CN114685899A - 一种耐高温划伤聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温划伤聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。耐高温划伤聚丙烯复合材料按重量份数计，包括以下组分：聚丙烯树脂35～60份；无机填料15～25份；增韧剂15～25份；耐高温划伤剂8～12份；加工助剂0～2份；其中，所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂共混制得，所述高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比为(3～6)：1；所述增韧剂的熔点≥80℃。本发明的耐高温划伤聚丙烯复合材料的耐常温划伤值为△L1.0以下，在高达12923MJ/m2辐射能量条件下，仍能保持较好的耐划伤性能，耐高温性能划伤值能够降低到△L1.1以下。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地，涉及一种耐高温划伤聚丙烯复合材料及其制备方法及其应用。
背景技术
聚丙烯材料与其他通用热塑性树脂相比，具有相对密度小、价格低、加工性能好以及综合性能良好等优点，经常用于汽车用装饰零件。由于聚丙烯材料存在刚性差、成型收缩率大等缺点，现有技术为了提高聚丙烯材料的刚性，常常会加入滑石粉等无机填料进行改性，提高聚丙烯材料的刚性，并降低收缩率。然而，滑石粉等无机填料的加入会使聚丙烯材料的耐划伤性能变差。
汽车用装饰零件均要进行曝晒实验，经过曝晒后，添加了滑石粉等无机填料的聚丙烯材料的耐划伤性能衰减非常明显。
现有技术公开了一种耐划伤的聚丙烯复合材料，其在聚丙烯树脂中加入了高密度聚乙烯和酰胺类耐划伤剂，通过高密度聚乙烯增加了聚丙烯树脂和酰胺类耐划伤剂的共混相容性，改善了聚丙烯材料的耐划伤性能。然而，其公开的这种材料仅仅在常温下具有较高的耐划伤效果，但是无法提高高温加热之后材料的耐划伤性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有聚丙烯复合材料高温加热后的耐划伤性能差的缺陷和不足，提供一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，通过添加特定的耐高温划伤剂与增韧剂的协同作用，提高了复合材料的耐高温划伤性能。
本发明的还一目的在于提供一种耐高温划伤聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种耐高温划伤聚丙烯复合材料在制备汽车用塑料、家电用塑料、门板用塑料中的应用。
本发明的再一目的在于提供一种汽车仪表板。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂共混制得，所述高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比为(3～6)：1；
所述增韧剂的熔点≥80℃。
其中需要说明的是：
本发明的耐高温划伤聚丙烯复合材料通过添加特定的耐高温划伤剂与高熔点的增韧剂的协同作用，提高了复合材料的耐高温划伤性能。
本发明的耐高温划伤聚丙烯复合材料各组分的作用机理具体如下：
无机填料的作用为提高聚合材料的刚性，无机填料可以为滑石粉、玻璃纤维等。但是无机填料和聚丙烯树脂的相容性差，在受到外力冲击的作用时，无机填料和聚丙烯树脂的微观间隙会增加，表现为应力发白，因此会降低复合材料的耐划伤性能。
酰胺类划伤剂能够提高复合材料的耐划伤性能，本发明通过将高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂共混制得耐高温划伤剂，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂共混后，高密度聚乙烯可以提高酰胺类划伤剂的分散性，从而提高复合材料的耐划伤性能。
高密度聚乙烯加入到聚丙烯树脂/增韧剂/无机填料的共混体系中，使共混物的相态结构由海-岛型向类网络结构发生转变，使材料屈服剪切应力增大，从而降低因为划伤导致的复合材料发白的问题，因此能够提高复合材料的耐划伤性能。
增韧剂的作用为提高复合材料的韧性，增韧剂的用量需要和无机填料的用量相匹配，实现复合材料刚性和韧性的平衡。
增韧剂的熔点小于80℃，在高温加热后，酰胺类划伤剂的酰胺分子容易以较软的增韧剂为通道，析出到复合材料的表面，导致复合材料的耐高温划伤性能的降低，还会造成复合材料的表面严重析出发粘。
本发明选用的增韧剂的熔点≥80℃，在高温加热后，酰胺类划伤剂也不容易以较软的增韧剂为通道析出到复合材料的表面，因此能够防止复合材料的耐高温划伤性能降低，还能防止高温下复合材料表面发粘。其中，增韧剂熔点可以通过DSC法测试得到，测试条件为升温速度10℃/min。
耐高温划伤剂的用量过少，整个体系的耐应力发白能力不足，因此无法提高常温耐划伤性能，更无法提高耐高温划伤性能。
耐高温划伤剂的用量过大，耐高温划伤剂中的酰胺类分子在高温加热后析出严重，耐划伤剂析出消耗，导致耐划伤性能下降，反而会导致复合材料的耐高温划伤性能的降低。
高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比大于6:1，酰胺类划伤剂的重量过低，无法提高复合材料的常温耐划伤性能，更无法提高复合材料的耐高温划伤性能。
高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比小于3:1，酰胺类划伤剂的重量过高，酰胺类分子在高温加热后析出严重，因此无法与无机填料划伤剂析出消耗，导致划伤性能下降，无法提高复合材料的耐高温划伤性能。
