CN114605741A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。本发明的聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：聚丙烯65～75份，增韧剂15～25份，填料3～8份，增透剂0.1～0.2份，光扩散剂3～5份，抗氧剂0.1～0.5份，光稳定剂0.1～0.5份。本发明的聚丙烯复合材料具有良好的刚韧平衡性、高透明性和高光散射性能，适用于汽车保险杠及内外饰件等制件上。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚丙烯(PP)材料由于密度低、来源广泛、价格低、成型性好及环境友好等特点，广泛应用与各行各业。汽车上的塑料零部件大部分为改性聚丙烯材料进行成型。PP材料以往用于汽车零部件多为非透明性产品，随着汽车内外饰设计的逐步发展，一方面汽车内饰氛围灯设计越来越流行；另一方面，新能源汽车由于去除了传统的格栅，保险杠位置的设计变化较大，随之带来的是对该区域的一些透光性设计。

对于内饰氛围灯和外饰保险杠的透光设计通常要求材料具有较高的透光率和较好的光散射效果，以满足灯光的设计效果。光散射效果不足，需要增加其背后的灯光点数量来满足均光的效果，提高了设计成本，且光线会变得刺眼。对于透光PP材料，无规PP透光性较好，但因其机械性能较差，无法直接应用于汽车零部件上，另外餐盒一类的PP材料，虽然具有一定的透明性，但是韧性较差，且为非光散射效果，同样无法满足光散射保险杠的应用要求。传统添加滑石粉的改性聚丙烯材料方案，虽然具有良好的光散射效果，但是其透光率很低，无法满足应用需求。现有技术中，中国发明专利文献CN 112795092A公开了一种适用于高透光汽车保险杠的聚丙烯复合材料及其制备方法。但该专利获得的复合材料透光率较低，最高透光率仅34％，非良好的光散射材料。中国发明专利文献CN 109679225A公开了一种光扩散聚丙烯材料，通过采用无规共聚聚丙烯获得很高的透光率，但是光散射效果仍不理想，性能无法满足保险杠的应用需求。

因此，亟待开发既满足保险杠的高机械性能要求，又具有较高的透光率和光散射效果的聚丙烯改性材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，以克服现有技术中的聚丙烯改性材料无法兼具机械性能和光学性能的技术问题，以适用于汽车保险杠等技术领域。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：聚丙烯65～75份，增韧剂15～25份，填料3～8份，增透剂0.1～0.2份，光扩散剂3～5份，抗氧剂0.1～0.5份，光稳定剂0.1～0.5份；

所述聚丙烯为均聚聚丙烯；

所述增韧剂为苯乙烯类弹性体，所述苯乙烯类弹性体的苯乙烯含量为18wt.％～30wt.％；

所述填料为一维针状填料，平均直径≤3μm；

所述光扩散剂为球状无机物(如球状、类球状、椭球状)，平均粒径≤2μm。

本发明采用高透光率的聚丙烯材料为基材，通过添加一维针状填料可显著提高材料的刚性并改善材料的光散射性，添加特定苯乙烯含量的苯乙烯类弹性体提高材料的韧性，并且对材料的透光性影响较小，使用的光扩散剂可以显著提高材料的光扩散效果，且对透光率影响较小，从而获得刚韧平衡性优异的高透光率光散射聚丙烯复合材料，实现机械性能、透光性及光散射效果的统一。

作为本发明所述的聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述填料的平均直径为0.5μm～2μm；所述光扩散剂的平均粒径为20nm～800nm。

作为本发明所述的聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述填料为晶须、硅灰石纤维中的至少一种。优选的，所述晶须为硫酸镁晶须。

作为本发明所述的聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述光扩散剂为纳米硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅中的至少一种。

作为本发明所述的聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述增透剂为α晶型成核剂。优选Millad 3905、Millad 3988、Millad NX8000K中的至少一种。以进一步提高材料透明性。

作为本发明所述的聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述抗氧剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类和受阻酚类抗氧剂中的至少一种。

