明显。

作为本发明的优选实施方案，所述成核剂为0.2-0.5重量份，所述纳米晶须为1.0-2.0重量份。

本发明所述成核剂和纳米晶须在上述优选范围内复配，对聚丙烯/尼龙复合材料的力学性能提升效果最明显。

作为本发明的优选实施方案，纳米晶须平均直径为200-500nm，长径比在50-100。

本发明限定的晶须为纳米晶须，申请人发现，纳米晶须在平均直径为200-500nm时，与成核剂复配得到的聚丙烯/尼龙复合材料的力学性能较佳，若纳米晶须的平均直径超过500nm或小于200nm，对材料的力学性能提高不显著。

作为本发明的优选实施方案，所述纳米晶须为水合镁铝纳米晶须、水合硫酸镁纳米晶须、硫酸钙纳米晶须中的至少一种；所述成核剂为山梨醇类成核剂、取代芳基杂环磷酸盐类成核剂、有机羧酸盐类成核剂中的至少一种。

作为本发明的优选实施方案，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，按照测试标准ISO1133-2010，在230℃，2.16kg测试条件下熔体质量流动速率为10-60g/10min。

作为本发明的优选实施方案，按照测试标准ISO 307-2010测试，所述尼龙树脂的粘度为2.6-3.0Pa.s。

本发明所述尼龙树脂的粘度会影响聚丙烯/尼龙复合材料的力学性能，随着尼龙粘度的增加，材料的力学性能增加，但当尼龙粘度不在本发明限定范围，材料的力学性能提升不明显。

作为本发明的优选实施方案，所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝均聚聚丙烯，按照测试标准ISO 1133-2010，在230℃，2.16kg条件下的熔体质量流动速率为80-120g/10min。

作为本发明的优选实施方案，所述玻璃纤维的平均直径为9～13μm，平均长度2～6mm。

作为本发明的优选实施方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中至少一种；优选地，所述抗氧剂为1010、1790、3114、168、627AV中的中至少一种。

另外，本发明还要求保护所述聚丙烯/尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将聚丙烯树脂、尼龙树脂、马来酸酐接枝物、成核剂、纳米晶须及抗氧剂混合、熔融，然后加入玻璃纤维进行塑化、挤出造粒，得到所述聚丙烯/尼龙复合材料。

作为本发明的优选实施方案，所述熔融、塑化、挤出造粒的装置为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的温度为160～200℃，螺杆的转速为200～450转/分。

本发明所述聚丙烯/尼龙复合材料在汽车内外饰以及发动机周边零部件制造中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过使用成核剂和纳米晶须进行复配，改善聚丙烯树脂和尼龙树脂的结晶速率差异，从而使二者在冷却结晶过程中的相容性得到了改善，进而显著的提升了玻璃纤维增强聚丙烯/尼龙复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度。而且本发明所述材料的制备方法简单，适合工业化生产和应用。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市售。

本发明实施例和对比例采用以下原料：

聚丙烯树脂：均聚聚丙烯树脂，230℃，2.16kg下熔体流动速率为30g/10min，具体牌号PP Z30S，购自兰州石化；

尼龙树脂A：尼龙PA6，粘度为2.8，具体牌号PA6 VOLGAMID28，购自古比雪夫；

尼龙树脂B：尼龙PA66，粘度为2.6，具体牌号PA66 VOLGAMID26，购自古比雪夫；

尼龙树脂C：尼龙PA6，粘度为3.0，具体牌号PA6 VOLGAMID30，购自古比雪夫；

尼龙树脂D：尼龙PA6，粘度为2.0，具体牌号PA6 VOLGAMID20，购自古比雪夫；

尼龙树脂E：尼龙PA6，粘度为3.6，具体牌号PA6 VOLGAMID36，购自古比雪夫；

马来酸酐接枝物：马来酸酐接枝聚丙烯，230℃，2.16kg下熔体流动速率为120g/10min，市售，本发明实施例和对比例都采用相同的马来酸酐接枝物；

玻璃纤维：平均直径为13μm，平均长度3.0mm，市售，本发明实施例和对比例都采用相同的玻璃纤维；

成核剂A：山梨醇成核剂，具体牌号Millad 3988，美利肯生产；

成核剂B：取代芳基杂环磷酸盐类成核剂，具体牌号NA-21，艾迪科生产；

成核剂C：有机羧酸盐类成核剂，具体牌号HPN-20E，美利肯生产；

成核剂D：超细滑石粉，具体牌号HTPULTRA5，英瑞石公司生产；

纳米晶须A：水合镁铝纳米晶须，长径比90，平均直径：500nm，具体牌号Clay 22，西班牙Tosla公司生产；

纳米晶须B：水合硫酸镁纳米晶须，长径比90，平均直径：200nm，具体牌号MOS-HIGEMB 600P，日本宇部生产；

纳米晶须C：水合硫酸钙纳米晶须，长径比90，平均直径：350nm，具体牌号CSW-90，四川万润生产；

纳米晶须D：水合硫酸钙纳米晶须，长径比90，平均直径：150，具体牌号CSW-915，四川万润生产；

纳米晶须E：水合硫酸钙纳米晶须，长径比90，平均直径：600，具体牌号CSW-960，四川万润生产；

抗氧剂：抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物，比例为1：1重量份；市售，本发明实施例和对比例都采用相同的抗氧剂。