为了进一步提高耐高温划伤聚丙烯复合材料的耐常温划伤性能和耐高温划伤性能，并防止耐划伤剂在高温下析出而导致复合材料发粘，优选地，所述高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比为(4～5)：1。
为了提高更高温度下复合材料的耐高温划伤性能，优选地，所述增韧剂的熔点93～98℃。
优选地，所述增韧剂为聚丁二烯橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丙烯-二烯橡胶中的一种或几种。
优选地，所述酰胺类划伤剂为芥酸酰胺。
芥酸酰胺的分子量较大，因此在高温时，酰胺基团也不容易析出，有利于复合材料的耐高温划伤性能。
优选地，所述无机填料为滑石粉、玻璃纤维或硅灰石中的一种或几种。
优选地，所述加工助剂为抗氧剂、耐候剂或色粉中的一种或几种。
在实际应用中，根据实际性能需要，以重量份数计，抗氧剂可以为0～1份，抗氧剂可提升耐高温划伤聚丙烯复合材料的抗氧化效果。
抗氧剂可选自受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。
受阻酚类抗氧剂可以为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂1024、抗氧剂AO-330等的一种或几种的混合物。
亚磷酸酯类抗氧剂可以为抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂618、抗氧剂398V中的一种或几种的混合物。
优选地，所述耐候剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类或三嗪苄叉丙二酸酯类中的一种或几种。
耐候剂的作用为提高复合材料的抗光老化性能，材料在经过光照或高温加热后，复合材料的表面不变色。
更进一步优选地，耐候剂为受阻胺类。
在实际应用中，根据实际性能需要，其中，以重量份数计，还包括润滑剂0～1份，色粉0～2份。
润滑剂可选自硅酮类、酯类、酰胺类、聚乙烯类、硬脂酸类、脂肪酸和酯类润滑剂中的一种或几种的混合物。
色粉可根据实际颜色的需求，选择黑种等色粉，黑种可以为炭黑。
色粉可对耐高温划伤聚丙烯复合材料染色。
聚丙烯树脂可以为共聚聚丙烯。
在实际应用中，共聚聚丙烯的韧性高于均聚聚丙烯，能够满足汽车用仪表板的使用要求。
本发明还保护耐高温划伤聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
S1.将酰胺类划伤剂和高密度聚乙烯按照质量比混合，并通过双螺杆挤出机在180～195℃下挤出、造粒得到，得到耐高温划伤剂；
S2.将耐高温划伤剂和其他各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在175～190℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述耐高温划伤聚丙烯复合材料。
本发明制备得到的耐高温划伤聚丙烯复合材料具有很好的耐常温划伤性能和耐高温划伤性能，可以广泛应用于塑料制品的制备，本发明尤其保护所述耐高温划伤聚丙烯复合材料在制备汽车用塑料、家电用塑料、门板用塑料中的应用。
本发明还具体保护一种汽车仪表板，所述汽车用仪表板由所述耐高温划伤聚丙烯复合材料制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的耐高温划伤聚丙烯复合材料由聚丙烯树脂、无机填料、增韧剂和耐高温划伤剂组成，本发明的耐高温划伤聚丙烯复合材料通过添加特定的耐高温划伤剂与增韧剂的协同作用，提高了复合材料的耐高温划伤性能。
本发明的耐高温划伤聚丙烯复合材料的耐常温划伤值为△L1.0以下，在高达12923MJ/m2辐射能量条件下，仍能保持较好的耐划伤性能，耐高温性能划伤值能够降低到△L1.1以下。
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，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
聚丙烯树脂为共聚聚丙烯BX3900，SK；
无机填料1为滑石粉，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种；
无机填料2为玻璃纤维，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种；
增韧剂1为乙烯-辛烯共聚物POE ENGAGE 8450，熔点为98℃，陶氏化学；
增韧剂2为乙烯-辛烯共聚物POE ENGAGE 8440，熔点为93℃，陶氏化学；
增韧剂3为乙烯-丁烯共聚物ENGAGETM HM 7280，熔点为99℃，陶氏化学；
增韧剂4为乙烯-辛烯共聚物POE ENGAGE 8400，熔点为72℃，陶氏化学；
高密度聚乙烯为高密度聚乙烯HDPE DMDA8008，独山子石化；
酰胺类划伤剂1为芥酸酰胺YBL-NR001-2，金发科技；
酰胺类划伤剂2为油酸酰胺YBL-AUT-GZC01 NC，金发科技；
耐候剂，受阻胺类，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种；
抗氧剂，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1:1，市售可得且实施例和对比例用的是同一种；
炭黑，市售可得且实施例和对比例用的是同一种；
硅酮类耐划伤剂，HMB-0221，道康宁。
实施例1～5
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1的重量比为4:1。
