CN115304857B

CN115304857B - 一种高透明、轻量化的复合材料及其制备方法与应用

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Publication number: CN115304857B
Application number: CN202210830540.7A
Authority: CN
Inventors: 赵先国; 冉青荣; 胡益男; 王益; 叶国强
Original assignee: Ningbo Xintai Machinery Co Ltd
Current assignee: Ningbo Xintai Machinery Co Ltd
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2042-07-15
Also published as: CN115304857A

Abstract

本发明涉及一种高透明、轻量化的复合材料及其制备方法与应用，属于材料技术领域。本发明公开了一种高透明、轻量化的复合材料，所述高透明、轻量化的复合材料的原料包括以下质量份数的组分：基体树脂：70‑95份，增韧剂：5‑20份，成核剂：0.2‑1.5份，抗氧剂：0.2‑1.5份，紫外吸收剂：0.2‑2份；所述基体树脂占总原料的73‑78％；所述基体树脂为质量比为1：(4‑9)的无规共聚聚丙烯、均聚聚丙烯的混合树脂。本发明也公开了其制备方法与其在汽车零部件领域的应用。

Description

一种高透明、轻量化的复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种高透明、轻量化的复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着科技的不断发展，越来越多的高科技技术被应用在如今的汽车上，对汽车零部件技术要求在安全、智能、个性、便捷、环保上更为突出。如为了实现具有人脸识别、照明发光、拍摄监控等智能科技功能，这就要求材料具有高透光率和低雾度的要求，然而传统材料保险杠大多数为聚丙烯/弹性体/矿物填充材料的组合，矿物填充降低了材料的透光性同时增加了材料的密度；并且为了安全考虑，需要加入增韧剂使其具有较高的冲击韧性，而增韧剂的引入往往会降低材料的透光性。即聚丙烯在没有矿物填充的情况下，强度难以达到物性标准要求；引入增韧剂又无法满足透光性的要求。因此需要研发一种兼具高透光性和较高的冲击韧性的材料。

正如中国专利申请文本(申请号：CN201710448910.X)公开了一种低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料及其制备方法，通过加入偶联剂表面活化后的纳米二氧化硅和空心玻璃微珠，使得制备的聚丙烯复合材料质轻、表面硬度高、透明性好，产品性能优异；其中聚丙烯树脂72.2-95.8份，成核剂0.1-0.5份，偶联剂0.2-0.6份；聚丙烯树脂的熔体流动速率在230℃，2.16kg条件下为2-50g/10min，密度仅低至0.93，透光率仅为74.8％。中国专利申请文本(公开号：CN114621523A)公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，原料包括均聚聚丙烯30～60份、共聚聚丙烯20～40份、聚乙烯10～24份、相容剂2～8份、成核剂0.2～1份和抗氧剂0.2～1份，其中均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、聚乙烯(HDPE)的重量比为(5～6)：(2～3)：(1～1.8)，制得的材料的透光度较好，但是悬臂梁缺口冲击强度仅为19.3kJ/m²。

韩国专利申请文本(申请号：KR1020190130330)公开了一种具有优异的透明性和机械性能的聚丙烯树脂组合物，以及由其制成的模制品；其中原料包括90-99重量％的通过C13-NMR测得的全同立构肽分数为96％或更高的高度结晶的丙烯均聚物树脂、1-10重量％的苯乙烯-烯烃系橡胶、0.1-0.4重量％成核剂；虽然实现了70％以上的透射率，但是雾度仅能控制在70％以内。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种同时具有低密度、高透明、高强度，且轻量化的复合材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种高透明、轻量化的复合材料，所述高透明、轻量化的复合材料的原料包括以下质量份数的组分：基体树脂：70-95份，增韧剂：5-20份，成核剂：0.2-1.5份，抗氧剂：0.2-1.5份，紫外吸收剂：0.2-2份；所述基体树脂占总原料的73-78％；所述基体树脂为质量比为1：(4-9)的无规共聚聚丙烯、均聚聚丙烯的混合树脂。