作为本发明所述的聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述光稳定剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类、三嗪苄叉丙二酸酯类光稳定剂中的至少一种。

第二方面，本发明还提供了所述的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按配比称取各组分，混合；熔融共混，挤出造粒，即成。

作为本发明所述聚丙烯复合材料的制备方法的优选实施方式，所述挤出的温度依次为165℃～175℃、195℃～205℃、195℃～205℃、205℃～215℃、205℃～215℃、200℃～210℃、200℃～210℃、200℃～210℃、195℃～205℃、195℃～205℃。

第三方面，将所述的聚丙烯复合材料在汽车保险杠或汽车内外饰件中应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的聚丙烯复合材料具有良好的刚韧平衡性、高透明性和高光散射性能，注塑大型零部件的流动性好，适用于具有光散射要求的汽车保险杠及内外饰件(如氛围灯带、罩盖)等制件上。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、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。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例和对比例中，如无特别说明，主抗氧剂、辅抗氧剂和光稳定剂均通过市售获得，且平行实验中使用的是相同的主抗氧剂、辅抗氧剂和光稳定剂。

下述实施例及对比例所用的原材料说明如下，但不限于这些材料：

PP 1：均聚聚丙烯，PP 1124，台湾台塑；

PP2：无规共聚聚丙烯，RP346R，中海壳牌；

PP3：嵌段共聚聚丙烯，EP548R，中海壳牌；

PP4：均聚聚丙烯，HP500N，中海壳牌；

增韧剂1：苯乙烯类弹性体，苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物，苯乙烯含量为13％，G1657，科腾；

增韧剂2：苯乙烯类弹性体，苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物，苯乙烯含量为25％，7126，台橡；

增韧剂3：苯乙烯类弹性体，苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物，苯乙烯含量为18％，6014，台橡；

增韧剂4：苯乙烯类弹性体，苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物，苯乙烯含量为30％，6153，台橡；

增韧剂5：苯乙烯类弹性体，苯乙烯-乙烯/丁烯嵌段共聚物，苯乙烯含量为32.5％，6154，台橡；

填料1：硫酸镁晶须，平均直径为0.5μm，MOS-HIGE，日本宇部工业株式会社；

填料2：球状滑石粉，粒径为3000目，市售；

填料3：硅灰石纤维，平均直径为5μm，GY-2000,广元化工；

填料4：硅灰石纤维，平均直径为2μm，GY-6000,广元化工；

填料5：硫酸镁晶须，平均直径为2μm，NP-YW2，上海峰竺复合新材料科技有限公司；

光扩散剂1：球状碳酸钙，平均粒径为0.8μm，市售；

光扩散剂2：球状碳酸钙，平均粒径为23μm，市售；

光扩散剂3：球状碳酸钙，平均粒径为20nm，市售；

增透剂：α晶型成核剂，NX8000K，美国美利肯公司；

主抗氧剂：抗氧剂1010，市售；

辅助抗氧剂：抗氧剂168，市售；

光稳定剂：受阻胺类，市售。

实施例1～11和对比例1～11的聚丙烯复合材料的组成组分如表1所示。

实施例1～11和对比例1～11的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按配比称取各组分，将各组分放入高速搅拌机中混合；然后将混合后的组分加入双螺杆挤出机主喂料口中进行熔融共混、挤出造粒。

其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为170℃、200℃、200℃、210℃、210℃、205℃、205℃、205℃、200℃、200℃。所述混合速度为600～1000转/分钟，混合时间为1～2min。

表1聚丙烯复合材料的组成组分(重量份数)

续表1聚丙烯复合材料的组成组分(重量份数)

将上述实施例及对比例制得的产品，在相同的注塑工艺条件下，注塑成型为标准ISO力学样条进行力学性能测试(其中弯曲模量按照ISO 178-2010标准进行测试，弯曲速度为2mm/min；23℃悬臂梁缺口冲击强度按照ISO180-2001标准进行测试)；并注塑成100mm×100mm×2.5mm光板进行透光率测试(按GB/T 2410-2008方法测试，测试结果为400nm～750nm波段平均值)和光扩散系数测试(采用日本电色工业的变角光度计GC 5000L设备，选择透射法进行测试)。检测结果见表1。

