CN114685892A - 一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物及其制备方法和应用。本发明的聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：聚丙烯树脂40～80份，玻璃纤维20～40份，相容剂1～5份，硅酮母粒2～5份，成核剂0.2～1份，其他助剂0～2份；所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为50～100g/10min。本发明通过玻璃纤维、相容剂、成核剂、硅酮母粒与聚丙烯树脂的协同增效作用，使得本发明的聚丙烯组合物具有优异的刚性和耐划伤性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
汽车内饰材料一般分为硬质内饰和搪塑内饰两种。硬质内饰具有成本低，成型工艺简单，回收处理方便等优点，已逐步取代搪塑内饰，成为当今汽车研发设计中的主流。玻璃纤维增强的聚丙烯材料成本相对较低，已经逐步在汽车硬质内饰(如仪表板，中控箱扶手等)零件中推广使用。
玻璃纤维增强的聚丙烯材料虽然自身强度较高，但汽车内饰材料一般要求材料具有更高的刚性。为了满足零件使用要求，通常通过增加零件厚度等方式，但是这样间接的增加了零件的成本和重量，对汽车降低能耗有一定负作用。同时，汽车内饰材料还需要具有良好的耐划伤性能，以避免在使用过程中被尖锐物品划伤，造成零件表面有划痕甚至发白的现象。
现有技术公开了一种高硬度耐划伤高光泽改性聚丙烯材料，包括聚丙烯、PMMA、玻璃纤维、硫酸钡等组分，但是PP与PMMA的相容性较差，该改性聚丙烯材料的拉伸强度最高仅为50MPa，弯曲强度最高仅为75MPa，刚性仍达不到使用要求。还有现有技术报道了一种耐划伤玻纤增强聚丙烯组合物及其制备方法，通过添加离子型共聚物、聚醚胺，提高PP材料的耐划伤性，但是由于聚醚胺为液体，在生产过程中加入量少，在材料内部分散均匀性较差，对耐划伤性能的改善有限。
因此，需要开发出一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的刚性低、耐划伤性能差的缺陷，提供一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物。
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：
一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，包括如下重量份的组分：
聚丙烯树脂40～80份，
玻璃纤维20～40份，
相容剂1～5份，
硅酮母粒2～5份，
成核剂0.2～1份，
其他助剂0～2份；
所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为50～100g/10min。
在本发明的聚丙烯组合物中，玻璃纤维均匀分散于聚丙烯体系中，玻璃纤维承担大部分的应力作用，从而提高材料的刚性；相容剂的加入，提高无机的玻璃纤维与有机的聚丙烯树脂间的结合力，进一步改善材料刚性。
本发明的聚丙烯树脂在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为50～100g/10min，高熔体流动速率的聚丙烯树脂流动性好，改善玻璃纤维在聚丙烯体系中的浸湿性，从而改善玻璃纤维的分布，降低材料表面浮纤。硅酮母粒具有降低材料摩擦系数的作用，聚丙烯树脂的优异流动性也给硅酮母粒中的有效物质迁移至材料表面预留出空间，从而降低材料的摩擦系数，提高耐划伤性能。
成核剂既可以促进聚丙烯树脂晶粒细化，有助于聚丙烯的刚性提高；同时又有助于硅酮母粒中的有效物质在聚丙烯体系中分散，提升材料的耐划伤性能。
通过玻璃纤维、相容剂、成核剂、硅酮母粒与聚丙烯树脂的协同增效作用，使得本发明的聚丙烯组合物具有优异的刚性和耐划伤性能。
所述聚丙烯树脂的熔体流动速率按照ISO 1133-1-2011标准方法测试。
优选地，所述相容剂为极性单体接枝聚合物，所述聚合物为乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物。
发明人研究发现，在本发明的聚丙烯体系中，上述相容剂具有更优的促相容作用，有助于材料的刚性更好。
更优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物。
优选地，所述成核剂为有机磷酸盐类成核剂。
有机磷酸盐类成核剂有助于聚丙烯结晶过程中形成的晶粒更细化，从而提高材料的拉伸强度和弯曲强度。
更优选地，所述成核剂为芳基磷酸酯盐类成核剂。
优选地，所述硅酮母粒为以聚烯烃为载体的硅酮。
优选地，所述硅酮母粒中硅酮的数均分子量为75～100万。
更优选地，所述硅酮母粒中硅酮的数均分子量为80～90万。
发明人研究发现，在本申请的聚丙烯体系中，硅酮母粒中硅酮的数均分子量越高，硅酮自身的耐磨性能更好，但润滑性、分散性越差，不宜迁移，较难有效改善本发明聚丙烯组合物的耐划伤性能。当硅酮的数均分子量在适宜范围时，可以既具有良好的自身耐磨性能，又可以有效迁移至材料表面，从而降低材料的摩擦系数，提高耐划伤性能。
优选地，所述硅酮母粒中聚烯烃占20～70wt.％，硅酮占30～80wt.％.
