CN114479267B - 一种低频吸音的聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低频吸音的聚丙烯组合物及其制备方法和应用。本发明的低频吸音的聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：聚丙烯70～85份，弹性体10～20份，滑石粉5～10份；所述聚丙烯在120℃/0.5h退火后998cm‑1峰面积与973cm‑1峰面积的比值为0.94～0.98；且聚丙烯的分子量分布指数为2～8。本发明通过筛选合适的PP树脂，与弹性体、滑石粉协同作用，进而改变聚丙烯组合物的阻尼性能，在200‑400Hz频率共振下，可达到共振吸声的效果，从而有效提高材料的吸音性能，减小噪声。

Description

一种低频吸音的聚丙烯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种低频吸音的聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯(PP)由于价格低廉，易于加工成型及其具有密度低、耐化学腐蚀和自身优异的物力力学性能等特点，其应用非常广泛，成为发展最快的通用型塑料之一。在汽车行业，改性聚丙烯主要用于汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架等。
汽车行驶过程中会产生较大的噪音，特别是低频噪音(频率为200-400Hz)。为减少汽车运行中带来的噪音污染，一些欧美国家和日本制定了相关的规定和测试标准。因此，需要对聚丙烯材料进行改性，提升其吸音效果，使改性聚丙烯材料可以应用对噪音要求更高的吸音零部件中。
现有技术中，一般是通过加入无机填料，以改善聚丙烯的隔音性能。如现有技术公开了一种聚丙烯隔音材料，包括聚丙烯、硫酸钡、玻璃纤维等组分，通过用硫酸钡和玻璃纤维填充改性，增加隔音性。还有现有技术公开了一种高隔音聚丙烯复合材料，通过铁粉、硫酸钡、碳酸钙等组分的复合提升聚丙烯的隔音效果。但上述现有技术所添加的改性材料均会使得聚丙烯组合物密度变高、质量变大，有悖于汽车轻量化的发展趋势；且并未针对特定波长，如低频噪声进行隔音。
因此，需要开发出一种低频吸音的聚丙烯组合物，可以有效隔断低频噪声，且材料密度较低。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的密度过高、不能低频吸音的缺陷，提供一种低频吸音的聚丙烯组合物，通过筛选特定种类的聚丙烯树脂，协同低含量的滑石粉填充，获得低频吸音效果优异的聚丙烯组合物，且聚丙烯组合物的密度≤1.0g/cm3。
本发明的另一目的在于提供上述聚丙烯组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述聚丙烯组合物的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种低频吸音的聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：
聚丙烯70～85份，
弹性体10～20份，
滑石粉5～10份；
所述聚丙烯在120℃/0.5h退火后998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值为0.94～0.98；且聚丙烯的分子量分布指数(Mw/Mn)为2～8。
本发明通过筛选合适的PP树脂，与弹性体、滑石粉协同作用，进而改变聚丙烯组合物的阻尼性能，在固定频率共振下，可达到共振吸声的效果，从而有效提高材料的吸音性能，减小噪声。
红外峰998cm-1主要为聚丙烯晶区中的11～12个重复单元的协同运动，973cm-1对应无定形和结晶链中的5个重复单元，它们的比值可以测定材料的等规度。市面上常规的聚丙烯在120℃/0.5h退火后998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值一般在0.88～0.99之间。发明人研究发现，上述两个峰面积的比值在0.94～0.98时，聚丙烯的结晶度较高。
聚丙烯的分子量分布指数为重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)的比值，即Mw/Mn。
聚丙烯的分子量分布指数按照凝胶渗透色谱法测试得到。
聚丙烯的分子量分布指数影响材料在注塑成型过程中沿着垂直流动方向的扩散情况，从而影响材料的紧实度。聚丙烯的Mw/Mn满足2～8时，聚丙烯组合物相对更为密实。
聚丙烯组合物的吸音效果不仅与树脂基体有关，还与材料的非晶区形态相关。弹性体与滑石粉影响聚丙烯组合物的非晶区形态，协同上述特定的聚丙烯树脂，使得聚丙烯组合物的阻尼程度适宜，可以实现优异的低频吸音效果。
聚丙烯的峰面积由FT-IR光谱仪测试得到，具体方法为：
取聚丙烯样品，在玻璃片上加热，将熔融后的样品制成薄膜，待冷却后取下薄膜，直接对薄膜进行FT-IR测试；测试分辨率为4cm-1，扫描次数32次，测试范围400-4000cm-1，根据FT-IR谱图得到指定位置的峰面积。
优选地，所述聚丙烯在120℃/0.5h退火后998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值为0.96-0.98。
优选地，所述聚丙烯的Mw/Mn为3～5。
优选地，所述弹性体为聚烯烃热塑性弹性体(POE)。
优选地，所述POE为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物。
优选地，所述POE的结晶度为7～13％。
更优选地，所述POE的结晶度为8～10％。
进一步优选地，所述POE的结晶度为9％。
POE的结晶度按照DSC法进行测试，具体测试条件为：温度范围30～200℃，升温速率10℃/min，样品量5～10mg，吹扫气体为氮气，流量为50ml/min。
由聚合物中结晶部分的熔融热△Hm计算聚合物的结晶度，样品的结晶度Xc可按下式计算：
Xc＝△Hm/△Hm0*100％
其中△Hm为样品中结晶部分的熔融焓，△Hm0是样品100％结晶时的熔融焓值。
优选地，所述滑石粉的平均粒径为2～10μm。
更优选地，所述滑石粉的平均粒径为3～5μm。发明人研究发现，滑石粉的平均粒径较低时，聚丙烯组合物的吸音效果更优。
优选地，所述聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：
聚丙烯75～80份，弹性体15～20份，滑石粉6～8份。
本发明还保护上述聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
将聚丙烯、滑石粉和弹性体混合后，加至挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到所述聚丙烯组合物。
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区温度80～120℃，二区温度190～210℃，三区温度210～230℃，四区温度210～230℃，五区温度210～230℃，六区温度210～230℃，七区温度210～230℃，八区温度210～230℃，九区温度210～230℃，主机转速250～600rpm；双螺杆挤出机的长径比为40～48:1。
