CN106674742A - 一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料主要由超细硅烷分散剂表面改性的高规整度、大径厚比的新型滑石粉10～30份、常规聚丙烯50～80份、弹性体8～20份、抗氧剂0.1～1份、其他助剂0～3份组成。通过采用经超细硅烷类功能分散剂表面处理后的具有大径厚比，高片层完整度的改性特种滑石粉作为聚丙烯复合材料的填充改性组分与聚丙烯、弹性体、抗氧剂、光照助剂等经双螺杆挤出机挤出造粒制备而来。通过本发明所制备的复合材料在提升复合材料的冲击韧性和刚性，降低材料线性热膨胀系数及收缩率，在保证薄壁化保险杠样件的尺寸稳定性和相应的力学性能的同时，使得复合材料的流动性也有很大的提升。

Description

一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能性聚丙烯材料及其制备方法，尤其涉及一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其制备方法，属于聚丙烯技术领域。
背景技术
聚丙烯因其具有密度小，性价比高且具有优异的耐热性和易于成型加工等特点，现已成为车用塑料中用量最大，发展速度最快的塑料品种之一。近年来，随着聚丙烯复合材料改性技术的日渐成熟和塑料成型加工技术的发展，使用聚丙烯改性材料来制造汽车保险杠已占到80％以上，且未来还将进一步增加。
然而近年来随着汽车工业的飞速发展，轻量化、品质化、节能环保、低成本已成为当前汽车工业的主要目标。以聚丙烯复合材料车用保险杠为例其单件产品尺寸大(长度可达1m以上)，克重高(可达3Kg以上)是当前汽车轻量化研究的热点，其中实现轻量化的最有效方式就是对样件进行薄壁化设计，但是样件壁厚的降低无疑会对其力学性能、高低温尺寸稳定性等应用性能产生一系列的不利影响，为改善上述缺陷国内外的聚丙烯材料改性专家们提出了一系列的改进方法，目前主要有以下两种：一、通过侧向喂料等方式添加具有一定长径比的玻璃纤维、矿物晶须等纤维状填充物来进一步降低复合材料的线性膨胀系数以及收缩率，增加材料刚性以此来达到薄壁化保险杠复合材料的新要求，但是该方法一方面由于晶须等纤维状填充物的原料成本较贵导致复合材料的成本增加，另一方面由于晶须等纤维状填充物的添加破坏了复合材料的冲击韧性同时由于玻纤等纤维状填充物容易外露也会造成样件的外观质量下降明显，如专利CN105778297A公开了一种通过添加15～35％的纤维状无机粉体与滑石粉形成复配型无机增强体系制备而来的具有高模量低收缩应用于汽车薄壁保险杠的聚丙烯复合材料。二、通过添加新型增韧剂改变复合材料增韧体系的方式来降低材料收缩率，增加复合材料的韧性但该方法所制备的复合材料的刚性往往不高并不能满足薄壁化保险杠的应用需求只适用于常规厚度的汽车保险杠产品，同时添加的橡胶组分价格昂贵，增加了复合材料的成本不利于市场竞争，如专利CN104893106A公开了一种高抗冲击汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其方法，通过采用热塑性聚氨酯弹性体与丁腈橡胶替代目前常用的乙丙橡胶、POE、SBS等增韧剂来达到降低材料收缩率，增加材料韧性的目的。
综上所述对于汽车保险杠的薄壁化设计并不能简单的从降低原材料的收缩率，提升原材料刚韧性来实现保险杠样件的薄壁化而需要在综合考虑原材料刚韧性与尺寸稳定性的前提下进一步提升原材料的可加工性，以此来保证样件具有优异的外观品质，从而才能更好的满足汽车轻量化，品质化的设计需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其制备方法。该方法主要采用具有大径厚比，片层完整度高并经特定的硅烷类功能分散粉体表面处理后的改性特种滑石粉作为聚丙烯复合材料的填充改性组分与聚丙烯、弹性体、抗氧剂、光照助剂等经双螺杆挤出机挤出造粒制备而来。本发明通过使用具有高规整度，大径厚比并经特定的硅烷类功能超细分散粉体表面处理后的特种改性滑石粉，一方面能有效的提升复合材料的刚性，降低材料线性膨胀系数及收缩率，进而在保证薄壁化样件的尺寸稳定性和相应的力学性能的同时使得复合材料具有很高的冲击韧性，另一方面，本发明所采用的特种滑石粉是经硅烷类超细分散剂表面改性处理后将滑石粉表面由亲水转变成疏水，提升了滑石粉与聚丙烯树脂的相容性，对复合材料的流动性有着很大的提升作用，从而对于提升复合材料的加工性，改善产品的表观质量尤其是对于薄壁化免喷涂保险杠这类大型注塑件的外观品质的改善起到很大的促进作用；故使用该款改性滑石粉制备的复合材料的特点具体表现在高抗冲、高模量、高流动性、低线性热膨胀系数及收缩率。
为达上述发明目的，本发明主要通过以下技术方案实现：
一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，由下列按照重量份计的原料制备而成：
聚丙烯：50～80份，
改性特种滑石粉：10～30份，
弹性体：8～20份，
抗氧剂：0.1～1.0份，
其他助剂：0～3份。
进一步的，所述的聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在0.5～60g/10min聚丙烯的一种或几种的混合物。
所述的弹性体为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物的一种或几种的混合物，密度为0.80～1.0g/cm3。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇脂)、抗氧剂168(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯、抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)其中的一种或者几种混合物。
所述的其他助剂为光稳定剂V703、5589、531，乙烯基双硬酯酰胺(EBS)等。
所述的改性特种滑石粉由下列成分按照重量份数制备而成：
大径厚比、高完整度滑石粉：95～98份；
硅烷类超细功能性分散剂：2～5份。
所述的硅烷类超细功能性分散剂采购于美国陶氏化学有限公司，其具体化学成分为聚烯烃有机硅类共聚物。
所述的改性特种滑石粉为1250目到10000目的具有大径厚比、高规整度滑石粉粉体材料，本发明专利优选由泉州旭丰粉体原料有限公司提供的粒径为6.5-7.0um，白度91±1％，径厚比30:1的特种改性滑石粉。
上述薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将由经过挑选的特种滑石，采用特定工艺制备的具有大径厚比，片层完整度高的滑石粉裸粉95～99份干燥后与硅烷类超细功能性分散剂2～5份，一起加入到高速混炼机中高速混合制备而成。
