CN116023741A - 一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，按质量份数由以下材料组成：共聚聚丙烯30‑60份；低收缩聚丙烯5‑30份；滑石粉0‑25份；增韧剂5‑20份；耐磨耐刮擦剂0‑5份；聚乙烯(PE)0‑10份；偶联剂0‑2份；抗氧剂0‑3份；光稳定剂0‑3份；缚酸剂0‑3份；润滑剂0‑2份。其中，所述共聚聚丙烯，在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR为＞2g/10min，缺口冲击＞6Kj/m2；其中，所述低收缩聚丙烯，在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR＞2g/10min，成型收缩率＜1.5％。其中，所述滑石粉由大片层滑石粉和细微滑石粉组成，大片层滑石粉：细微滑石粉为1：3，所述大片层滑石粉的径厚比≥38：1，所述细微滑石粉的目数为3000～5000目。
Description
技术领域
本发明涉及车用高分子塑料技术领域，具体涉及一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(简称PP)，是丙烯通过加聚反应而成的聚合物，因其具有来源丰富、质轻价廉、耐化学腐蚀、易加工成型以及回收利用等优点，被广泛应用于汽车外饰件等，如汽车保险杠、尾门外板、翼子板、轮眉、挡泥板、门槛条等对尺寸要求较高的零部件。但由于PP材料具有低温韧性、耐磨耐刮擦性能差容易产生划痕以及收缩率大、较高的线膨胀系数等不足，导致PP材料在这些对尺寸要求较高的零部件存储、装配、使用中，由于环境温度高低温的变化，导致尺寸稳定性差，限制了其应用。若替换成使用金属材质不仅成本高，在发生事故时金属制件无法对人员起到防护缓冲的作用。因此对PP材料进行改性，降低其收缩率及线膨胀系数是最有效方法，目前降低PP的收缩率和线膨胀系数的方法主要是添加玻纤、晶须、纤维、云母、提高滑石粉用量、增加弹性体用量等方法，但是加入过多玻纤、晶须、纤维、云母等长径比大的填料在增加成本的同时还会使得制件翘曲；增加滑石粉的用量，使制件重量增加，不符合国家《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的要求；而增加弹性体用量，不仅会增加成本，还会让材料刚性变差，在增刚增韧过程中会使得PP材料耐磨耐刮擦性能较差。
目前现有技术中，有使用纤维、云母等降低线膨胀系数，但是制件易产生翘曲变形；有使用增韧剂等减低线膨胀系数，但是使得制件模量降低，刚性低。现有技术中均没有在降低线膨胀系数的同时提高耐磨耐刮擦的相关研究。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，按质量份数由以下材料组成：
共聚聚丙烯30-60份；
低收缩聚丙烯5-30份；
滑石粉0-25份；
增韧剂5-20份；
耐磨耐刮擦剂0-5份；
聚乙烯(PE)0-10份；
偶联剂0-2份；
抗氧剂0-3份；
光稳定剂0-3份；
缚酸剂0-3份；
润滑剂0-2份。
其中，所述共聚聚丙烯，在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR为＞2g/10min，缺口冲击＞6Kj/m2；
其中，所述低收缩聚丙烯，在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR＞2g/10min，成型收缩率＜1.5％。
其中，所述滑石粉由大片层滑石粉和细微滑石粉组成，大片层滑石粉：细微滑石粉为1：3，所述大片层滑石粉的径厚比≥38：1，所述细微滑石粉的目数为3000～5000目。
优选的，所述增韧剂由聚烯烃弹性体POE、LLDPE、m-LLDPE、三元乙丙橡胶EPDM、二元乙丙橡胶、SBS中的一种或几种组成。
优选的，所述耐磨耐刮擦剂由有机硅树脂结合有机硅橡胶、硅油、硅酮类、酰胺类中的一种或几种组成。
优选的，所述偶联剂由钛酸酯偶联剂和/或硅烷偶联剂组成。
优选的，所述润滑剂为EBS、PETS、PE蜡、硬脂酸及其盐类中的一种或几种组成。
优选的，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成，所述主抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114的一种或几种组成，所述辅抗氧剂由亚磷酸酯类抗氧剂168、626、9228及硫醚类抗氧剂DSTP、DSLP、412S中的一种或几种组成。
优选的，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
优选的，所述缚酸剂由硬脂酸盐类、水滑石中的一种或多种组成。
本发明还提供一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将共聚聚丙烯、低收缩聚丙烯、增韧剂、耐磨耐刮擦剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和缚酸剂加入到高混机中混合均匀，得到初混料一；
S2：滑石粉经偶联剂预分散处理：将滑石粉、偶联剂加入到高混机中于80-95℃下混合均匀，得到初混料二；
S3：将所述初混料一投入双螺杆挤出机进行混炼，在挤出过程中在双螺杆挤出机的侧喂料口加入所述初混料二，挤出料经水冷至室温，经干燥后通过切粒机造粒。
