CN103571059B - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机高分子化合物领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。该聚丙烯复合材料由包含以下重量份的组分制成：聚丙烯80~100份、热塑性弹性体10~20份、低密度聚乙烯8~12份、无机填充料8~12份、晶须5~8份、抗氧剂0.3~0.6份、氧化聚乙烯蜡0.3~0.6份、聚丙烯接枝马来酸酐2~4份、偶联剂0.1~0.3份。本发明制备的聚丙烯复合材料可以制备汽车方向盘，采用该复合材料生产的产品具有表面光泽均与，颜色均匀，手感舒适，有较好的耐应力开裂性能，综合力学性能良好等优点。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于有机高分子化合物领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
汽车方向盘是汽车的重要部件，它不仅起到一个操作手柄的作用，而且在汽车的行驶工程中发生碰撞时能起到吸收大部分冲击能量的作用，从而保证驾驶人员的安全。美国汽车安全标准FM-VSS203规定，汽车在以24km/h速度行驶时，当用35kg的胸部模型冲击方向盘时产生的最大负荷应小于11kN。因此，要求生产方向盘的材料应具有较高的冲击强度及刚性，耐汽油、柴油、汗液的腐蚀，手感性要好，表面光泽均匀，不刺眼，较好的染色性和染色牢度。由于方向盘中有一个金属骨架，还要求材料有较好的与金属粘结性和耐应力开裂性，流动性和成型加工型要好。早期，汽车方向盘是用酚醛模塑料生产的，现在大多数是用热塑性塑料生产。
中国专利CN102344609A公开了一种耐蠕变的聚丙烯组合物及其制备方法与应用，由聚丙烯树脂、弹性体、高长径比无机填料和成核剂制得，所述高长径比无机填料为高长径比滑石粉、高长径比硅灰石、高长径比云母粉或高长径比晶须。该聚丙烯组合物并不具备抗氧化性能，同时无机填料和树脂的结合力差，影响力学性能。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。
该聚丙烯复合材料具有较高的冲击强度及刚性，耐油性、柴油、汗液的腐蚀，手感性好，表面光泽均匀，不刺眼，较好的染色性和染色牢度同时与金属有较好的粘结性和耐应力开裂性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成：
聚丙烯 80~100份，
热塑性弹性体 10~20份，
低密度聚乙烯 8~12份，
无机填充料 8~12份，
晶须 5~8份，
抗氧剂 0.3~0.6份，
氧化聚乙烯蜡 0.3~0.6份，
聚丙烯接枝马来酸酐 2~4份，
偶联剂 0.1~0.3份。
所述的聚丙烯（PP）为共聚聚丙烯和均聚聚丙烯两种复配，优选的，所述共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的重量份之比为3:2。
所述的共聚聚丙烯的熔融指数范围为24~35g/10min，所述的均聚聚丙烯的熔融指数范围为1~4g/10min。
所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、聚烯烃弹性体（POE）或三元乙丙橡胶（EPDM）。
所述的无机填充料为滑石粉、碳酸钙、高岭土、玻璃微珠、硫酸钡、硅灰石或云母中的一种或一种以上。
所述的晶须为碳酸钙晶须、钛酸钾晶须、硫酸钙晶须或氢氧化镁晶须。
所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）和三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168）两种抗氧剂复配，优选的抗氧剂1010和抗氧剂168的重量份之比为1:2。
所述的氧化聚乙烯蜡相对分子质量为1500~2500，酸值>25。
所述的聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH）的接枝率为2.0-3.0%。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
所述的硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三氯硅烷。
所述的钛酸酯偶联剂包括三异硬脂酰基钛酸异丙酯或三油酰基钛酸异丙酯。
