CN1995124A - 一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料及其制备方法，该种材料包括以下原材料，按重量份配制而成：PP树脂100、POE弹性体10－30、增韧剂10－30、微细滑石粉0.1－1.0、抗氧剂0.1－0.5、润滑剂0.1－0.5。按以上配方称取原料后在高速混合机中混合3－5分钟，将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，制得高韧聚丙烯材料。本发明所得的高韧聚丙烯材料与钢丝的粘合性能良好，无剥落现象，而且很好解决了产品表面的气孔问题。本发明的制备方法简单，无需添加复杂设备，成本低廉。

Description

一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯(PP)材料，本发明还涉及该材料的制备方法。
[背景技术]
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，密度0.90g/cm3，是现有树脂第二轻的高分子材料(仅大于聚甲基戊烯，密度0.85g/cm3)。因其具有性能好、比重小、易于成型加工等特点，而广泛应用于汽车工业、家用电器、电子仪表工业、纺织工业中。
然而，由于PP树脂的断裂伸长率较低，大多小于400％，且与金属的粘合性能差，而中央空调排风软管用PP材料需要通过挤出成膜，然后再通过拉伸牵引包覆在钢丝上而成，要求材料与钢丝的粘合性高。显然，PP树脂无法满足这两个条件，因而也就无法满足用于制造中央空调排风软管的使用要求。因此，开发一种用于中央空调排风软管的高韧环保PP材料显得尤为重要。
对于如何生产中央空调排风管用高韧环保PP材料，人们已做了大量的工作。主要的方法是在聚丙烯树脂中加入EVA做粘合剂、聚乙烯(PE)做增韧剂，并加入一些诸如抗氧剂、润滑剂之类的加工助剂，在高速混合机中混合均匀，再将混好的物料置于双螺杆挤出机中挤出造粒而成。然而通过此方法所制得的高韧环保PP材料在用于生产中央空调排风软管时却出现了致命的缺陷：PP材料与钢丝粘合不牢固，以及产品表面有大量气孔，因而无法满足中央空调排风软管用高韧PP的使用要求。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，此材料能够满足以下要求：挤出的膜易于牵引拉伸，且在拉伸过程中不会产生撕裂现象；用此材料制造的软管产品表面无气孔；与钢丝的粘合性能高，不易脱落。
本发明进一步要解决的技术问题是提供一种用于制造中央空调排风软管，更加易于挤出成膜的高韧聚丙烯材料。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种该高韧聚丙烯材料制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，含有PP树脂、POE弹性体、增韧剂、微细滑石粉、抗氧剂、润滑剂，以重量比配制而成，其组分为：
PP树脂    100
POE弹性体     10-30
增韧剂        10-30
微细滑石粉    0.1-1.0
抗氧剂        0.1-0.5
润滑剂        0.1-0.5
其中，所述的PP树脂为低熔指共聚PP，熔融指数小于3.0g/10min；增韧剂为线性低密度聚乙烯，熔融指数小于3.0g/10min；抗氧剂由亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂复配而成；润滑剂是硬脂酸盐类润滑剂。
以上所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，所述的POE弹性体的含量最好为15-25质量份
以上所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，所述的微细滑石粉为1250-2000目的经表面活化过的滑石粉。
以上所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按2∶1至3∶1复配而成。
以上所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，所述的硬脂酸盐类润滑剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙。
以上所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，所述的PP树脂是熔融指数在1.0-3.0g/10min之间，断裂伸长率大于500％的共聚PP。
以上所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，还可以包括0.1-0.5质量份的紫外光吸收剂，所述的紫外光吸收剂为受阻胺类光稳定剂。
上述用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，所述的紫外光吸收剂为0.2-0.3质量份。
本发明用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按基础配方称取原料；
(2)将PP树脂、POE弹性体、增韧剂、微细滑石粉、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合3-5分钟；
(3)将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
以上所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料的制备方法，其挤出工艺可以是：
一区160-170℃、二区170-180℃、三区170-180℃、四区165-175℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03- -0.06MPa。
本发明原理是：采用低熔指共聚PP，保证挤出的膜易于牵引拉伸；通过添加POE弹性体，提高材料与钢丝的粘合性能；通过添加增韧剂，提高材料的断裂伸长率；通过加入微细滑石粉，提高材料的抗张强度；通过加入抗氧剂及润滑剂，提高材料中各组分的分散效果、加工性能及材料的耐热氧化性能。从而制备出一种用于制造中央空调排风软管的高韧环保的聚丙烯材料。
本发明的优点是：
1.本发明使用POE弹性体做材料与钢丝的粘合剂，所得材料与钢丝的粘合性能优异，无剥落现象，且还可提高材料的冲击性能；
2.本发明使用了增韧剂，大幅提升了材料的断裂伸长率，并选用微细滑石石粉做成核剂，提升材料的抗张强度，从而很好解决了产品表面气孔问题；
3.本发明提出的用于制造中央空调排风软管的超韧环保PP材料的制备方法简单，无需添加复杂设备，成本低廉。
[具体实施方式]