优选的，在步骤S3中，所述螺杆挤出机的各区温度为：160℃、190℃、190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃。
优选的，在步骤S3中，螺杆转速300-500rpm/min。
本发明的有益效果为：
本发明采用大片层的滑石粉和微细滑石粉复合使用，并经偶联剂预分散处理后，得到易分散的滑石粉使用，制得的材料中大片层滑石粉作为体系框架，能够抑制PP材料的成型收缩，微细滑石粉分散在PP材料内部或各间隙之间，起到补充成核的作用，从而进一步抑制分子链因温度变化产生的运动，起到降低收缩和线膨胀系数(目前使用低线膨胀系数在50-70*10-6m/(m*℃)的范围)的作用，增强PP材料尺寸稳定性。
本发明采用添加有机硅树脂结合有机硅橡胶(配混比例1：1)、硅酮、酰胺等耐磨耐刮擦剂，采用的有机硅树脂结合有机硅橡胶不仅改善制件在摩擦甚至接触时产生的划伤问题，还能提高材料的韧性。
本发明采用使用硅烷偶联剂处理滑石粉后，能够加强耐磨耐刮擦剂改善划伤的效果。
本发明采用低收缩PP，能够在保证韧性、刚性的同时，降低增韧剂的用量，从而降低成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的目的可通过下列技术方案来实现：一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，按质量份数由以下材料组成：
共聚聚丙烯30-60份(在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR为＞2g/10min，缺口冲击＞6Kj/m2)；
低收缩聚丙烯5-30份(在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR＞2g/10min，成型收缩率＜1.5％)；
滑石粉0-25份；
增韧剂5-20份；
耐磨耐刮擦剂0-5份；
聚乙烯(PE)0-10份；
偶联剂0-2份；
抗氧剂0-3份；
光稳定剂0-3份；
缚酸剂0-3份；
润滑剂0-2份。
其中，所述滑石粉由大片层滑石粉和细微滑石粉组成，大片层滑石粉：细微滑石粉为1：3，所述大片层滑石粉的径厚比≥38：1，所述细微滑石粉的目数为3000～5000目。
增韧剂由聚烯烃弹性体POE、LLDPE、m-LLDPE、三元乙丙橡胶EPDM、二元乙丙橡胶、SBS中的一种或几种组成。
耐磨耐刮擦剂由有机硅树脂结合有机硅橡胶、硅油、硅酮类、酰胺类中的一种或几种组成。
所述偶联剂由钛酸酯偶联剂和/或硅烷偶联剂组成。
所述润滑剂为EBS、PETS、PE蜡、硬脂酸及其盐类中的一种或几种组成。
所述抗氧剂由受阻酚类主抗氧剂和辅抗氧剂组成，所述主抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114的一种或几种组成，所述辅抗氧剂由亚磷酸酯类抗氧剂168、626、9228及硫醚类抗氧剂DSTP、DSLP、412S中的一种或几种组成。
所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，具体为UV-3808PP5、5588、UV7303、UV770、UV531中的一种或几种。
所述缚酸剂由硬脂酸盐类、水滑石中的一种或多种组成。
本发明实施例还提供一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将共聚聚丙烯、低收缩聚丙烯、增韧剂、耐磨耐刮擦剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和缚酸剂加入到高混机中混合均匀，得到初混料一；
S2：滑石粉经偶联剂预分散处理：将滑石粉、偶联剂加入到高混机中于80-95℃下混合均匀，得到初混料二；
S3：将所述初混料一投入双螺杆挤出机进行混炼，螺杆转速300-500rpm/min，在挤出过程中在双螺杆挤出机的侧喂料口加入所述初混料二，挤出料经水冷至室温，经干燥后通过切粒机造粒；所述螺杆挤出机的各区温度为：160℃、190℃、190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃。
本发明采用大片层的滑石粉和微细滑石粉复合使用，并经偶联剂预分散处理后，得到易分散的滑石粉使用，制得的材料中大片层滑石粉作为体系框架，能够抑制PP材料的成型收缩，微细滑石粉分散在PP材料内部或各间隙之间，起到补充成核的作用，从而进一步抑制分子链因温度变化产生的运动，起到降低收缩和线膨胀系数(目前使用低线膨胀系数在50-70*10-6m/(m*℃)的范围)的作用，增强PP材料尺寸稳定性。
本发明采用添加有机硅树脂结合有机硅橡胶、硅酮、酰胺等耐磨耐刮擦剂，采用的有机硅树脂结合有机硅橡胶不仅改善制件在摩擦甚至接触时产生的划伤问题，还能提高材料的韧性。
本发明采用使用硅烷偶联剂处理滑石粉后，能够加强耐磨耐刮擦剂改善划伤的效果。
本发明采用低收缩PP，能够在保证韧性、刚性的同时，降低增韧剂的用量，从而降低成本。
本发明提供多组不同材料配比的实施例以及对比例，见表1所示。
表1具体实施例以及对比例组分配比
表2为表1中的实施例和对比例经实验测试后得出的性能参数数据。
表2实验数据
根据上述实验数据标明：在常温23℃条件悬臂梁缺口冲击强度最高可以达到35KJ/㎡、密度在1.04-1.05g/cm3、弯曲模量大于1700MPa、线膨胀系数≤50*10-6m/(m*℃)，耐刮擦ΔL＜0.9且目视无明显划痕，表明本材料具备较好的刚韧性，同时可以满足材料低线膨胀系数、耐磨耐刮擦的要求。
