CN115505210A - 一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法 - Google Patents

一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法。本发明所用的聚丙烯为高熔体强度聚丙烯，具有一定长链支化结构；搭配无机盐改性过的纳米级层状蒙脱石，再添加本质为丙烯酸外壳内包含低沸点碳氢化合物的热膨胀性微球的发泡剂，使得本发明具有熔体强度高，热成型性和发泡性能好的优势，并且加入相容剂、发泡剂、抗氧化剂、增韧剂、抗静电剂以及其它必要添加剂后，还能保持该复合材料的强力学性能。本发明作为以聚乙烯为主要基材的微发泡复合材料可以在汽车轻量化的方面有很好的应用前景。

Description

一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于聚合物改性和加工领域，涉及一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法。
技术背景
汽车轻量化一直是汽车未来发展趋势的一大方向，也是新能源汽车解决续航里程的一大因素，而传统的以塑代钢已经在汽车的轻量化上取得了巨大的成功，但是如何再次减重却成了新的问题，而这时一种全新的技术应运而生，那就是微发泡技术，它实现了汽车以塑代钢后的再一次大幅减重，对汽车行业的发展起到了推进性的作用。微发泡聚丙烯因其具有轻质、较好的刚性、抗冲、耐热和低成本等优点在汽车内应用广泛。
但是市面上通用的聚丙烯，线形链结构使其黏度低、熔体强度低，只能在结晶熔点附近发泡，发泡的温度区间窄，面临难以发泡均匀的难题。
本领域亟需一种熔体强度高，热成型性和发泡性能好的微发泡聚丙烯复合材料。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明提供一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法，具体步骤如下:
一种微发泡聚丙烯复合材料由以下原料按重量百分比组成：
Figure BDA0003932572680000011
优选地，聚丙烯为熔融指数为0.5-2的高熔体强度聚丙烯，具有一定长链支化结构。
进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为1.2％。
采取上述技术方案，高熔体强度聚丙烯的长支链结构，具有“应变硬化”的特性，有利于形成均匀泡孔，进而降低复合材料的缺口敏感度，提高复合材料的冲击强度。
优选地，所述发泡剂为热塑性树脂，具体为丙烯酸外壳内包含低沸点碳氢化合物的热膨胀性微球，微球粒径为25-35um，初始发泡温度为220-230度，最大发泡温度为250-260度。
采取上述技术方案，使得熔体受热过程中，内部分解产生气体形成体积膨胀，使得泡孔更为完整，避免了传统方法中熔体强度低导致气体大量逃逸而造成的气泡塌陷破裂等问题，且发泡剂直接添加在聚丙烯基材中可直接注塑发泡，拓宽了适用范围。
优选地，所述蒙脱土为经过无机盐改性的无机纳米蒙脱土，所述无机纳米蒙脱土呈层状，径厚比大于200，比表面积大于750m2/g，用于蒙脱土改性的无机盐包括铝盐、镁盐、锌盐或铜盐。
采取上述技术方案，能够抑制聚丙烯链段运动，有利于形成均匀、细小的泡孔。
优选地，所述抗氧化剂为高分子量的受阻酚类。
优选地，所述增韧剂为氯化聚乙烯、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅橡胶中的一种或多种，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％。
优选地，所述抗静电剂为非离子型抗静电剂，包括含氮化合物的聚氯乙烯衍生物、山梨糖醇、乙醇酰胺、脂肪酸多元醇酯中的一种或多种。
优选地，所述其它添加剂为分散剂、偶联剂、增塑剂、润滑剂中的一种或多种。
基于上述微发泡聚丙烯复合材料，本发明还提出了一种制备微发泡聚丙烯复合材料的方法，包括如下步骤：
1)准确称取复合质量配比的原料；
2)将聚丙烯、蒙脱土、相容剂、发泡剂在高速混合器中干混5-10min，温度为50-60℃，得到预混物A；
3)再将增韧剂、抗静电剂和其它添加剂在步骤2)的预混物A中，在高速混合器中干混3-15分钟制得混合物B，300-350r/min低速搅拌3-4min，再高速650-700r/min搅拌至温度升至75-80℃停止，升温速度为4℃/min，将混合物在双螺杆挤出机中经熔融挤出后冷却造粒；双螺杆挤出机转速为100-1000转/分。
采取上述技术方案，可使聚丙烯的结晶时间大大缩短，形成大量分布的细小晶核；层状纳米蒙脱土，在气泡的膨胀过程中有沿着发泡制品的泡孔壁面取向分布的趋势，在靠近泡孔壁面的位置分布较为有序，呈沿着泡孔壁取向的趋势；在离泡孔壁面较远的位置，其分布是无序的。蒙脱土的这种取向状态有利于改善聚丙烯发泡过程中局部熔体强度，可以抑制泡孔的合并和塌陷，有利于得到闭孔形式的泡孔结构。
本发明的有益效果：微发泡聚丙烯复合材料具有熔体强度高，热成型性和发泡性能好的优势，并且在轻量化的前提下保证了复合材料的强力学性能。
具体实施方式：
下面通过具体的实施例进一步描述本发明，但并非是限制本发明的范围。
参照例1：
聚丙烯100％为初始参照数据，直接进行性能测试与表征。
性能测试与表征的方法
(1)TGA分析测试
研究发泡剂的分散温度，升温速率控制在4℃/min，测试温度范围50-200℃，氮气保护。
(2)力学性能测试
测试条件：拉伸性能，测试速度500mm/min，标准GB/T1040-92；冲击强度，标准GB/T1040-93，摆锤能量2.75；弯曲强度，GB/9341-2000，下压速度2mm/min，定位移7mm。
(3)扫描电子显微镜观察泡孔结构情况
材料断面分析：制品在液氮冷却5-8h后，缺口断面喷金后通过扫描电子显微镜下分别观察分散情况和泡孔分布情况。
实施例1：
1)准确称取复合质量配比的原料：聚丙烯95％、相容剂2％、发泡剂1％
、蒙脱土1％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％。
2)将聚丙烯、蒙脱土、相容剂、发泡剂在高速混合器中干混5-10min，混合温度50-60℃，得到预混物A；
3)再将增韧剂、抗静电剂和其它添加剂在步骤2)的预混物A中，在高速混合器中干混3-15分钟制得混合物B，300-350r/min低速搅拌3-4min，再高速650-700r/min搅拌至温度升至75-80℃停止，升温速度为4℃/min，将混合物在双螺杆挤出机中经熔融挤出后冷却造粒；双螺杆挤出机转速为100-1000r/min。
实施例2：
除原料配方比例：聚丙烯94％、相容剂2％、发泡剂2％、蒙脱土1％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
实施例3：
除原料配方比例：聚丙烯93％、相容剂2％、发泡剂3％、蒙脱土1％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
实施例4：
除原料配方比例：聚丙烯92％、相容剂2％、发泡剂4％、蒙脱土1％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
实施例5：
除原料配方比例：聚丙烯91％、相容剂2％、发泡剂5％、蒙脱土1％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
实施例6：
除原料配方比例：聚丙烯91％、相容剂2％、发泡剂4％、蒙脱土2％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
实施例7：
除原料配方比例：聚丙烯90％、相容剂2％、发泡剂4％、蒙脱土3％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
实施例8：
除原料配方比例：聚丙烯89％、相容剂2％、发泡剂4％、蒙脱土4％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
实施例9：
除原料配方比例：聚丙烯88％、相容剂2％、发泡剂4％、蒙脱土5％、抗氧化剂0.5％、增韧剂0.2％、抗静电剂0.2％、其它添加剂0.1％，其余与实施例1一致。
结果如下表所示：
Figure BDA0003932572680000051
综上所示，随着发泡剂比例的增加，本发明复合材料的发泡倍率显著提高，但相应的力学性能却在显著下降；加入无机纳米蒙脱土后，随着蒙脱土的比例增加，材料的力学性能得到一定的回升，同时发泡倍率也在提升。