作为优选，所述增韧剂、成核剂的质量比为(65-90)：1。

在现有的常规复合材料中，均是通过加入矿物填充、增韧剂来增加材料的刚性、韧性，但是矿物填充的存在降低了材料透光性同时还提高了材料的密度；增韧剂的加入也会降低材料的透光性，不利于高透明材料的制备。本发明并未采用矿物填充来增加材料的刚性，而是采用添加有机成核剂与增韧剂协同作用，保证透光性的同时，降低材料密度，增加材料刚性；其中本发明选择丙烯基POE和无充油氢化SEBS的复配作为增韧剂，在保证低密度、高透光性的同时，实现了较高的冲击韧性和弯曲模量。

作为优选，所述无规共聚聚丙烯的分子量为22-25万，熔融指数为20g/10min(230℃/2.16kg)；均聚聚丙烯的分子量为15-20万，熔融指数为18g/10min(230℃/2.16kg)。

作为优选，所述增韧剂包括聚烯烃热塑性弹性体(POE)、三元乙丙橡胶、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性硫化橡胶(TPV)中的一种或多种。

作为优选，所述基体树脂、增韧剂的质量比为(2-10)：1。

作为优选，所述增韧剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物时，基体树脂、增韧剂的质量比为(2-4)：1。

作为优选，所述增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体时，基体树脂、增韧剂的质量比为(3-5)：1。

作为优选，所述增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的混合物时，基体树脂、增韧剂的质量比为(2-5)：1。

进一步优选，聚烯烃热塑性弹性体、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的质量比为1：(1-4)。

作为优选，所述成核剂包括脂肪羧酸金属化合物、山梨醇苄叉衍生物、芳香族羧酸金属化合物、有机磷酸盐和木质酸及其衍生物、苯甲酸钠和双(对叔丁基苯甲酸)羧基铝中的一种或多种。

进一步优选，所述基体树脂、成核剂的质量比为100:(0.3-0.5)。

作为优选，所述抗氧剂包括主抗氧剂和副抗氧剂，主抗氧剂为酚型抗氧剂，副抗氧剂为亚磷酸酯类；主抗氧剂、副抗氧剂的质量比为(2-4):1。

作为优选，所述紫外线吸收剂包括：水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类中的一种或多种。

作为优选，所述复合材料在厚度为3mm时，透光率高于80％，雾度低于40％，材料密度小于0.91g/cm³。

本发明还公开了一种高透明、轻量化的复合材料在汽车零部件领域中的应用。

作为优选，所述汽车零部件包括但不限于保险杠、格栅、雾灯罩、挡泥板、水切护罩、包装箱、电子产品的外壳。

本发明制得的复合材料具有高透明的特性，可以使灯光通过，发挥照明的作用；也可以实现人脸识别、拍摄监控等智能科技功能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过控制原料组分及比例，使制得的高透明、轻量化的复合材料兼具低密度、高透光性和较高的冲击韧性。

2、本发明的复合材料具有高透明的特性，可以使灯光通过，发挥照明的作用；也可以实现人脸识别、拍摄监控等智能科技功能。

3、本发明的复合材料具有较高的冲击韧性同时又具有较高的弯曲模量。

4、本发明的复合材料相比于传统材料密度更低，可实现汽车的轻量化和低碳排放。

5、本发明的原料成本低，制备方法简便，有利于规模化生产。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

原料包括：

均聚聚丙烯：台塑宁波、1124、熔融指数为18g/10min(230℃/2.16kg)；

无规共聚聚丙烯：韩国SK、R370Y、熔融指数为20g/10min(230℃/2.16kg)；

POE：埃克森美孚，6202FL；

SEBS：美国科腾，G1643；

山梨醇苄叉类成核剂：中山华明泰科技股份有限公司，BLK7988；

有机磷酸盐类成核剂：日本艾迪科、NA11；

其余为常规市售产品。

实施例1

原料包括：基体树脂(均聚聚丙烯)65份，基体树脂(无规共聚聚丙烯)10份，增韧剂(POE)10份，增韧剂(SEBS)15份，成核剂(山梨醇苄叉类成核剂)0.2份，成核剂(有机磷酸盐类成核剂)0.1份，主抗氧剂(抗氧剂1010)0.3份，副抗氧剂(抗氧剂168)0.1份，紫外吸收剂(UV3808)0.3份；其中基体树脂占比为82.4％。

