CN114716770A - 一种车用矿物改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用矿物改性聚丙烯复合材料及其制备方法，针对现有的PP改性材料的问题，提供了以下技术方案，由下述重量份的原料制成：50～90份聚丙烯(PP),10～40份滑石母粒，3～10份增韧剂，0.1～0.5份稳定剂，0.1～0.5份润滑剂，0.2～1份其他助剂。其制备方便包括以下步骤：备料、预混料、混炼。本发明提供的车用矿物改性聚丙烯复合材料具有良好力学性能和优秀的耐老化性能，该材料同时具有良好的加工性能和制品外观，且本发明提供的该材料的制备方法简单，综合效益高。

Description

一种车用矿物改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯改性材料领域，更具体地说，它涉及一种车用矿物改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，越来越多的汽车零部件选用改性工程塑料替代金属零部件，可应用的塑料品种也越来越多，如PP(聚丙烯)、PA(尼龙)、ABS(聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)等等。塑料在汽车上的应用已经有半个多世纪的发展，极大地促进了汽车的轻量化发展，并促进了节能减排，为驾驶员提供了良好的驾乘体验和乘坐的舒适度。
在众多车用塑料的发展和应用过程中，PP材料以性价比高、密度小、耐热性能优异、耐化学药品腐蚀、易成型加工和回收利用等得到了广泛的应用，甚至有把汽车内外饰材料全用PP系列材料的倾向。纯的PP聚合物材料低温性能、抗冲击性能、耐老化性能及尺寸稳定性较差，难以满足汽车工业需求，同时因为高性能树脂的基础开发周期长、投资耗费巨大、技术参数要求较高，且所需要的高精尖先进集成技术及配套工艺的开发和支持难度较大，这使得对现有PP聚合物材料进行更广泛、更有效、更经济、更实用地改性开发有着现实性和迫切性需要。
目前，PP改性主要有合金化或填充无机材料改性，比如与橡胶或弹性体复合改性增强增韧，矿物填充PP改善刚性和尺寸稳定性，玻纤、碳纤增强PP改性等等。尽管当前市场上各种牌号的PP改性材料种类繁多，但由于矿物、玻纤等填充使得复合材料不易加工或制品表观情况较差，而且许多改性PP材料配方组成复杂，难以兼顾各类性能的平衡；能够平衡普通力学性能且耐老化性能好的PP改性材料相对较少，或者获得了良好的性能平衡，而成本较高。本专利将基于此提供一款成本可控、组成简单且综合性能良好，并可兼顾加工性能和耐老化性能的PP改性材料，以进一步拓宽PP材料在车辆应用方向的范围。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种车用矿物改性聚丙烯复合材料及其制备方法，具有本发明提供的聚丙烯材料具有良好力学性能和优秀的耐老化性能，该材料同时具有良好的加工性能和制品外观，且该材料的制备方法简单的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：50～90份聚丙烯(PP),10～40份滑石母粒，3～10份增韧剂，0.1～0.5份稳定剂，0.1～0.5份润滑剂，0.2～1份其他助剂。
采用上述技术方案，通过添加滑石母粒滑能够使加工时混料方便，有效避免扬尘发生，且能够在混炼过程中更加均匀地与PP基材混合，有助于增强混合效果；同时，滑石母粒所带入的滑石填充，可在一定程度上改善PP的尺寸稳定性；通过添加增韧剂，能够增强PP材料的韧性，能够改善PP复合材料脆性的缺陷，有助于增强其抗冲击能力，有助于提升其机械强度，防止在碰撞时发生断裂；通过加入稳定剂，能够在一定程度上增强PP材料的抗老化性，能够增强该材料的使用寿命；通过加入润滑剂能够改善PP与滑石粉之间的相容性，并使得滑石粉分散均匀。
进一步，PP的分子量范围为20～50万分子量，PP选自熔融指数范围为1～50g/10min的均聚PP和共聚PP中的一种或多种的混合物。
