CN115197501B - 一种均匀透光聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均匀透光聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，属于高分子材料改性技术领域；本发明提供的复合材料包括如下重量份的组分：聚丙烯树脂62‑84份、苯乙烯‑乙烯‑丁烯‑苯乙烯嵌段共聚物10‑20份、晶须填料5‑15份、α晶型成核剂0.3‑1份；所述聚丙烯树脂的熔融焓大于等于100J/g；所述苯乙烯‑乙烯‑丁烯‑苯乙烯嵌段共聚物在25℃下的10质量％甲苯溶液粘度为400‑1000cp。本发明提供的复合材料对各色波长的光都有较高的透光率，且透光均匀度高，因此，其呈现出的白色光光线效果更为均匀，符合审美要求；同时本发明提供的复合材料具有优异的力学性能，符合零件应用要求；并且，本发明提供的制备方法中，原材料方便易得，生产工艺简单，适于大规模生产。

Description

一种均匀透光聚丙烯复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，尤其涉及一种均匀透光聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚丙烯具有来源广泛、密度低、机械性能优异、价格便宜等优点，被广泛的应用于汽车零部件上。随着新能源车的发展，内外饰外观设计上更加注重科技感和高级感，其中一个设计方向是针对氛围灯，将LED光透过汽车零部件形成光彩的酷炫效果，因此对聚丙烯材料的透光性能提出了更高的要求。但是，目前的透光聚丙烯材料存在的问题是：针对白色LED光，由于白色光是由不同颜色的光组合而成，而不同颜色的光线其波长不同，发生衍射的能力不同，当这种材料对波长长的红色光和其他波长短的色光透光能力相差较多时，容易出现纯白光中还泛红色杂色光的效果，且在零部件不同部位也呈现不同的表观效果，严重影响乘客体验。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种对各色波长的光都具有较高且相近的透光率、且力学性能优良的均匀透光聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种均匀透光聚丙烯复合材料，包括如下重量份的组分：聚丙烯树脂62-84份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物10-20份、晶须填料5-15份、α晶型成核剂0.3-1份；所述聚丙烯树脂的熔融焓大于等于100J/g；所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物在25℃下的10质量％甲苯溶液粘度为400-1000cp。

本发明提供的一种均匀透光聚丙烯复合材料选择具有合适熔融焓的聚丙烯基体和具有合适的10质量％甲苯溶液粘度的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，其中SEBS在本发明的范围内时，其在本发明合适熔融焓的聚丙烯基体中形成的分散相相态适中，进一步地，在晶须填料和α晶型成核剂的帮助下，能够形成相容性优异的复合材料，从而使得形成的均匀透光聚丙烯复合材料在保证一定的力学性能的基础上，还能够达到高透光性和均匀透光性的统一。

所述熔融焓的测定方法是按照GB/T 19466-2004进行，所述10质量％甲苯溶液粘度的测定方法是按照ASTM D2196-2015进行。

作为本发明所述均匀透光聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述聚丙烯树脂的熔融焓为120-155J/g；所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物在25℃下的10质量％甲苯溶液粘度为480-670cp。

当聚丙烯树脂的熔融焓为120-155J/g时，制备得到的复合材料对光的透过均匀性更高。当聚丙烯树脂的熔融焓过低，比如小于100J/g时，制备得到的复合材料不仅力学性能呈现出一定的下降趋势，其对光的透光率也下降，且对不同光的透过均匀性也变差。

作为本发明所述均匀透光聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物为线型结构。

当进一步优选SEBS的结构为线型结构时，相较于星型结构，得到的复合材料对红光、紫光的透光率更高，且均匀性更好；这是由于线型结构相较于星型结构，其与聚丙烯链段的相容性更好，因此，更有利于透光均匀性。

作为本发明所述均匀透光聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述晶须填料包括硫酸镁晶须或硫酸钙晶须。

