CN115044136B - 一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料及其制备方法。该汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，包括以下质量份数的组分：共聚聚丙烯5‑40份、均聚聚丙烯0‑10份、回收聚丙烯20‑60份、复合增韧剂10‑15份、成核剂0.3‑0.8份，无机矿物填料10‑25份、抗氧剂0.2‑0.6份、耐候剂0.3‑0.8份、润滑剂0.1‑0.6份，采用GRS认证的回收PP，结合共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、成核剂和复合增韧剂，不仅可以得到具有低收缩、高抗冲以及良好的尺寸稳定性和优异的耐候性能的再生聚丙烯复合材料，同时促进了回收PP材料在产业链中的循环应用，降低了碳排放、提高了资源利用率。

Description

一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性树脂，具有密度小，性价比高，耐热性、刚性和耐化学腐蚀性优异，易于加工成型和回收等优点，成为汽车用高分子材料中最大的品种之一，当下改性PP为主的聚烯烃材料已经占到车用塑料使用量的60％以上，广泛应用于汽车的保险杠、进气格栅、雾灯罩、蓄电池外壳、发动机冷却风扇、水箱面罩、仪表板等零部件。
随着全球汽车工业的持续发展和汽车数量的急速增长，汽车行业给社会带来的能源、安全和环境等问题也日渐增多，尤其是大量废弃车用塑料的处理，传统的填埋及焚烧方式，既污染了环境又造成大量可再生资源的浪费。将废旧汽车塑料进行回收利用，特别是高值化回收利用，不仅能解决塑料污染问题，而且可以为工业生产提供可观的原材料，进而减少石油开采，有助于实现可持续发展。因此，大力发展再生塑料行业，提升资源化利用比例，不仅有助于保障我国能源安全，还发展循环经济、实现可持续发展的重要途径。
中国专利发明文件(公开号：CN112745563A)公开了一种再生聚丙烯复合材料及其制备方法，由再生聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、润滑剂、光稳剂和改性贝壳粉制成，再生聚丙烯为家电外壳解料造粒料、电瓶壳破碎造粒料、吨包袋破碎造粒料、聚丙烯周转箱破碎造粒料或保险杠破碎造粒料，增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯辛烯共聚物或顺丁橡胶，所得聚丙烯复合材料韧性较差，缺口冲击强度较低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中汽车用PP塑料由于老化造成分子量下降、冲击性能降低、收缩率增大等棘手问题，以及PP塑料降解难、环境污染大、高值化利用低、能源消耗大、碳排放高等问题，提供一种汽车用低碳高抗冲再生聚丙烯复合材料。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现：一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，包括以下质量份数的组分：共聚聚丙烯5-40份、均聚聚丙烯0-10份、回收聚丙烯20-60份、复合增韧剂10-15份、成核剂0.3-0.8份。
结合共聚聚丙烯良好的韧性和抗冲击性能、均聚聚丙烯优异的刚性和加工性能以及通过GRS认证的回收聚丙烯，通过特定的配方设计，得到具有低收缩、高抗冲以及良好的尺寸稳定性和优异的耐候性能的聚丙烯复合材料，可以满足汽车主机厂的要求，实现汽车行业降本增效的目标，同时可以促进回收聚丙烯材料在产业链中的循环应用，降低了碳排放、提高了资源利用率。
进一步地，复合增韧剂是纳米二氧化硅(SiO2)和乙烯-辛烯共聚物(POE) 的混合物，两者质量比为1:5～6。
进一步地，成核剂为β-晶型成核剂。
纳米二氧化硅有较大的比表面积，可以分散在质量较高粘度较大的POE中，形成POE包覆二氧化硅的核壳结构，同时β-晶型成核剂的加入，增加了PP材料异相成核的晶种，复合材料可以获得较大的结晶度，保持了良好的综合性能和韧性，获得较高的断裂伸长率和抗缺口冲击强度，三者协同作用有效提高了复合材料的综合力学性能。
进一步地，共聚聚丙烯为注塑级高抗冲聚丙烯，230℃/2.16kg条件下的熔融指数为15-25g/10min，简支梁缺口冲击30-50KJ/m2。
进一步地，均聚聚丙烯为高强度聚丙烯，230℃/2.16kg条件下的熔融指数为 10-20g/10min，弯曲模量≥2000MPa。
进一步地，回收聚丙烯为GRS认证的回收聚丙烯，来源为家电外壳破碎料、电瓶壳破碎料以及部分汽车零部件破碎料，230℃/2.16kg条件下的熔融指数为 20-40g/10min，密度≤0.93g/cm3，简支梁缺口冲击≥6KJ/m2。
进一步地，上述汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，还包括无机矿物填料 10-25份、抗氧剂0.2-0.6份、耐候剂0.3-0.8份、润滑剂0.1-0.6份。
进一步地，无机矿物填料为滑石粉，其目数≥3000目，硅含量≥55％。
进一步地，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:1～2的重量比复配而成。
进一步地，耐候剂为受阻胺类光稳剂和苯并三唑紫外线吸收剂按1:1～2的重量比复配而成。
进一步地，润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮类、硬脂酸锌、或季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
上述汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法为将共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、回收聚丙烯、增韧剂、无机矿物填料、抗氧剂、耐候剂、润滑剂一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒。