采用上述技术方案，在研究中发现，在此数值区间内的PP与滑石母粒具有最好的相容性，有助于使滑石粉更好的分散。
进一步，滑石母粒包括以聚丙烯类树脂为材料的载体，所述载体内填充有滑石粉。
采用上述技术方案，滑石母粒采用丙烯类树脂为材料的载体，能够提高滑石母粒与PP基材的相容性，便于进一步提高滑石粉与PP基材的相容性，有助于进一步提高滑石粉的改性效果。
进一步，增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物类增韧剂。
采用上述技术方案，经实验研究发现，此类增韧剂效果明显，可较好地平衡聚丙烯复合材料的刚性和韧性，尤其是低温下的耐冲击性，使得此类聚丙烯材料的应用范围进一步拓宽。
进一步，稳定剂选自受阻酚类化合物或含受阻酚类化合物的混合物。
采用上述技术方案，可实现良好地光照稳定性。在受阻酚类化合物或混合物的作用下，聚丙烯的光照稳定性可显著提升，延长此类聚丙烯材料的户外使用期限。
进一步，润滑剂为以乙撑双脂肪酸酰胺(EBS)为基料的改性乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)。
采用上述技术方案，配方加入TAF后，借助于引入的EBS使得树脂复合物具有较好的相互浸润作用，可赋予该复合材料良好的加工性能和表面光洁度；同时，TAF上所带的极性基团有助于促进矿物滑石粉与PP基体树脂的结合，改善两者之间的相容性，并使得滑石粉分散均匀。
进一步，其他助剂选自抗氧剂、抗光剂和色粉中的一种或多种的混合物。
采用上述技术方案，加入抗氧剂、抗光剂后能够提高PP材料的抗老化性能，加入色粉后能够赋予PP材料特殊的颜色，以适配不同场合的需求。
一种车用矿物改性聚丙烯复合材料的方法的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备滑石母粒：按重量配比称取20～40份PP树脂和60～80份滑石粉，放入双螺杆挤出机中混炼，其中螺杆各区温度范围为120～200℃，螺杆转速范围为400～800转/分，挤出造粒得到滑石母粒；
S2、备料：按重量配比称取原料；
S3、预混料：将S2中称取的原料送入高速混合机中共混，得到预混料；
S4、混炼：将S2中得到的预混料投入双螺杆挤出机中混炼，挤出造粒得到车用矿物改性聚丙烯复合材料。
采用上述技术方案，本制备方法简单，工艺步骤少，且选取的原料价格较低，制作出的产品综合性能优越。
进一步，S3中混炼阶段双螺杆挤出机的螺杆各区的温度范围为180℃～220℃，螺杆转速范围为200～600转/分。
采用上述技术方案，在实际生产中发现，双螺杆挤出机在此工艺参数范围内制得的PP材料性能最为稳定。
进一步，S3中混炼开始前双螺杆挤出机需预加热3～5min。
采用上述技术方案，通过预热能使双螺杆挤出机内的物料温度保持一致，有助于进一步提升熔炼效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.配方组成结构相对简单，在保证了综合性能优势前提下，实现了力学性能的平衡和耐老化性能，并且成本可控，具有较大的市场竞争优势；
2.选用滑石母粒，并添加了适量的润滑剂，在保证矿物分散性及与PP基体树脂相容性的同时，改善了加工性能，保证了粒子或制品良好地表面光洁度；另外滑石母粒的使用，减少了滑石粉的扬尘现象，这符合生产环境安全的要求；
3.增韧剂的使用有利于改善PP类复合材料脆性的缺陷，并通过改善常温和低温下的耐冲击性，更好地实现此类材料的各种性能之间的平衡。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1
一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：72份共聚聚丙烯，26份滑石母粒，2份乙烯-辛烯类增韧剂，0.25份稳定剂，0.15份润滑剂和0.5份抗氧剂。
其具体制备方法如下：