将除增韧剂以外的各组分按比例加入到高速混合机中进行预混，得到预混料；将增韧剂上述所得预混料混匀，加入到双螺杆挤出机进行熔融共混挤出、冷却、切粒和烘干，得到高透明、轻量化复合材料。

实施例2

与实施例1相比，区别在于基体树脂为均聚聚丙烯60份，无规共聚聚丙烯15份。

实施例3

与实施例1相比，区别在于与基体树脂为均聚聚丙烯67.5份，无规共聚聚丙烯7.5份。

实施例4

与实施例1相比，区别在于增韧剂为(POE)13份，增韧剂(SEBS)12份。

实施例5

与实施例1相比，区别在于增韧剂仅为25份POE。

实施例6

与实施例1相比，区别在于增韧剂仅为25份SEBS。

实施例7

与实施例1相比，区别在于成核剂为山梨醇苄叉类成核剂0.3份。

实施例8

与实施例1相比，区别在于成核剂的加入量为0.4份。

实施例9

与实施例1相比，区别在于主抗氧剂(抗氧剂1010)0.2份，副抗氧剂(抗氧剂168)0.2份。

对比例1

与实施例1相比，区别在于基体树脂仅为75份无规共聚聚丙烯。

对比例2

与实施例1相比，区别在于基体树脂仅为75份均聚聚丙烯。

对比例3

与实施例1相比，区别在于基体树脂为均聚聚丙烯80份，无规共聚聚丙烯15份，基体树脂的占比为78.5％。

对比例4

与实施例1相比，区别在于基体树脂为均聚聚丙烯55份，无规共聚聚丙烯20份。

对比例5

与实施例1相比，区别在于不加入成核剂。

表1、性能数据表

根据表中可知，实施例1-3为较优值，实施例4两种增韧剂中POE比例增大导致透光性略差；实施例5由于采用单一的POE增韧剂导致雾度升高，透光性变差；实施例6由于采用单一的SEBS增韧剂导致弯曲强度和弯曲模量较差；实施例7采用单一山梨醇苄叉类成核剂作为成核剂较复配有机磷酸盐类成核剂弯曲强度、弯曲模量、热变形温度较差；实施例8成核剂过量雾度升高，透光性变差；实施例9中主副抗氧剂中辅抗氧剂168比例过量导致雾度和透光率相对较差。对比例1中采用单独的无规共聚聚丙烯，由于其本身的特性弯曲强度、弯曲模量、热变形温度相对较差；对比例2中采用单独的均聚共聚聚丙烯，由于其本身的特性悬臂梁缺口冲击强度、雾度和透光性相对较差；对比例3中基体树脂含量过多，导致悬臂梁缺口冲击强度较差；对比例4中两种树脂比例超出本发明范围，导致弯曲强度、弯曲模量、热变形温度较差；对比例5中不加入成核剂导致弯曲强度、弯曲模量、热变形温度、雾度、透光性均相对较差。

综上所述，本发明通过控制原料组成及比例，使复合材料兼具低密度、高透光性和较高的冲击韧性。

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。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种高透明、轻量化的复合材料，其特征在于，所述高透明、轻量化的复合材料的原料包括以下质量份数的组分：基体树脂：70-95份，增韧剂：5-20份，成核剂：0.2-1.5份，抗氧剂：0.2-1.5份，紫外吸收剂：0.2-2份；所述基体树脂占总原料的73-78％；

所述基体树脂为质量比为1：(4-9)的无规共聚聚丙烯、均聚聚丙烯的混合树脂；

所述增韧剂、成核剂的质量比为(65-90)：1；

所述增韧剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚烯烃热塑性弹性体的混合物时，基体树脂、增韧剂的质量比为(2-5)：1。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，聚烯烃热塑性弹性体、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的质量比为1：(1-4)。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述成核剂包括脂肪羧酸金属化合物、山梨醇苄叉衍生物、芳香族羧酸金属化合物、有机磷酸盐和木质酸及其衍生物、苯甲酸钠和双(对叔丁基苯甲酸)羧基铝中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述基体树脂、成核剂的质量比为100:(0.3-0.5)。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料厚度为3mm时，透光率高于80％，雾度低于40％，材料密度小于0.91g/cm³。

6.一种如权利要求1所述的高透明、轻量化的复合材料在汽车零部件领域中的应用。