进一步地，所述挤出机8个温区的温度为160～170℃/170～180℃/180～190℃/190～200℃/200～210℃/210～220℃/210～220℃/200～210℃，转速为200-400rpm。
相比现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)采用GRS认证的回收PP，结合共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、成核剂和复合增韧剂，不仅可以得到具有低收缩、高抗冲以及良好的尺寸稳定性和优异的耐候性能的再生聚丙烯复合材料，同时促进了回收PP材料在产业链中的循环应用，降低了碳排放、提高了资源利用率；
(2)汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料中同时添加纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物(POE)复配的增韧剂和β-晶型成核剂，通过组分之间产生的协同作用提高了复合材料的韧性和抗冲击性能；
(3)本发明汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法简单高效，适宜工业化生产应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
以下实施例中共聚聚丙烯熔融指数为25g/10min，简支梁缺口冲击49KJ/m2，均聚聚丙烯熔融指数为15g/10min，弯曲模量为2100MPa，回收聚丙烯熔融指数为28g/10min，密度为0.91g/cm3，简支梁缺口冲击为7KJ/m2，成核剂为TMB-5 成核剂，抗氧剂为巴斯夫1010和168按1:1的重量比复配而成，耐候剂为新秀化学5590和5519按1:1的重量比复配而成，润滑剂为硬脂酸锌，无机矿物填料为北海集团的滑石粉TYT-777A，复合增韧剂在高速混合机中混合制得。
实施例1
本实施例汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法为将共聚聚丙烯33 份、均聚聚丙烯8份、回收聚丙烯25份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)14份、无机矿物填料20份、成核剂0.5份、抗氧剂0.4 份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/ 220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
实施例2
本实施例汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法为将共聚聚丙烯25 份、均聚聚丙烯6份、回收聚丙烯35份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)14份、无机矿物填料20份、成核剂0.5份、抗氧剂0.4 份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/ 220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
实施例3
本实施例汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法为将共聚聚丙烯17 份、均聚聚丙烯4份、回收聚丙烯45份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)14份、无机矿物填料20份、成核剂0.5份、抗氧剂0.4 份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/ 220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
实施例4
本实施例汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法为将共聚聚丙烯33 份、均聚聚丙烯8份、回收聚丙烯25份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:5)10份、无机矿物填料20份、成核剂0.5份、抗氧剂0.4 份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/ 220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
实施例5
本实施例汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法为将共聚聚丙烯33 份、均聚聚丙烯8份、回收聚丙烯25份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)14份、无机矿物填料20份、成核剂0.8份、抗氧剂0.4 份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/ 220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)的添加量为7份。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)的添加量为21份。
对比例3
对比例3与实施例1的区别仅在于复合增韧剂中纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:2。
对比例4
对比例4与实施例1的区别仅在于复合增韧剂中纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:10。
对比例5
对比例5与实施例1的区别仅在于成核剂的添加量为1.5份。
对比例6
对比例6与实施例1的区别仅在于增韧剂为14份乙烯-辛烯共聚物。
对比例7
对比例7与实施例1的区别仅在于不添加成核剂。