可以看出，本发明实施例1～12的聚丙烯复合材料的弯曲模量均在1250Mpa以上，23℃缺口冲击强度均在35kJ/m²以上，透光率均在50％以上，光扩散系数均在90以上。

与实施例1相比，对比例1的聚丙烯复合材料采用无规共聚聚丙烯，使材料的力学性能差，光散射系数偏低，无法满足应用需求；对比例2的聚丙烯复合材料采用嵌段共聚聚丙烯，使材料的力学性能差，透光率低。

与实施例1相比，对比例3的聚丙烯复合材料采用的苯乙烯类弹性体中，苯乙烯含量为13％，材料的透光率明显下降。对比例4的聚丙烯复合材料采用的苯乙烯类弹性体中，苯乙烯含量为32.5％，材料的透光率也出现了较明显的降低。

与实施例1相比，对比例5的聚丙烯复合材料采用粒径为3000目的滑石粉(球状填料)作为填料，使材料的透光率低；对比例6的聚丙烯复合材料采用直径为5μm的硅灰石纤维作为填料，使材料的力学性能虽然有所提高，但透光率低。

与实施例1相比，对比例7的聚丙烯复合材料采用平均粒径为23μm的碳酸钙作为光散射剂，由于其粒径较大，无法较好的分散在基体中起散射作用，使材料的力学性差，光散射系数明显降低。

与实施例1相比，对比例8的聚丙烯复合材料未采用增透剂，材料的力学性能影响不大，但透光率有一定程度下降。

对比例9的聚丙烯复合材料未采用填料，材料力学性能差异不大，透光率有所提升，但光扩散系数大幅度下降。

与实施例1相比，对比例10的聚丙烯复合材料采用填料的量较大，材料的力学性能得到提高，但透光率出现大幅度下降。

对比例11的聚丙烯复合材料采用填料的量较小，与实施例1相比，材料的力学性能明显下降，透光率有一定程度提高，但光扩散系数明显下降。

综上，本发明以均聚聚丙烯材料为基材，通过添加特定要求的增韧剂和填料改善材料的刚性和韧性，得到刚韧平衡性优异的材料，再通过添加增透剂进一步提高材料透明性，并选择低粒径的一维针状填料，改善材料的光散射性，从而获得具有优异性能的光散射聚丙烯材料，实现机械性能、透明性及光散射效果的统一。可以满足汽车保险杠或常规内外饰件要求的力学性能，可应用于有透光光散射设计要求的汽车保险杠或其他汽车内外饰饰件上。

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 (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：聚丙烯65～75份，增韧剂15～25份，填料3～8份，增透剂0.1～0.2份，光扩散剂3～5份，抗氧剂0.1～0.5份，光稳定剂0.1～0.5份；

所述聚丙烯为均聚聚丙烯；

所述增韧剂为苯乙烯类弹性体，所述苯乙烯类弹性体的苯乙烯含量为18wt.％～30wt.％；

所述填料为一维针状填料，平均直径≤3μm；

所述光扩散剂为球状无机物，平均粒径≤2μm。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填料的平均直径为0.5μm～2μm；所述光扩散剂的平均粒径为20nm～800nm。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填料为晶须、硅灰石纤维中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光扩散剂为纳米硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增透剂为α晶型成核剂。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类和受阻酚类抗氧剂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类、三嗪苄叉丙二酸酯类光稳定剂中的至少一种。

8.权利要求1～7任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按配比称取各组分，混合；熔融共混，挤出造粒，即成。

9.根据权利要求8所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出的温度依次为165℃～175℃、195℃～205℃、195℃～205℃、205℃～215℃、205℃～215℃、200℃～210℃、200℃～210℃、200℃～210℃、195℃～205℃、195℃～205℃。

10.权利要求1～7任一项所述的聚丙烯复合材料在汽车保险杠或汽车内外饰件中的应用。