一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述配比称取以下重量份的原料：聚丙烯80~100份、热塑性弹性体10~20份、低密度聚乙烯（LDPE）8~12份、无机填充料8~12份、晶须5~8份、抗氧剂0.3~0.6份、氧化聚乙烯蜡0.3~0.6份、PP-g-MAH2~4份、偶联剂0.1~0.3份，加入高速混合机中进行低速混合；
（2）将混合好的物料投入挤出机中加热挤出，冷却切粒，得到所述聚丙烯复合材料。
所述的步骤（1）中在低速混合时间为1~3min，混合温度为30~40℃；
所述的步骤（2）中双螺杆挤出机分六段加热，加热温度依次为：150-160℃，170~180℃，190~200℃，210~220℃，220~230℃，机头215~225℃；螺杆转速200~400r/min。
一种上述聚丙烯复合材料用作汽车方向盘材料的用途。
所述的用途包括以下步骤：将上述聚丙烯复合材料加入注塑机中，同时将金属骨架放入注塑模具中，注射包封，制得汽车方向盘。
所述的金属骨架选自钢制金属骨架、镁合金金属骨架、铝合金金属骨架或钛合金金属骨架。
所述的注射温度依次为225~235℃、230~240℃、235~245℃、240~250℃；注射压力为45~55Mpa,保压压力40~50Mpa，注射时间3~6s，保压时间4~8s，冷却时间20~30s，模温40~60℃。
相比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明采用两种ＰＰ树脂复配，既保证了流动性，又保证了流动性。采用热塑性弹性体对ＰＰ起增韧作用，同时赋予材料较好的手感。为了改善专用料在注射时和金属的亲和性，增加填充剂和基料聚丙烯的相容性，使体系中形成更为亲密的网络，加入了接枝聚丙烯，改善专用料的极性，提高了耐应力开裂性。晶须的加入能够使当收到外力作用时吸收冲击振动能量。同时，裂纹在扩展中遇到晶须便会受阻，裂纹得以抑制，从而起到增强作用，同时加入晶须后使断裂表面能提高，使脆性降低，韧性增大。LDPE加入，使材料中的柔性链和刚性链连接起来，起到“连接桥”的作用，使各组分结合更紧密，降低了界面能，使体系中的各种分子链扩散的更均匀，减小了相区尺寸，提高了耐应力开裂性能，改善了综合力学性能，高数目的无机增强剂提高了产品的强度、刚度和耐热性等性能。采用两种抗氧剂的复配，大大提高复合材料的抗热氧化能力。氧化聚乙烯蜡的加入，一方面提高材料的极性和金属嵌件的黏合性，另一方面进一步提高材料的流动性。偶联剂的加入，可提高滑石粉与PP的界面结合强度，从而提高材料的力学性能。
本发明制备的聚丙烯复合材料生产的产品表面光泽均与，颜色均匀，手感舒适，有较好的耐应力开裂性能，综合力学性能良好。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
如无特别说明，组份的份数均为重量份。
实施例1~3
（1）按表1的配比称取各组分原料，加入高速混合机中进行低速混合，混合时间为1min，混合温度为40℃；
（2）挤出造粒：将混合好的物料投入挤出机中加热挤出，冷却切粒，得到所述聚丙烯复合材料。其中挤出机加热温度依次为：155℃，175℃，195℃，215℃，225℃，机头220℃。螺杆转速320r/min，得到所述聚丙烯复合材料。
将步骤（2）制得的聚丙烯复合材料用作汽车方向盘材料的用途，包括如下步骤：将步骤（2）中制备的聚丙烯复合材料加入注塑机中，同时将金属骨架放入注塑模具中，注射包封，注射温度依次为225℃、230、℃、235℃、240℃;注射压力为55Mpa,保压压力50Mpa，注射时间6s，保压时间8s，冷却时间20s，模温40℃，制得汽车方向盘成品。
其中，所述共聚聚丙烯的熔融指数范围为24g/10min；所述的均聚聚丙烯的熔融指数范围为1g/10min；实施例1~3中氧化聚乙烯蜡相对分子质量分别为1500、2000、2500，酸值>25，其中PP-g-MAH的接枝率为2.0~3.0%，金属骨架分别为钢制金属骨架、镁合金金属骨架和铝合金金属骨架。
表1
实施例4~6
（1）按表2的配比称取各组分原料，加入高速混合机中进行低速混合，混合时间为3min，混合温度为30℃；
（2）挤出造粒：将混合好的物料投入挤出机中加热挤出，冷却切粒，得到所述聚丙烯复合材料。
将步骤（2）制得的聚丙烯复合材料用作汽车方向盘材料的用途，包括如下步骤：
将步骤（2）中制备的聚丙烯复合材料加入注塑机中，同时将钛合金属骨架放入注塑模具中，注射包封，注射温度依次为235℃、240℃、245℃、250℃;注射压力为45Mpa,保压压力40Mpa，注射时间3s，保压时间4s，冷却时间30s，模温60℃，制得汽车方向盘成品。
其中，所述共聚聚丙烯的熔融指数范围为35g/10min；所述的均聚聚丙烯的熔融指数范围为4g/10min；实施例4~6中氧化聚乙烯蜡相对分子质量分别为1500、2000、2500，酸值>25，PP-g-MAH的接枝率为2.0~3.0%。