实施例1～20和对比例1～7

本发明实施例1～20所述聚丙烯/尼龙复合材料的组成组分如表1所示。

本发明实施例所述聚丙烯/尼龙复合材料的制备方法为：

将聚丙烯树脂、尼龙树脂、马来酸酐接枝物、成核剂、纳米晶须及抗氧剂加入高混机中混合3-5分钟，加入到长径比为48:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，然后将玻璃纤维通过侧喂料口在长径比36:1位置处加入挤出机，然后通过双螺杆挤出机塑化、挤出造粒，得到所述聚丙烯/尼龙复合材料；所述双螺杆挤出机的温度为160～200℃，螺杆的转速为200～450转/分。

表1

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本发明对比例1～7所述聚丙烯/尼龙复合材料的组成组分如表2所示。

本发明对比例1-4所述聚丙烯/尼龙复合材料的制备方法与实施例相同。

本发明对比例5所述聚丙烯/尼龙复合材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：未添加成核剂和纳米晶须。

本发明对比例6所述聚丙烯/尼龙复合材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：未添加纳米晶须。

本发明对比例7所述聚丙烯/尼龙复合材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：未添加成核剂。

表2

效果例

将实施例和对比例制备的聚丙烯/尼龙复合材料的力学性能进行测试，具体测试方法如下：

(1)拉伸强度：按ISO 527-1-2012方法，拉伸速度10mm/min；

(2)弯曲强度：按ISO 178-2010方法，试验速度2毫米/分钟；

(3)缺口冲击强度：按ISO 179-1-2010方法，4毫米厚试样。

实施例1-20和对比例1-7所述聚丙烯/尼龙复合材料的性能测试结果分别如表3和表4所示。

表3

表4

根据表3和表4的数据，本发明实施例所述聚丙烯/尼龙复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度均得到较明显的提高。根据实施例和对比例5-7可知，将成核剂和纳米晶须进行复配加入聚丙烯/尼龙复合材料体系中，材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度才会提升，缺少其中一种或两种，材料的力学性能明显下降。根据实施例1-9的数据，随着纳米晶须或者成核剂的添加量增加，材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度的数据也随着提升。但根据对比例1-4，纳米晶须或者成核剂的添加量过多或过少，材料的力学性能均明显下降。根据实施例1、10-13的数据可知，随着尼龙粘度的增加，材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度先增加后降低。根据实施例1、14-17的数据可知，随着纳米晶须的平均直径的增加，材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度先增加后降低，在纳米晶须的平均直径为200-500nm时，材料的力学性能最佳。

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 (8)

1.一种聚丙烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述聚丙烯/尼龙复合材料包括如下重量份的组分：26.5-72.2份聚丙烯树脂，10-25份尼龙树脂，2-10份马来酸酐接枝物，15-35份玻璃纤维，0.2-0.5份成核剂，1.0-2.0份纳米晶须，0-1.0份抗氧剂；

所述纳米晶须的平均直径为200-500nm。

2.如权利要求1所述的聚丙烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述纳米晶须为水合镁铝纳米晶须、水合硫酸镁纳米晶须、硫酸钙纳米晶须中的至少一种；所述成核剂为山梨醇类成核剂、取代芳基杂环磷酸盐类成核剂、有机羧酸盐类成核剂中的至少一种。

3.如权利要求1所述的聚丙烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，在230℃，2.16kg测试条件下熔体质量流动速率为10-60g/10min。

4.如权利要求1所述的聚丙烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙树脂的粘度为2.6-3.0Pa.s。

5.如权利要求1所述的聚丙烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝均聚聚丙烯，在230℃，2.16kg条件下的熔体质量流动速率为80-120g/10min。

6.如权利要求1所述的聚丙烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的平均直径为9～13μm，平均长度2～6mm。

7.如权利要求1-6任一项所述的聚丙烯/尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将聚丙烯树脂、尼龙树脂、马来酸酐接枝物、成核剂、纳米晶须及抗氧剂混合、熔融，然后加入玻璃纤维进行塑化、挤出造粒，得到所述聚丙烯/尼龙复合材料。

8.如权利要求1-6任一项所述的聚丙烯/尼龙复合材料在汽车内外饰以及发动机周边零部件制造中的应用。