晶须是通过控制生成条件，以单晶形式生长的、形状类似短纤维而尺寸远小于短纤维的单晶体，本发明选择晶须填料，尤其是硫酸镁晶须或是硫酸钙晶须是由于其能够很好的在基体材料中均匀分布，提高复合材料的力学性能，同时也能增强复合材料的透光率和均匀透光性。

优选地，所述晶须填料为硫酸镁晶须；当优选的晶须填料为硫酸镁晶须时，得到的复合材料的力学性能更加优异，并且其透光率和均匀透光性也更优。

作为本发明所述均匀透光聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述α晶型成核剂为芳香族酸金属皂类α成核剂、山梨醇类α成核剂、松香类α成核剂中的至少一种。

优选地，所述α晶型成核剂为山梨醇类α成核剂；当优选α晶型成核剂为山梨醇类α成核剂时，得到的复合材料的透光均匀性更好。

作为本发明所述均匀透光聚丙烯复合材料的优选实施方式，还包括0.5-2份助剂。

作为本发明所述均匀透光聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述助剂包括抗氧剂、光稳定剂、润滑剂中的至少一种。

作为本发明所述均匀透光聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、硫醚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂；所述光稳定剂包括受阻胺类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂；所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡、酰胺类润滑剂。

另外，本发明还提供了一种所述均匀透光聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯树脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、晶须填料、α晶型成核剂和助剂混合均匀，得预混料；

(2)将预混料熔融挤出、干燥，得均匀透光聚丙烯复合材料。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，挤出温度：一区温度80-120℃、二区温度190-210℃、三区温度210-230℃、四区温度210-230℃、五区温度210-230℃、六区温度210-230℃、七区温度210-230℃、八区温度210-230℃、九区温度210-230℃；主机转速为200-800转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为36:1-56:1。

另外，本发明还提供了一种汽车LED氛围灯灯罩，所述汽车LED氛围灯灯罩采用所述均匀透光聚丙烯复合材料制备而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的均匀透光聚丙烯复合材料无论对波长较长的红色可见光还是波长较短的紫色可见光，均有较高的透光率且数值相对相近(400-730nm各波长透光率标准差/400-730nm各波长透光率平均值的比值小于1.5，且各波长透光率均大于60％)，因此，其呈现出的白色光光线效果更为均匀，符合审美要求；同时本发明提供的均匀透光聚丙烯复合材料具有优异的力学性能，符合零件应用要求；并且，本发明提供的制备方法中，原材料方便易得，生产工艺简单，适于大规模生产。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、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。

本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本领域常规试剂、方法和设备。

以下实施例和对比例中采用的原料如下：

聚丙烯树脂A：熔融焓151J/g，HJ4045，大韩油化；

聚丙烯树脂B：熔融焓123J/g，H9018，兰州石化有限公司；

聚丙烯树脂C：熔融焓102J/g，BX3900，SK化学有限公司；

聚丙烯树脂D：熔融焓75J/g，M2600R，上海石化；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物A(SEBS A)：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度600cp，YH-502，巴陵石化；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物B(SEBS B)：星型结构，10质量％甲苯溶液粘度600cp，YH-602，巴陵石化；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物C(SEBS C)：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度450cp，YH-501，巴陵石化；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物D(SEBS D)：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度900cp，YH-561，巴陵石化；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物E(SEBS E)：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度480cp，SEBS G1654 HU，科腾高性能聚合物公司；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物F(SEBS F)：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度670cp，YH-504，巴陵石化；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物E(SEBS G)：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度200cp，Globalprene 9552，李长荣化学工业；

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物F(SEBS H)：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度2300cp，YH-503，巴陵石化；

乙烯-辛烯嵌段共聚物：POE ENGAGE 8137，陶氏化学；

苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物：线型结构，10质量％甲苯溶液粘度600cp，SBS YH-792，巴陵石化；