其中各组分的具体含量如下表1所示。
表1各实施例的耐高温划伤聚丙烯复合材料组成(以重量份数计)
上述所述耐高温划伤聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
S1.将酰胺类划伤剂和高密度聚乙烯按照质量比混合，并通过双螺杆挤出机挤出造粒得到，其中采用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃、190℃、185℃、185℃，螺杆转速为180转/分钟，螺杆长径比为40：1，得到耐高温划伤剂；
S2.将各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在180～195℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述耐高温划伤聚丙烯复合材料；其中，双螺杆挤出机的长径比为40:1，螺杆转速180rpm。
实施例6
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
与实施例1的区别在于，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1的重量比为3:1；其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例7
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
与实施例1的区别在于，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1的重量比为6:1；其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例8
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
与实施例1的区别在于，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1的重量比为5:1；其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例9
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
与实施例1的区别在于，增韧剂为增韧剂2；
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例10
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
与实施例1的区别在于，酰胺类划伤剂为酰胺类划伤剂2；
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例11
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
与实施例1的区别在于，无机填料为无机填料2；
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例12
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1反应制得；
与实施例1的区别在于，增韧剂为增韧剂3；
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1～4
一种聚丙烯复合材料，其中各组分的具体含量如下表2所示。
其中，耐高温划伤剂与实施例1的耐高温划伤剂相同。
表2各对比例的聚丙烯复合材料组成(以重量份数计)
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 聚丙烯树脂 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 无机填料 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 增韧剂1 | 20 | 20 | 20 | |
| 增韧剂4 | 20 | |||
| 耐高温划伤剂 | 0 | 5 | 15 | 10 |
| 抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 耐候剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 炭黑 | 1 | 1 | 1 | 1 |
上述所述耐高温划伤聚丙烯复合材料与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例5
一种聚丙烯复合材料，其中各组分的具体含量与实施例1相同。
与实施例1的区别在于，耐高温划伤剂中，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比为1：1；
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例6
一种聚丙烯复合材料，其中各组分的具体含量与实施例1相同。
与实施例1的区别在于，耐高温划伤剂中，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比为8：1；
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例7
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；以及高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1。