(2)薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉10～30份与聚丙烯50～80份，弹性体8～20份，抗氧剂0.1～1份，其他助剂0～3份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，185℃，210℃，215℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为450～550r/min，水槽温度20℃～50℃。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)本发明采用具有高规整度、大径厚比的新型特种滑石粉作为复合材料的填充组分，所制备出的聚丙烯复合材料具有更小的线性热膨胀系数和更好的尺寸稳定性以满足薄壁化车用保险杠的零缝隙以及在较宽的温度范围内不变形，不翘曲的产品应用要求。
(2)本发明所采用的特种滑石粉是经硅烷类超细分散剂表面改性处理后将滑石粉表面由亲水转变成疏水，提升了滑石粉与聚丙烯树脂的相容性，在进一步的提升复合材料冲击韧性，弯曲模量的同时对复合材料的流动性也有着很大的提升作用，对于提升复合材料的加工性，改善产品的表观质量尤其是对于薄壁化免喷涂保险杠这类大型注塑件的外观品质的改善起到很大的促进作用，其特点具体表现在高抗冲、高模量、高流动性、低线性热膨胀系数及收缩率。
(3)本发明所采用的新型改性特种滑石粉具有原料成本低，来源广，直接与聚丙烯、弹性体等共混挤出即可制备聚丙烯复合材料，制备工艺简单、生产成本低具有很强的市场竞争力。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明内容。应该强调的是，这些实施例仅用于对本发明的进一步说明，而不能理解为对本发明保护范围的限制。此外应理解，在阅读了本发明所述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将目数为3000目，径厚比为30:1的特种滑石粉98份；硅烷类分散剂2份，一起加入到高速混练机中高速混合3小时，转速500r/min。
(2)一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉30份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯60份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为500r/min，水槽温度38℃。
实施例2
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将目数为3000目，径厚比为30:1的特种滑石粉98份；硅烷类分散剂2份，一起加入到高速混练机中高速混合3小时，转速500r/min。
(2)一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉20份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯70份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为500r/min，水槽温度38℃。
实施例3
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将目数为3000目，径厚比为30:1的特种滑石粉98份；硅烷类分散剂2份，一起加入到高速混练机中高速混合3小时，转速500r/min。
(2)一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉10份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯80份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为500r/min，水槽温度38℃。
实施例4
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将目数为3000目，径厚比为30:1的特种滑石粉95份；硅烷类分散剂5份，一起加入到高速混练机中高速混合3小时，转速500r/min。
(2)一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉30份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯60份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为500r/min，水槽温度38℃。
实施例5
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将目数为3000目，径厚比为30:1的特种滑石粉95份；硅烷类分散剂5份，一起加入到高速混练机中高速混合3小时，转速500r/min。
(2)一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉20份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯70份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为500r/min，水槽温度38℃。
实施例6
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将目数为3000目，径厚比为30:1的特种滑石粉95份；硅烷类分散剂5份，一起加入到高速混练机中高速混合3小时，转速500r/min。
(2)一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉10份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯80份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为500r/min，水槽温度38℃。
为与实施例1～6形成对照，更好的体现本发明一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的高冲击韧性、高模量、高流动性，相应的对比例1～3与实施例1～6采用相同目数(3000目)的常规滑石粉作为填充组分，其他组分含量及制备工艺条件与实施例1～6相同来制备滑石粉填充聚丙烯复合材料。