晶须填料A：硫酸镁晶须，WS-1S2，营口威斯克；

晶须填料B：硫酸钙晶须，DL-40，超邦化学；

无机填料C：硫酸镁粉末，七水硫酸镁粉，九重化工；

α晶型成核剂A：山梨醇类α成核剂，WBQ-8，广东炜林纳；

α晶型成核剂B：松香族类α成核剂，无色松香，三井石化；

α晶型成核剂C：有机磷酸盐类α成核剂，TMP-6，山西省化工研究所；

主抗氧剂：受阻酚类抗氧剂，抗氧剂101，三丰化工；

辅抗氧剂：亚磷酸酯类抗氧剂，抗氧剂168，三丰化工；

光稳定剂：受阻酚类光稳定剂，T-81，天罡化工；

润滑剂：硬脂酸锌，SAK-ZS-PLB，三益化工。

实施例和对比例的制备方法如下：

(1)将聚丙烯树脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、晶须填料(或无机填料)、α晶型成核剂和助剂加入高混机内高速(600r/min)混合3min，得预混料；

(2)将预混料置于双螺杆挤出机的主喂料口进行熔融挤出，造粒干燥即得成品；所述双螺杆挤出机中熔融挤出的条件为：一区温度100℃，二区温度200℃，三区温度220℃，四区温度220℃，五区温度220℃，六区温度220℃，七区温度220℃，八区温度220℃，九区温度220℃，主机转速500转/分钟；所述双螺杆挤出机的长径比为48:1。

实施例1-6和对比例1-3

实施例1-6和对比例1-3的组分含量(重量份)如表1所示；

表1

实施例9-13和对比例4-10

实施例9-13和对比例4-10的组分含量(重量份)如表2所示；

表2

效果例

将实施例1-10和对比例1-10制备得到的均匀透光聚丙烯复合材料进行性能测试；其中，弯曲模量按照ISO 178标准进行测试、弯曲速度2mm/min；悬臂梁缺口冲击按照ISO180标准进行测试，测试温度23℃；透光率按照GB T 2410-2008标准进行测试：选用方法B光度计法，测试各个样品的注塑方板(尺寸50mm*50mm*2.5mm)的透光率，每间隔10nm得出400nm-730nm波长间的各波长透光率；测试结果如表3所示；其中，不同波长透光率均匀度值指的是400-730nm各波长透光率标准差/400-730nm各波长透光率平均值的比值，该数值越小代表透光均匀度越好；

表3

从实施例1-3中可以看出，在本发明的范围内，聚丙烯树脂的熔融焓越高时，其400-730nm各波长透光率标准差/400-730nm各波长透光率平均值的比值即不同波长透光率均匀度值更小，说明光线的均匀度更高，呈现出的效果越好，从实施例1-3和对比例1中可以看出，当聚丙烯树脂的熔融焓过低时，其不同波长透光率均匀度值迅速增加至4.06，从比值中可以看出，其呈现出的白色光线中泛有明显的红光，严重影响目视观感，并且制备得到的复合材料的力学性能也呈现出一定的下降趋势；

从实施例1和实施例4中可以看出，当改变SEBS的结构时，得到的复合材料不同波长透光率均匀度值也会产生变化，其中，线型结构的SEBS的效果比星型结构的SEBS效果好，得到的复合材料的不同波长透光率均匀度值更低；从实施例1、5-8和对比例2-3中也可以看出，SEBS的10质量％甲苯粘度也会对复合材料的不同波长透光率均匀度值产生影响，在本发明给出的范围内，随着SEBS的10质量％甲苯粘度的增加其不同波长透光率均匀度值先减少后增加，当SEBS的10质量％甲苯粘度为600cp时，其得到的不同波长透光率均匀度值相对较低，若进一步增加或减少SEBS的10质量％甲苯粘度，都会使得不同波长透光率均匀度值迅速增加至3以上；从实施例1和对比例5中可以看出，当不采用本发明提供的SEBS时，而是采用乙烯-辛烯嵌段共聚物，得到的复合材料不仅透光率下降，不同波长透光率均匀度值也增加至3以上，说明透光均匀性也显著下降；从实施例1和对比例6中可以看出，当不采用本发明提供的SEBS时，而是采用与本发明SEBS的10质量％甲苯粘度一样的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS材料)时，得到的复合材料的不同波长透光率均匀度值增加至3以上，即得到的复合材料的透光均匀性变差；