优选地，所述玻璃纤维的平均直径≤16μm。
平均直径更低的玻璃纤维有助于聚丙烯组合物的刚性更优。
优选地，所述其他助剂包括抗氧剂、光稳定剂或色粉中的一种或几种。
所述抗氧剂可以为抗氧剂1010、抗氧剂168或抗氧剂BHT中的一种或几种。
所述光稳定剂可以为受阻胺类光稳定剂和/或受阻酚类光稳定剂。
所述色粉可以为炭黑、酞青蓝、酞青绿或钛白粉中的一种或几种。
本发明还保护上述聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚丙烯树脂、相容剂、硅酮母粒、成核剂和其他助剂混合后，加至挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口；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。
更优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为190～210℃，螺杆转速为450～550rpm，喂料速率为750～800kg/h。
本发明还保护上述聚丙烯组合物在汽车内饰材料中的应用。
可选地，所述汽车内饰材料可以为汽车门板、立柱、座椅护板或门槛。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物。通过玻璃纤维、相容剂、成核剂、硅酮母粒与聚丙烯树脂的协同增效作用，使得本发明的聚丙烯组合物具有优异的刚性和耐划伤性能。
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；
本申请中，平行的实施例和对比例使用的抗氧剂、光稳定剂相同。
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1～14
实施例1～14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将聚丙烯树脂、相容剂、硅酮母粒、成核剂和其他助剂混合后，加至双螺杆挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至双螺杆挤出机的侧喂料口；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温度为190～210℃，螺杆转速为500rpm，喂料速率为800kg/h。
表1实施例1～14的聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
对比例1～4
对比例1～4分别提供一种聚丙烯组合物，组分含量见表2，制备方法如下：
按照表2将除玻璃纤维外的其他组分混合后，加至双螺杆挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至双螺杆挤出机的侧喂料口；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温度为190～210℃，螺杆转速为500rpm，喂料速率为800kg/h。
表2对比例1～4的聚丙烯组合物的组分含量(重量份)
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：
拉伸强度：按照GB/T1040-2006测试，采用1A型试样，拉伸速度10mm/min；
弯曲强度：按照GB/T9341-2008测试，试验速度为2mm/min，试样规格80mm×10mm×4mm；
耐划伤性能：采用十字划格法，使用球形直径0.5±0.01mm划伤头，划伤力15N，测试速度1000±50mm/min，测试单向20条，间距2mm；通过测试划伤前后的色差△L判断划伤结果，△L越小，说明耐划伤性能越优。
实施例及对比例的测试结果见表3。
表3实施例及对比例的测试结果
根据表3的测试结果，本发明各实施例制备的聚丙烯组合物均具有高刚性和良好的耐划伤性能，实施例1～14的聚丙烯组合物的拉伸强度≥87MPa，弯曲强度≥125MPa，耐划伤性能△L≤0.41。
根据实施例1～3，聚丙烯树脂在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为50～100g/10min时，具有足够的流动性可以有效分散体系中的玻璃纤维，获得较高刚性的聚丙烯组合物；随着聚丙烯树脂的熔体流动速率从50g/10min增至100g/10min，制得的聚丙烯组合物的刚性有略微提升，耐划伤性能随着聚丙烯熔体流动速率的增高而显著改善。
根据实施例1和实施例4的对比，相容剂为马来酸酐接枝乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物时，聚丙烯组合物的刚性更优，拉伸强度和弯曲强度更高。
由实施例1、5、6，硅酮母粒中硅酮的数均分子量在80～90万时，硅酮母粒既具有良好的提升耐磨性能，又可以有效迁移至材料表面，从而降低材料的摩擦系数，制得的聚丙烯组合物具有更好的耐划伤性能，划伤前后的色差△L更小。根据实施例1和实施例7的测试结果，成核剂优选为有机磷酸盐类成核剂。有机磷酸盐类成核剂有助于聚丙烯结晶过程中形成的晶粒更细化，制得的聚丙烯组合物的拉伸强度和弯曲强度更高。
对比例1～3中，聚丙烯组合物分别不含相容剂、硅酮母粒或成核剂。可以看出，在缺少某一组分的情况下，聚丙烯组合物均无法实现高刚性和高耐划伤性能。本发明的聚丙烯组合物中，相容剂、硅酮母粒或成核剂与聚丙烯树脂、玻璃纤维是通过协效增效、共同作用，改善了材料的刚性和耐划伤性能。
对比例4中，聚丙烯树脂的熔体流动速率在230℃，2.16kg条件下为40g/10min，低于本发明技术方案所要求的50～100g/10min。过低熔体流动速率的聚丙烯树脂难以有效分散玻璃纤维，不仅使得材料的刚性较弱，且进一步造成硅酮母粒无法有效发挥作用，难以改善材料的耐划伤性能。
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 (10)
1.一种高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
聚丙烯树脂40～80份，
玻璃纤维20～40份，
相容剂1～5份，
硅酮母粒2～5份，
成核剂0.2～1份，
其他助剂0～2份；
所述聚丙烯树脂在230℃，2.16kg条件下的熔体流动速率为50～100g/10min。
2.根据权利要求1所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，所述相容剂为极性单体接枝聚合物，所述聚合物为乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物。
3.根据权利要求1所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，所述成核剂为有机磷酸盐类成核剂。
4.根据权利要求1所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，所述硅酮母粒为以聚烯烃为载体的硅酮。
5.根据权利要求4所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，所述硅酮母粒中硅酮的数均分子量为75～100万。
6.根据权利要求4所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，所述硅酮母粒中聚烯烃占20～70wt.％，硅酮占30～80wt.％。
7.根据权利要求1所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，所述玻璃纤维的平均直径≤16μm。
8.根据权利要求1所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物，其特征在于，所述其他助剂包括抗氧剂、光稳定剂或色粉中的一种或几种。
9.权利要求1～8任一项所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚丙烯树脂、相容剂、硅酮母粒、成核剂和其他助剂混合后，加至挤出机的主喂料口，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料口；经熔融混合、挤出造粒，得到所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物。
10.权利要求1～8任一项所述高刚性、耐划伤的聚丙烯组合物在汽车内饰材料中的应用。
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