Claims (10)

1.一种微发泡聚丙烯复合材料，其特征在于，
由以下原料按重量百分比组成：
Figure FDA0003932572670000011
2.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法，其特征在于，所述聚丙烯为熔融指数为0.5-2的高熔体强度聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为1.2％。
4.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法，其特征在于，所述发泡剂为热塑性树脂，具体为丙烯酸外壳内包含低沸点碳氢化合物的热膨胀性微球，微球粒径为25-35um，初始发泡温度为220-230度，最大发泡温度为250-260度。
5.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法，其特征在于，所述无机纳米蒙脱土经过无机盐改性处理，用于蒙脱土改性的无机盐包括铝盐、镁盐、锌盐或铜盐。
6.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂为高分子量的受阻酚类。
7.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法,其特征在于所述增韧剂为氯化聚乙烯、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅橡胶中的一种或多种，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％。
8.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法,其特征在于，所述抗静电剂为非离子型抗静电剂，非离子型抗静电剂为含氮化合物的聚氯乙烯衍生物、山梨糖醇、乙醇酰胺、脂肪酸多元醇酯中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种微发泡聚丙烯复合材料及制备方法,其特征在于，所述其它添加剂为分散剂、偶联剂、增塑剂、润滑剂中的一种或多种。
10.一种制备如权利要求1所述的微发泡聚丙烯复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)准确称取复合质量配比的原料；
2)将聚丙烯、蒙脱土、相容剂、发泡剂在高速混合器中干混5-10min，混合温度50-60℃，得到预混物A；
3)再将增韧剂、抗静电剂和其它添加剂添加在步骤2)的预混物A中，在高速混合器中干混3-15分钟制得混合物B，300-350r/min低速搅拌3-4min，再高速650-700r/min搅拌至温度升至75-80℃停止，升温速度为4℃/min，将混合物在双螺杆挤出机中经熔融挤出后冷却造粒；双螺杆挤出机转速为100-1000r/min。
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