对比例8
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法为将均聚聚丙烯41份、回收聚丙烯25 份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)14份、无机矿物填料20份、成核剂0.5份、抗氧剂0.4份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
对比例9
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法为将共聚聚丙烯41份、回收聚丙烯25 份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)14份、无机矿物填料20份、成核剂0.5份、抗氧剂0.4份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
对比例10
本对比例聚丙烯复合材料的制备方法为将回收聚丙烯66份、复合增韧剂(纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物的质量比为1:6)14份、无机矿物填料20份、成核剂 0.5份、抗氧剂0.4份、耐候剂0.6份、润滑剂0.5份一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒，挤出机8个温区的温度为 160℃/180℃/190℃/200℃/210℃/220℃/220℃/210℃，转速为300rpm。
将以上实施例和对比例得到的聚丙烯复合材料在注塑机中注塑成标准测试样条，用万能试验机和摆锤冲击试验机进行力学性能测试，主要性能数据见表1。
表1聚丙烯复合材料力学性能
根据表1的结果所示，实施例1-3回收聚丙烯的量增加，则减碳量同时逐渐增大，复合材料综合力学性能较好，实施例4-5，增韧剂或成核剂的添加量增大，其增韧和抗冲击效果增强，复合材料力学性能较好，对比例1复合增韧剂添加量较少，所起的增韧效果不足，复合材料韧性及综合力学性能较差；对比例2复合增韧剂添加量较多，冲击性能提高，导致材料的拉伸强度和弯曲强度降低；对比例3复合增韧剂中纳米SiO2的添加量较多，复合材料中刚性组分较多，韧性组分较少，壳-壳结构较少，则力学强度较高，塑韧性较差；对比例4复合增韧剂中乙烯-辛烯共聚物的添加量较多，材料韧性增加，刚性降低；对比例5成核剂的添加量较多，结晶度较大，刚性增加，韧性降低；对比例6采用单一的乙烯- 辛烯共聚物增韧剂，无法形成壳-核结构，刚性和韧性均有所降低；对比例7不添加成核剂，复合材料结晶度较小，材料力学性能较差，对比例8不添加共聚聚丙烯，复合材料刚性增加，韧性较差；对比例9不添加均聚聚丙烯，复合材料韧性增加，刚性较差；对比例10不添加共聚聚丙烯和均聚聚丙烯，复合材料韧性和刚性均较差。由此表现，本申请的技术方案中纳米SiO2和乙烯-辛烯共聚物 (POE)复配的增韧剂和成核剂协同作用，提高了复合材料的韧性和抗冲击性能，同时采用了GRS认证的回收PP，促进了回收PP材料在产业链中的循环应用，降低了碳排放、提高了资源利用率。
最后应说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，而并非对本发明的实施方式的限定。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具有实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这里无需也无法对所有的实施方式予以全例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：共聚聚丙烯5-40份、均聚聚丙烯4-8份、回收聚丙烯20-60份、复合增韧剂10-15份、成核剂0.3-0.8份；
回收聚丙烯为GRS认证的回收聚丙烯，230℃/2.16kg条件下的熔融指数为20-40g/10min，密度≤0.93g/cm3，简支梁缺口冲击≥6 KJ/m2；
复合增韧剂是纳米二氧化硅（SiO2）和乙烯-辛烯共聚物(POE)的混合物，两者质量比为1:6。
2.根据权利要求1所述一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，其特征在于，成核剂为β-晶型成核剂。
3.根据权利要求1所述一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，其特征在于，共聚聚丙烯为注塑级高抗冲聚丙烯，230℃/2.16kg条件下的熔融指数为15- 25g/10min，简支梁缺口冲击30-50 KJ/m2。
4.根据权利要求1所述一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，其特征在于，均聚聚丙烯为高强度聚丙烯，230℃/2.16kg条件下的熔融指数为10- 20g/10min，弯曲模量≥2000MPa。
5.根据权利要求1所述一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，其特征在于，还包括无机矿物填料10-25份、抗氧剂0.2-0.6份、耐候剂0.3-0.8份、润滑剂0.1-0.6份。
6.根据权利要求1所述一种汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料，其特征在于，耐候剂为受阻胺类光稳剂和苯并三唑紫外线吸收剂按1:1~2的重量比复配而成。
7.一种如权利要求1所述的汽车用高抗冲再生聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，将共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、回收聚丙烯、增韧剂、无机矿物填料、抗氧剂、耐候剂、润滑剂一起加入高速混合机中混合均匀，然后经挤出机熔融挤出后造粒。
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