本发明还保护上述聚丙烯组合物在制备汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了一种低频吸音的聚丙烯组合物，通过筛选合适的PP树脂，与弹性体、滑石粉协同作用，进而改变聚丙烯组合物的阻尼性能，在200-400Hz频率共振下，可达到共振吸声的效果，从而有效提高材料的吸音性能，减小噪声，且聚丙烯组合物的密度较低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；
Figure BDA0003430416430000041
上表中，聚丙烯的峰面积比值，是指在120℃/0.5h退火后998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值。
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。
实施例1～20
实施例1～20分别提供一种聚丙烯组合物，组分含量见表1，制备方法如下：
按照表1将各组分混合，加至双螺杆挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到聚丙烯组合物；
其中双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区温度80～120℃，二区温度190～210℃，三区温度210～230℃，四区温度210～230℃，五区温度210～230℃，六区温度210～230℃，七区温度210～230℃，八区温度210～230℃，九区温度210～230℃，主机转速250～600rpm；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
表1实施例1～20聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
Figure BDA0003430416430000051
对比例1～7
对比例1～7分别提供一种聚丙烯组合物，组分含量见表2，制备方法与实施例相同。
表2对比例1～7聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
Figure BDA0003430416430000053
性能测试
对上述实施例及对比例制得的聚丙烯组合物进行性能测试，具体方法如下：
密度：按照ISO 1183-2019方法进行测试；
吸音量：将聚丙烯组合物注塑为管材，壁厚3mm、长度1m、管径10mm；将声源和接收器分别放置于管材的两侧，各距管材20mm；声源为频率250Hz的白噪音，谐振器共鸣周波数：200±5Hz；吸音量＝声源发出的音量-接收器测得的音量，单位为dB；要求吸音量≥40dB。
实施例1～20的测试结果见表3，对比例1～5的测试结果见表4。
表3实施例1～20的测试结果
Figure BDA0003430416430000061
根据表3的测试结果，本发明各实施例制得的聚丙烯组合物均具有优异的低频吸音效果，对于250Hz的噪声吸音量≥40dB；且具有较低的密度，密度≤1.0g/cm3。
实施例1～6中，实施例2、3和实施例5的吸音量相对更高，因此聚丙烯的998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值优选为0.96～0.98，Mw/Mn优选为3～5。
由实施例1、实施例7～10，弹性体为POE，POE的结晶度为7～13％范围内时，聚丙烯组合物具有更好的低频吸音效果。由实施例1和实施例11～12，可以看出，滑石粉的平均粒径为3～5μm时，聚丙烯组合物的吸音量更高。
由实施例1和实施例13～19的测试结果，聚丙烯组合物的组分含量优选为：聚丙烯75～80份，弹性体15～20份，滑石粉6～8份。
表4对比例1～7的测试结果
1 2 3 4 5 6 7
密度 0.934 0.936 0.989 0.922 0.928 1.052 1.098
吸音量 35 36 33 35 36 35 38
对比例1和对比例2中，PP的998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值或分子量分布指数超出本发明技术方案范围时，制得的聚丙烯组合物难以具备良好的低频吸音效果。
对比例3～4中，弹性体或滑石粉的添加量过少；对比例5～6中弹性体或滑石粉的添加量过多；均不能与聚丙烯起到有效的协同增效作用，制得聚丙烯组合物对于低频噪声的吸音量较低，
对比例7为使用常规的无机填料对聚丙烯进行填充，如CN 102002183 A所记载的，采用硫酸钡和玻璃纤维对聚丙烯填充改性。可以看出，一方面，对比例7制得的聚丙烯组合物的密度较高；另一方面，虽然硫酸钡和玻璃纤维一定程度上提高了聚丙烯材料的隔音性，但其仍不具备低频吸音效果，对于低频噪声的吸音量仅为38dB，显著低于本发明各实施例。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低频吸音的聚丙烯组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
聚丙烯70~85份，弹性体 10~20份，滑石粉 5~10份；
所述聚丙烯在120℃/0.5h退火后998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值为0.94~0.98；且聚丙烯的分子量分布指数为2~8；
所述弹性体为乙烯-丁烯共聚物和/或乙烯-辛烯共聚物；
所述弹性体的结晶度为7~13%或6.8%或13.2%；
所述滑石粉的平均粒径为2~10μm。
2.根据权利要求1所述低频吸音的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯在120℃/0.5h退火后998cm-1峰面积与973cm-1峰面积的比值为0.96~0.98。
3.根据权利要求1所述低频吸音的聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯的分子量分布指数为3~5。
4. 根据权利要求1所述低频吸音的聚丙烯组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：聚丙烯75~80份，弹性体 15~20份，滑石粉6~8份。
5.权利要求1~4任一项所述低频吸音的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚丙烯、滑石粉和弹性体混合后，加至挤出机，经熔融混合、挤出造粒，得到所述聚丙烯组合物。
6.权利要求1~4任一项所述低频吸音的聚丙烯组合物在制备汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架中的应用。
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