对比例1
按重量份数，将常规3000目滑石粉30份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯60份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度37℃。
对比例2
按重量份数，将常规3000目滑石粉20份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯70份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度37℃。
对比例3
按重量份数，将常规3000目滑石粉10份与流动速度为17.5g/min的K9820H聚丙烯80份，弹性体8份，DSTP168抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成保险杠用聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度37℃。
将上述实施例1～6及其相应的对比例1～3所制备的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料均按照统一工艺注塑成相应的测试样条，按照下表1中的测试标准及条件进行性能测试，测试数据如表2所示。
表1薄壁化保险杠用聚丙烯复合材料性能测试标准及条件
序号 检验指标 检验方法 单位 测试条件
1 密度 GB/T 1033.1 g/cm^3
2 拉伸强度 GB/T 1040.2 MPa 50mm/min
3 断裂伸长率 GB/T 1040.2 ％
4 缺口冲击强度 GB/T 1043 kJ/m^2 23℃
5 熔体流动速率 GB/T 3682 g/10min 230℃×2.16kg
6 材料收缩率 GB/T 17037.4 ％
表2实施例1～6及其对比例薄壁化保险杠用聚丙烯复合材料性能测试数据
表2中实施例1～6为根据本发明专利一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料中的部分代表性实施方案制备的改性聚丙烯复合材料的测试结果，为更好的体现本发明一种薄壁化保险杠用聚丙烯复合材料及其制备方法的突出性能，相应的对比例1～3作为相应实施例的对照。从表2中可以得出以下结论：
由于本发明一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料是通过使用具有高规整度，大径厚比的特种改性滑石粉来达到提升复合材料的刚性和冲击韧性，降低材料收缩率，进而保证薄壁化样件的尺寸稳定性和相应的力学性能的同时运用硅烷类超细分散剂对该滑石粉进行表面处理，使得处理后的改性特种滑石粉的表面由亲水转变成疏水，提升了滑石粉与聚丙烯树脂的相容性，进一步的提升了复合材料冲击韧性同时对复合材料的流动性也有着很大的提升作用，从而对于提升复合材料的加工性改善产品的外观品质尤其是对于薄壁化免喷涂保险杠这一类大型注塑件的外观品质的改善起到很大的促进作用；故使用该款改性滑石粉制备的复合材料的特点具体表现在高冲击、高模量、低线性膨胀系数、低收缩、高流动性。

Claims (10)

1.一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：由下列按照重量份计的原料制备而成：
聚丙烯：50～80份，
改性特种滑石粉：10～30份，
弹性体：8～20份，
抗氧剂：0.1～1.0份，
其他助剂：0～3份。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在0.5～60g/10min聚丙烯的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的弹性体为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物的一种或几种的混合物，密度为0.80～1.0g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTP中的一种或者几种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其他助剂为光稳定剂V703、5589、531，乙烯基双硬酯酰胺(EBS)等。
6.根据权利要求1所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的改性特种滑石粉由以下按照重量份数计的原料制备而成：
大径厚比、高完整度滑石粉：95～98份；
硅烷类超细功能性分散剂：2～5份。
7.根据权利要求6所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的硅烷类超细功能性分散剂采购于美国陶氏化学有限公司，其具体化学成分为聚烯烃有机硅类共聚物。
8.根据权利要求1所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的改性特种滑石粉为1250目到10000目的具有大径厚比、高规整度滑石粉粉体材料。
9.根据权利要求8所述的一种薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的硅烷类超细功能性分散剂选自泉州旭丰粉体原料有限公司提供的粒径为6.5-7.0um，白度91±1％，径厚比30:1的特种改性滑石粉。
10.根据权利要求1-9任意之一所述薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
(1)改性特种滑石粉的制备：
按重量份数，将由经过挑选的特种滑石，采用特定工艺制备的具有大径厚比，片层完整度高的滑石粉裸粉95～99份干燥后与硅烷类超细功能性分散剂2～5份，一起加入到高速混炼机中高速混合制备而成；
(2)薄壁化汽车保险杠用聚丙烯复合材料及其制备：
按重量份数，将步骤(1)中制备的改性特种滑石粉10～30份与聚丙烯50～80份，弹性体8～20份，抗氧剂0.1～1份，其他助剂0～3份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成聚丙烯复合材料；
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，185℃，210℃，215℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为450～550r/min，水槽温度20℃～50℃。
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