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，可以包括以下原材料按重量份配制成。
PP树脂        100
POE弹性体     10-30
增韧剂        10-30
微细滑石粉    0.1-1.0
抗氧剂        0.1-0.5
润滑剂        0.1-0.5
其中，所述的PP树脂为低熔指共聚PP，其熔融指数在1.0-3.0g/10min之间，断裂伸长率大于500％。典型牌号为北京燕山石化生产的PP K8303和K8003，用PP K8303与PP K8003按按50∶1至20∶1的比例进行复配；POE弹性体为聚美国DOW公司生产的POE 8999；增韧剂为线性低密度聚乙烯(LLDPE)，熔融指数小于3.0g/10min，典型牌呈为广州石化生产的LLDPE 7042；微细滑石粉为1250目的经表面活化过的滑石粉；抗氧剂为汽巴精化产品168和1010按2∶1复配而成，其化学名分别为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；润滑剂为硬脂酸盐类润滑剂，典型的硬脂酸盐类润滑剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙。
实施例1
将PP树脂100，用PP K8303和K8003按50∶1的比例复配、POE8999 10、LLDPE 7042 10、1250目滑石粉0.1、抗氧剂0.1、润滑剂0.1，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例2
将PP树脂100用PP K8303和K8003按20∶1的比例复配、POE 899920、LLDPE 7042 20、1250目滑石粉0.5、抗氧剂0.3、润滑剂0.3，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例3
将PP树脂100用PP K8303和K8003按10∶1的比例复配、POE 899930、LLDPE 7042 30、1250目滑石粉1、抗氧剂0.5、润滑剂0.5，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混合好的物料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例4至6的组分中增加了紫外光吸收剂，以改善材料的耐候性，提高最终产品的使用寿命。紫外光吸收剂为受阻胺类光稳定剂，用量在0.1-0.5质量份，最适宜用量在0.2-0.3质量份。典型的紫外光吸收剂为美国氰特公司的Cyasorb UV-3346。
实施例4
将PP树脂100，用PP K8303和K8003按50∶1的比例复配、POE8999 10、LLDPE 7042 10、1250目滑石粉0.1、抗氧剂0.1、紫外光吸收剂0.1、润滑剂0.1，在高速混合机中混合3-5分钟，然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例5
将PP树脂100，用PP K8303和K8003按20∶1的比例复配、POE8999 20、LLDPE 7042 20、1250目滑石粉0.5、抗氧剂0.3、紫外光吸收剂0.3、润滑剂0.3，在高速混合机中混合3-5分钟，然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例6
将PP树脂100，用PP K8303和K8003按10∶1的比例复配、POE8999 30、LLDPE 7042 30、1250目滑石粉1、抗氧剂0.5、紫外光吸收剂0.5、润滑剂0.5，在高速混合机中混合3-5分钟，然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
对比例1
将PP树脂100，用PP K8303和K8003按50∶1的比例复配、POE8999 10、LLDPE 7042 10、1250目滑石粉0.1，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
对比例2
将PP树脂100用PP K8303和K8003按20∶1的比例复配、POE 899920、LLDPE 7042 20、1250目滑石粉0.5，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
对比例3
将PP树脂100用PP K8303和K8003按10∶1的比例复配、POE 899930、LLDPE 7042 30、1250目滑石粉1，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混合好的物料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。性能评价方式及实行标准
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在80-90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸性能按ISO 527进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为50mm；简支梁缺口冲击强度按ISO 180进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的1/3；热变形温试按ISO 75进行，试样尺寸为120×15×10mm，负载为1.82MPa。材料与钢丝的粘合性能及最终产品表面质量在挤出生产中央空调排风软管后观测。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度、热变形温度的数值以及挤出生产成中央空调排风软管后的观测、使用结果进行评判。
实例1-3的配方及各项性能测试结果见表(一)：
表㈠实例1-3的配方及材料物性表
    原料名称及物性参数   实例1   实例2   实例3
    PP树脂(％)   100   100   100
    POE 8999(％)   10   20   30
    LLDPE 7042(％)   10   20   30
    滑石粉1250目(％)   0.1   0.5   1
    抗氧剂自制复配(％)   0.1   0.3   0.5
    润滑剂硬脂酸钙(％)   0.1   0.3   0.5
    拉伸强度(MPa)   22   18   15
    断裂伸长率(％)   600   800   1000
    弯曲强度(MPa)   20   14   10
    弯曲模量(MPa)   900   600   400