本发明制备的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料通过增韧剂、无机填料滑石粉以及耐磨耐刮擦助剂的复配制备的：大片层的滑石粉和微细滑石粉复合使用，并经偶联剂预分散处理后，得到易分散的滑石粉使用，制得的材料中大片层滑石粉作为体系框架，能够抑制PP材料的成型收缩，微细滑石粉分散在PP材料内部或各间隙之间，起到补充成核的作用，从而进一步抑制分子链因温度变化产生的运动，起到降低收缩和线膨胀系数；通过增韧剂和耐磨耐刮擦助剂的复配使用，在保证较高刚性和韧性的前提下，提高了材料的耐磨耐刮擦性能。
本发明制备的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料。本发明所提供的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料具有优异的耐磨耐刮擦性能，同时还具有良好的机械性能和尺寸稳定性，可广泛应用于汽车保险杠、尾门外板、翼子板、轮眉、挡泥板、门槛条等对尺寸要求较高的零部件。同时，其制造工艺简单、效益高，具有广泛的应用前景。
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。
Claims (10)
1.一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，按质量份数由以下材料组成：
共聚聚丙烯30-60份；
低收缩聚丙烯5-30份；
滑石粉0-25份；
增韧剂5-20份；
耐磨耐刮擦剂0-5份；
聚乙烯(PE)0-10份；
偶联剂0-2份；
抗氧剂0-3份；
光稳定剂0-3份；
缚酸剂0-3份；
润滑剂0-2份；
其中，所述共聚聚丙烯，在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR为＞2g/10min，缺口冲击＞6Kj/m2；
其中，所述低收缩聚丙烯，在230℃，2.16°Kg负荷下的熔体质量流动速率MFR＞2g/10min，成型收缩率＜1.5％。
其中，所述滑石粉由大片层滑石粉和细微滑石粉组成，大片层滑石粉：细微滑石粉为1：3，所述大片层滑石粉的径厚比≥38：1，所述细微滑石粉的目数为3000～5000目。
2.根据权利要求1所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述增韧剂由聚烯烃弹性体POE、LLDPE、m-LLDPE、三元乙丙橡胶EPDM、二元乙丙橡胶、SBS中的一种或几种组成。
3.根据权利要求1所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述耐磨耐刮擦剂由有机硅树脂结合有机硅橡胶、硅油、硅酮类、酰胺类中的一种或几种组成。
4.根据权利要求1所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述偶联剂由钛酸酯偶联剂和/或硅烷偶联剂组成。
5.根据权利要求1所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述润滑剂为EBS、PETS、PE蜡、硬脂酸及其盐类中的一种或几种组成。
6.根据权利要求1所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成，所述主抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂3114的一种或几种组成，所述辅抗氧剂由亚磷酸酯类抗氧剂168、626、9228及硫醚类抗氧剂DSTP、DSLP、412S中的一种或几种组成。
7.根据权利要求1所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
8.根据权利要求1所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料，其特征在于，所述缚酸剂由硬脂酸盐类、水滑石中的一种或多种组成。
9.一种耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将共聚聚丙烯、低收缩聚丙烯、增韧剂、耐磨耐刮擦剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和缚酸剂加入到高混机中混合均匀，得到初混料一；
S2：滑石粉经偶联剂预分散处理：将滑石粉、偶联剂加入到高混机中于80-95℃下混合均匀，得到初混料二；
S3：将所述初混料一投入双螺杆挤出机进行混炼，螺杆转速300-500rpm/min，在挤出过程中在双螺杆挤出机的侧喂料口加入所述初混料二，挤出料经水冷至室温，经干燥后通过切粒机造粒。
10.根据权利要求9所述的耐磨耐刮擦低线膨胀系数聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述螺杆挤出机的各区温度为：160℃、190℃、190℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃。
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