从实施例1和实施例9中可以看出，当选用不同的晶须填料时，会对复合材料的不同波长透光率均匀度值带来些微影响，并且也会影响到材料的力学性能，但是本发明提供的两种晶须填料的综合效果都十分优异；从实施例1和对比例4中可以看出，当采用的填料不是晶须硫酸镁而是硫酸镁粉末时，得到的复合材料的不仅力学性能显著下降，且不同波长透光率均匀度值也增加至5以上，说明透光均匀性也显著下降；

从实施例1和实施例10-11中可以看出，本发明技术方案中选用的α晶型成核剂的种类也会对复合材料的不同波长透光率均匀度值产生影响，同时也会影响到复合材料的力学性能；

从实施例1和对比例7-10中可以看出，无论是聚丙烯树脂、SEBS、晶须填料还是α晶型成核剂中的任意一种不在本发明给到的范围内时，得到的复合材料的透光均匀性显著下降；具体的，从实施例1和对比例7中可以看出，当减少聚丙烯树脂的添加量时，其力学性能在一定程度上有所提升，但是其透光率在61％以下，且不同波长透光率均匀度值也增加至2.55，即透光均匀性变差；从实施例和对比例8中可以看出，当减少SEBS的添加量时，其冲击性能、透光能力以及透光均匀性都呈现出明显的下降趋势；从实施例1和对比例9中可以看出，当增加晶须填料的含量时，虽然力学性能在一定程度上有所提升，但是透光率和透光均匀性的性能却下降明显，无法取得均匀透光的效果；从实施例1和对比例10中可以看出，当增加α晶型成核剂时，其力学性能、透光能力以及透光均匀性都呈现出明显的下降趋势。

最后应当说明的是，以上实施例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)

1.一种均匀透光聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：聚丙烯树脂62-84份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物10-20份、晶须填料5-15份、α晶型成核剂0.3-1份；

所述聚丙烯树脂的熔融焓大于等于100J/g；

所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物在25℃下的10质量％甲苯溶液粘度为400-1000cp。

2.根据权利要求1所述的均匀透光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂的熔融焓为120-155J/g；所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物在25℃下的10质量％甲苯溶液粘度为480-670cp。

3.根据权利要求1所述的均匀透光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物为线型结构。

4.根据权利要求1所述的均匀透光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述晶须填料包括硫酸镁晶须或硫酸钙晶须。

5.根据权利要求1所述的均匀透光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述α晶型成核剂为芳香族酸金属皂类α成核剂、山梨醇类α成核剂、松香类α成核剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的均匀透光聚丙烯复合材料，其特征在于，还包括0.5-2份助剂。

7.根据权利要求6所述的均匀透光聚丙烯复合材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧剂、光稳定剂、润滑剂中的至少一种。

8.如权利要求1-7任一项所述的均匀透光聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将聚丙烯树脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、晶须填料、α晶型成核剂和助剂混合均匀，得预混料；

(2)将预混料熔融挤出、干燥，得均匀透光聚丙烯复合材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，采用双螺杆挤出机进行熔融挤出，挤出温度：一区温度80-120℃、二区温度190-210℃、三区温度210-230℃、四区温度210-230℃、五区温度210-230℃、六区温度210-230℃、七区温度210-230℃、八区温度210-230℃、九区温度210-230℃；主机转速为200-800转/分钟；双螺杆挤出机的长径比为36:1-56:1。

10.一种汽车LED氛围灯灯罩，其特征在于，所述汽车LED氛围灯灯罩采用如权利要求1-7任一项所述的均匀透光聚丙烯复合材料制备而成。