    IZOD缺口冲击强度(KJ/M2) 35 60 65
    熔融指数(g/10min)   2.5   1.9   1.5
    热变形温度(℃)   79   82   83
材料与钢丝的粘合性   一般，无剥落现象   好，无剥落现象   好，无剥落现象
    产品表面有无气孔   无   无   无
    产品质量   合格   良好   优异
    加工性能   易   易   易
实施例4-6的配方及各项性能除增加了紫外光吸收剂外，其他同实施例1-3相对应，不另列表。
从表㈠中可以看出，加入POE 8999后，材料与钢丝的粘合性能有了很大改善，具体在加入10％的POE后就提高了材料与钢丝的粘合性能，产品消除了剥落现象，而当将POE的添加量增大到20％、30％后，彻底解决了产品剥落现象；加入LLDPE 7042后，材料的断裂伸长率大幅上升。随着体系中POE、增韧剂、微细滑石粉及各种助剂添加量的增加，材料的综合力学性能更加优异，产品质量更加稳定。
对比例1-3的配方及各项性能测试结果见表(二)：
表(二)对比例1-3的配方及材料物性表
    原料名称及物性参数     对比例1     对比例2     对比例3
    PP树脂(％)     100     100     100
    POE 8999(％)     10     20     30
    LLDPE 7042(％)     10     20     30
    滑石粉1250目(％)     0     0     0
    拉伸强度(MPa)     21.8     17.5     14.5
    断裂伸长率(％)     600     800     1000
    弯曲强度(MPa)     20     14     10
    弯曲模量(MPa)     900     600     400
    IZOD缺口冲击强度(KJ/M2) 35 60 65
    熔融指数(g/10min)     2.5     1.9     1.5
    热变形温度(℃)     79     82     83
材料与钢丝的粘合性     一般，无剥落现象 好，无剥落现象 好，无剥落现象
    产品表面有无气孔     无     无     无
    产品质量     表面发     表面发     表面发黄
  黄   黄
加工性能   不易成型   不易成型 不易成型
通过表(一)及表(二)的配方与性能对比，得知诸如抗氧剂、润滑剂的有无也对产品的最终质量有着很大影响，不加入这些助剂，材料也可以成型，但产品表面发黄且成型困难，而加入这些抗氧剂、润滑剂后，材料成型良好且无产品表面发黄现象，其余性能又好。考虑到该材料既要达到使用要求，又能节省成本，则实例2和实施例5效果为最佳，即将PP树脂100、POE 8999 20、LLDPE 7042 20、1250目滑石粉0.5、抗氧剂0.3、润滑剂0.3、(紫外光吸收剂0.3)，在高速混合机中混合3-5分钟，然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03- -0.06MPa，所制得的超韧环保PP材料即可用于中央空调排风软管的制造，无不良现象发生。

Claims (9)

1.一种用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，含有PP树脂、POE弹性体、增韧剂、微细滑石粉、抗氧剂、润滑剂，以重量比配制而成，其组分为：
PP树脂       100
POE弹性体    10-30
增韧剂       10-30
微细滑石粉   0.1-1.0
抗氧剂       0.1-0.5
润滑剂       0.1-0.5
其中，所述的PP树脂为低熔指共聚PP，熔融指数小于3.0g/10min；增韧剂为线性低密度聚乙烯，熔融指数小于3.0g/10min；抗氧剂由亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂复配而成；润滑剂是硬脂酸盐类润滑剂。
2.根据权利要求1所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，所述的POE弹性体的含量为15-25质量份。
3.根据权利要求1所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，所述的微细滑石粉为1250-2000目的经表面活化过的滑石粉。
4.根据权利要求1所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按2∶1至3∶1复配而成。
5.根据权利要求1所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，所述的硬脂酸盐类润滑剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙。根据权利要求1所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，所述的PP树脂是熔融指数在1.0-3.0g/10min之间，断裂伸长率大于500％的共聚PP。
6.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，还包括0.1-0.5质量份的紫外光吸收剂，所述的紫外光吸收剂为受阻胺类光稳定剂。
7.根据权利要求7所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料，其特征在于，所述的紫外光吸收剂为0.2-0.3质量份。
8.权利要求1所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按基础配方称取原料；
(2)将PP树脂、POE弹性体、增韧剂、微细滑石粉、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合3-5分钟；
(3)将混好的物料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
9.根据权利要求9所述的用于制造中央空调排风软管的高韧聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，其挤出工艺为：
一区160-170℃、二区170-180℃、三区170-180℃、四区165-175℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03--0.06MPa。
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