其中，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1与耐高温划伤剂的重量相同，高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂1的重量比为4:1，
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例8
一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂；无机填料；增韧剂；耐高温划伤剂；抗氧剂；耐候剂和炭黑；
所述耐高温划伤剂为硅酮类耐划伤剂；
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
结果检测
(1)常温耐划伤性能测试：测试标准为PV3952-2002，测试聚丙烯复合材料的色差值L值，用载荷为10N，划伤速度1000mm/min，直径为10mm的划头划伤聚丙烯复合材料，常温存放24h后，再测试划伤处的色差值L值，两次L值的差值为△L，色差值△L在划伤前后的差异能够体现白度的变化，色差值△L越小，说明聚丙烯复合材料的耐划伤性能越好。
(2)高温加热后耐划伤性能测试：测试标准为PV3952-2002，测试聚丙烯复合材料的色差值L值，用载荷为10N，划伤速度1000mm/min，直径为10mm的划头划伤聚丙烯复合材料，用12923MJ/m2的辐射能量辐射聚丙烯复合材料，再测试划伤处的色差值L值，两次L值的差值为△L，色差值△L在划伤前后的差异能够体现白度的变化，色差值△L越小，说明聚丙烯复合材料的耐划伤性能越好。
(3)析出发粘测试：测试方法为PV1306-2008，1级表示不粘，2级表示轻微发粘，3级发粘，4级非常粘。
(4)多轴冲击测试：测试方法ASTM D3763最大速度6.6m/s测试温度-30℃。
各实施例和对比例的具体检测结果如下表3所述：
从上述数据可以看出，本发明的耐高温划伤聚丙烯复合材料的耐常温划伤值为△L1.0以下，在高达12923MJ/m2辐射能量条件下，仍能保持较好的耐划伤性能，耐高温性能划伤值能够降低到△L1.1以下。且析出发粘等级为2级以下，多轴冲击最大载荷能量可达17J以上。
对比例8采用了硅酮类耐划伤剂，标准低温点爆性能的多轴冲击破坏形式为脆性，即低温点爆会有碎片飞出，最大载荷能量下降明显，无法应用于有点爆要求的汽车仪表板材料。
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)
1.一种耐高温划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述耐高温划伤剂由高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂共混制得，所述高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比为(3～6)：1；
所述增韧剂的熔点≥80℃。
2.如权利要求1所述耐高温划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯和酰胺类划伤剂的重量比为(4～5)：1。
3.如权利要求1所述耐高温划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂的熔点为93～98℃。
4.如权利要求3所述耐高温划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为聚丁二烯橡胶、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丙烯-二烯橡胶中的一种或几种。
5.如权利要求1所述耐高温划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述酰胺类划伤剂为芥酸酰胺。
6.如权利要求1所述耐高温划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无机填料为滑石粉、玻璃纤维或硅灰石中的一种或几种。
7.如权利要求1所述耐高温划伤聚丙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂为抗氧剂、耐候剂或色粉中的一种或几种，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，所述耐候剂为受阻胺类、苯并三唑类、二苯甲酮类或三嗪苄叉丙二酸酯类中的一种或几种。
8.权利要求1～7任意一项所述耐高温划伤聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将酰胺类划伤剂和高密度聚乙烯按照质量比混合，并通过双螺杆挤出机在180～195℃下挤出、造粒得到，得到耐高温划伤剂；
S2.将耐高温划伤剂和其他各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在175～190℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述耐高温划伤聚丙烯复合材料。
9.权利要求1～7任意一项所述耐高温划伤聚丙烯复合材料在制备汽车用塑料、家电用塑料、门板用塑料中的应用。
10.一种汽车仪表板，其特征在于，所述汽车用仪表板由权利要求1～7任意一项所述耐高温划伤聚丙烯复合材料制备得到。
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