S1、制备滑石母粒：按重量配比称取30份PP树脂和70份滑石粉，放入双螺杆挤出机中混炼，螺杆各区温度为180℃，螺杆转速为450转/分，混炼结束后挤出造粒得到滑石母粒，冷却备用。
S2、备料：按照配方重量配比逐一称取各原料及S1中制备的滑石母粒，备用。
S3、预混料：将共聚聚丙烯、增韧剂及滑石母粒在高速混合机中混合10分钟，然后加入稳定剂、润滑剂和抗氧剂，继续混合5分钟得到预混料，之后将预混料放入喂料机中；
S4、混炼：将预混料从投料机喂入双螺杆挤出机中，先预加热5分钟，使螺杆各区的温度达到200℃，在此温度下以400转/分的螺杆转速混炼，混炼结束后挤出造粒，得到汽车用矿物改性聚丙烯复合材料。
实施例2
一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：68份共聚聚丙烯，30份滑石母粒，2份乙烯-辛烯类增韧剂，0.25份稳定剂，0.15份润滑剂和0.5份抗氧剂。
其具体制备方法如下：
S1、制备滑石母粒：按重量配比称取30份PP树脂和70份滑石粉，放入双螺杆挤出机中混炼，螺杆各区温度为180℃，螺杆转速为450转/分，混炼结束后挤出造粒得到滑石母粒，冷却备用。
S2、备料：按照配方重量配比逐一称取各原料及S1中制备的滑石母粒，备用。
S3、预混料：将共聚聚丙烯、增韧剂及滑石母粒在高速混合机中混合10分钟，然后加入稳定剂、润滑剂和抗氧剂，继续混合5分钟得到预混料，之后将预混料放入喂料机中；
S4、混炼：将预混料从投料机喂入双螺杆挤出机中，先预加热5分钟，使螺杆各区的温度达到200℃，在此温度下以400转/分的螺杆转速混炼，混炼结束后挤出造粒，得到汽车用矿物改性聚丙烯复合材料。
实施例3
一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：72份共聚聚丙烯，26份滑石母粒，4份乙烯-辛烯类增韧剂，0.25份稳定剂，0.15份润滑剂和0.5份抗氧剂。
其具体制备方法如下：
S1、制备滑石母粒：按重量配比称取30份PP树脂和70份滑石粉，放入双螺杆挤出机中混炼，螺杆各区温度为180℃，螺杆转速为450转/分，混炼结束后挤出造粒得到滑石母粒，冷却备用。
S2、备料：按照配方重量配比逐一称取各原料及S1中制备的滑石母粒，备用。
S3、预混料：将共聚聚丙烯、增韧剂及滑石母粒在高速混合机中混合10分钟，然后加入稳定剂、润滑剂和抗氧剂，继续混合5分钟得到预混料，之后将预混料放入喂料机中；
S4、混炼：将预混料从投料机喂入双螺杆挤出机中，先预加热5分钟，使螺杆各区的温度达到200℃，在此温度下以400转/分的螺杆转速混炼，混炼结束后挤出造粒，得到汽车用矿物改性聚丙烯复合材料。
实施例4
一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：68份共聚聚丙烯，30份滑石母粒，4份乙烯-辛烯类增韧剂，0.25份稳定剂，0.15份润滑剂和0.5份抗氧剂。
其具体制备方法如下：
S1、制备滑石母粒：按重量配比称取30份PP树脂和70份滑石粉，放入双螺杆挤出机中混炼，螺杆各区温度为180℃，螺杆转速为450转/分，混炼结束后挤出造粒得到滑石母粒，冷却备用。
S2、备料：按照配方重量配比逐一称取各原料及S1中制备的滑石母粒，备用。
S3、预混料：将共聚聚丙烯、增韧剂及滑石母粒在高速混合机中混合10分钟，然后加入稳定剂、润滑剂和抗氧剂，继续混合5分钟得到预混料，之后将预混料放入喂料机中；
S4、混炼：将预混料从投料机喂入双螺杆挤出机中，先预加热5分钟，使螺杆各区的温度达到200℃，在此温度下以400转/分的螺杆转速混炼，混炼结束后挤出造粒，得到汽车用矿物改性聚丙烯复合材料。
对比例1
按照重量份，称取100份共聚聚丙烯，0.25份稳定剂，0.5份抗氧剂。
按照如下步骤制备对比材料1：
将共聚聚丙烯、稳定剂和抗氧剂，在高速混合机中混合10分钟，放入喂料机中；将预混料从喂料机喂入双螺杆挤出机中，预加热5分钟，其中螺杆各区的温度为200℃，螺杆转速为400转/分，挤出造粒，得到所述的汽车用矿物改性聚丙烯复合材料。