实施例4步骤（2）中挤出机加热温度依次为：150℃，170℃，190℃，210℃，220℃，机头215℃。螺杆转速200r/min。
实施例5步骤（2）中挤出机加热温度依次为：155℃，175℃，195℃，215℃，225℃，机头220℃。螺杆转速300r/min。
实施例6步骤（2）中挤出机加热温度依次为：160℃，180℃200℃，220℃，230℃，机头225℃。螺杆转速400r/min。
表2
对实施例1~6中得到产品进行测试，测试数据如表3：
表3
由表3中测试数据可以看出该料具有较高的冲击强度及刚性，与金属有较好的粘结性和耐应力开裂性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚丙烯复合材料用作汽车方向盘材料的用途，所述聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：
所述的聚丙烯为共聚聚丙烯和均聚聚丙烯两种复配，所述共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的重量份之比为3:2；
所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述的无机填充料为滑石粉、碳酸钙、高岭土、玻璃微珠、硫酸钡、硅灰石或云母中的一种以上；
所述的晶须为钛酸钾晶须、硫酸钙晶须或氢氧化镁晶须；
所述的氧化聚乙烯蜡相对分子质量为1500～2500，酸值大于25；
所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三氯硅烷；所述的钛酸酯偶联剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯或三油酰基钛酸异丙酯；
所述的聚丙烯接枝马来酸酐的接枝率为2.0～3.0％；
所述聚丙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的原料：聚丙烯80～100份、热塑性弹性体10～20份、低密度聚乙烯8～12份、无机填充料8～12份、晶须5～8份、抗氧剂0.3～0.6份、氧化聚乙烯蜡0.3～0.6份、聚丙烯接枝马来酸酐2～4份、偶联剂0.1～0.3份，加入高速混合机中进行低速混合；
(2)将混合好的物料投入双螺杆挤出机中加热挤出，冷却切粒，得到所述聚丙烯复合材料；
所述的步骤(2)中双螺杆挤出机分六段加热，加热温度依次为：150～160℃，170～180℃，190～200℃，210～220℃和220～230℃，机头215～225℃；螺杆转速200～400r/min。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述的共聚聚丙烯的熔融指数为24～35g/10min，所述的均聚聚丙烯的熔融指数为1～4g/10min。
3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯两种抗氧剂复配。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于：所述四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和所述三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的重量份之比为1:2。
5.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述的步骤(1)中低速混合时间为1～3min，混合温度为30～40℃。
6.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述汽车方向盘的制备方法包括以下步骤：将所述的聚丙烯复合材料加入注塑机中，同时将金属骨架放入注塑模具中，注射包封，制得汽车方向盘。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：所述的注射温度依次为225～235℃、230～240℃、235～245℃和240～250℃；注射压力为45～55Mpa，保压压力40～50Mpa，注射时间3～6s，保压时间4～8s，冷却时间20～30s，模温40～60℃。
8.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：所述的金属骨架选自钢制金属骨架、镁合金金属骨架、铝合金金属骨架或钛合金金属骨架。
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