对比例2
按照重量份，称取100份共聚聚丙烯，2份乙烯-辛烯类增韧剂，0.25份稳定剂，0.5份抗氧剂。
按照如下步骤制备对比材料2：
将共聚聚丙烯、增韧剂在高速混合机中混合10分钟，然后加入稳定剂和抗氧剂，继续混合5分钟得到预混料，放入喂料机中；将预混料从主喂料喂入双螺杆挤出机中，预加热5分钟，其中螺杆各区的温度为200℃，螺杆转速为400转/分，挤出造粒，得到所述的汽车用矿物改性聚丙烯复合材料。
实验例1
将实施例1-4，对比例1-2
Figure BDA0003658620230000081
通过对实施例1与对比例1、2分析对比，选用滑石母粒及导入增韧剂对PP进行改性,提高了材料的刚性和耐冲击性，同时该复合材料有着良好的耐老化性；得益于润滑剂的使用，实施例1挤出后造粒所得塑料粒子，表观较佳，优于对比例1、2。
通过对实施例1和实施例3分析对比，增韧剂增量至4份时，抗冲击性有进一步提升，但模量似乎有损失的趋势。整体分析，在刚性满足需求时，实施例3的冲击性最佳，具有良好的力学性能平衡。实施例2和4对比也证明了上述观点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，其特征在于，由下述重量份的原料制成：50～90份聚丙烯(PP),10～40份滑石母粒，3～10份增韧剂，0.1～0.5份稳定剂，0.1～0.5份润滑剂，0.2～1份其他助剂。
2.根据权利要求1所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述PP的分子量范围为20～50万分子量，所述PP选自熔融指数范围为1～50g/10min的均聚PP和共聚PP中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述滑石母粒包括以聚丙烯类树脂为材料的载体，所述载体内填充有滑石粉。
4.根据权利要求1所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物类增韧剂。
5.根据权利要求1所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述稳定剂选自受阻酚类化合物或含受阻酚类化合物的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为以乙撑双脂肪酸酰胺(EBS)为基料的改性乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)。
7.根据权利要求5所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述其他助剂选自抗氧剂、抗光剂和色粉中的一种或多种的混合物。
8.一种制备权利要求1-7任一所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备滑石母粒：按重量配比称取20～40份PP树脂和60～80份滑石粉，放入双螺杆挤出机中混炼，其中螺杆各区温度范围为120～200℃，螺杆转速范围为400～800转/分，挤出造粒得到滑石母粒；
S2、备料：按重量配比称取原料；
S3、预混料：将S2中称取的原料送入高速混合机中共混，得到预混料；
S4、混炼：将S2中得到的预混料投入双螺杆挤出机中混炼，挤出造粒得到车用矿物改性聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述S3中混炼阶段双螺杆挤出机的螺杆各区的温度范围为180℃～220℃，螺杆转速范围为200～600转/分。
10.根据权利要求8所述的一种车用矿物改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述S3中混炼开始前双螺杆挤出机需预加热3～5min。
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