CN107531964A - 聚丙烯复合材料 - Google Patents

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Abstract

具有优异的冲击/刚度平衡的聚乙烯醇纤维增强聚丙烯组合物以及其制备和用途。

Description

聚丙烯复合材料
技术领域
本发明涉及具有优异的冲击/刚度平衡的聚乙烯醇纤维增强聚丙烯组合物及其制备和用途。
背景技术
聚丙烯是广泛用于各种技术领域的材料，并且增强的聚丙烯特别地在以前完全依赖于非聚合物材料，特别是金属的领域具有增加的相关性。例如在汽车部件中，工程塑料已经且仍然广泛地被聚丙烯和基于聚丙烯的复合材料替代，这主要被提供轻质解决方案和降低成本的需要所驱使。
将增强纤维添加到聚丙烯(PP)中，为基于聚丙烯的复合材料增加了新的设计参数，目标是在结构和半结构部件中使用这种材料。特别是PP/玻璃纤维(GF)-复合材料已被广泛用于这些应用中，因为它们提供了相对较低的成本和良好的刚度和强度的独特组合。
PP/GF-复合材料的转化(配混和注塑)是需要的，因为需要考虑刚性玻璃纤维对剪切诱导的纤维断裂的敏感性，这减小了纤维的纵横比和由此的增强潜力-总体而言，PP/GF-复合材料的结构-性能-加工相关性往往很复杂。
PP/GF-复合材料的另外一个缺点是纤维的模量和基体的模量的显著差异，该差异在非线性不可逆变形区域尤为严重，其中PP显示塑性变形，而玻璃纤维仍然是完全弹性的。这不仅限制了极限拉伸伸长率，而且还影响韧性(toughness)和仪表化穿刺性能(instrumented puncture-performance)。
此外，刚性纤维在加工过程中往往容易断裂，导致整体复杂的结构-性能-加工相关性。
本领域还需要具有结合优异的冲击/刚度平衡和增加的韧度(tenacity)的纤维增强聚丙烯(PP)牌号。在这方面的关键参数是断裂应变(或断裂伸长率，εB)，其通常处于非常低的水平，即对于PP/GF牌号<3.0％。
作为玻璃纤维的替代品，已知使用有机纤维来增强聚丙烯。这种有机纤维可以由聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺、纤维素、聚乙烯醇等制成。
进一步已知的是，聚乙烯醇(PVA)纤维具有比诸如聚酰胺和聚酯纤维更高的强度、弹性模量、耐候性和耐化学性和粘合性，并且主要在工业领域中已经开发出独特的用途，例如商业名称“维尼纶(Vinylon)”。近年来，作为石棉纤维的替代品，这些纤维作为用于水泥的增强纤维引起了广泛关注。
从US 20100267888中还已知使用这种PVA纤维掺入包括作为偶联剂的聚烯烃和改性聚烯烃的聚烯烃组合物中。陈述了这种含有PVA纤维的聚烯烃组合物具有改进的拉伸强度和弯曲强度。
US 20100267888对断裂应变和冲击性能完全没有提及。
因此，虽然在纤维增强聚丙烯组合物领域已经进行了许多开发工作，但仍然需要进一步改进纤维增强的牌号。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有优异的断裂应变和同时具有优异的冲击性能的纤维增强组合物。
本发明的发现是，具有优异的断裂应变和同时具有优异的冲击性能的纤维增强材料可以通过将纤维嵌入聚丙烯基体中获得，而不一定需要偶联剂。
因此，本发明涉及一种纤维增强聚丙烯组合物，基于纤维增强组合物的总重量，其包括
(a)98.0至50.0重量％的包括聚丙烯(PP)的基体(M)，
(b)2.0至50.0重量％的聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)0.0至5.0重量％的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯，
其中(a)、(b)和(c)的总和为100.0重量％，其中组合物
(i)具有在23℃下根据ISO 527-2(十字头速度50mm/min)测得的至少8％的断裂拉伸应变，和
(ii)在23℃下根据ISO 179-1eA：2000的至少10.0kJ/m2的却贝缺口冲击强度。
基体(M)
本发明含义中的术语“基体”应以其通常接受的含义来解释，即它指的是其中分散有单独的或离散的颗粒(如纤维)的连续相(在本发明中为连续聚合物相)。基体(M)以能够形成可用作基体的连续相的量存在。
在一个实施方案中，基体(M)的聚丙烯(PP)是具有根据ISO 1133测量的1至500g/10min、优选2至300g/10min、还更优选5至100g/10min、最优选8至80g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)的丙烯均聚物(H-PP1)。
根据本发明的另一个实施方案，基体(M)的聚丙烯(PP)是包括聚丙烯基体(M-HECO)的多相丙烯共聚物(HECO)。优选地，聚丙烯基体(M-HECO)是丙烯均聚物(H-PP2)，并且其中分散有包括衍生自丙烯和乙烯和/或C4-C8α-烯烃的单元的弹性体丙烯共聚物(E)。
优选这种多相丙烯共聚物(HECO)具有
a)根据ISO 6427(23℃)测量的在8.0至35重量％范围内的二甲苯冷可溶物含量(XCS)，和/或
b)根据ISO 1133测量的1至300g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)，和/或
c)基于多相丙烯共聚物(HECO)的总重量的5.0至25重量％的总的乙烯和/或C4至C8α-烯烃含量。
优选地，聚丙烯(PP)，即丙烯均聚物(H-PP1)和/或多相丙烯共聚物(HECO)具有等于或低于175℃、更优选低于170℃、例如等于或低于168℃的熔融温度Tm。例如，熔融温度在130至175℃范围内，更优选在140至170℃范围内，最优选在150至168℃范围内。
如上所述，在本发明的一个实施方案中，聚丙烯(PP)是丙烯均聚物(H-PP1)。
在整个本发明中使用的表达丙烯均聚物涉及基本上由丙烯单元组成的聚丙烯，即由大于99.5重量％，还更优选至少99.7重量％，例如至少99.8重量％的丙烯单元组成的聚丙烯。在一个优选的实施方案中，丙烯均聚物中仅丙烯单元是可检测的。
优选地，丙烯均聚物(H-PP1)具有在150至175℃的范围内、更优选在155至170℃的范围内、最优选在158至168℃的范围内的熔融温度Tm。
丙烯均聚物(H-PP1)优选为全同立构丙烯均聚物。因此，应理解的是，聚丙烯基体(H-PP1)具有相当高的全同立构五单元组浓度，即高于90摩尔％，更优选高于92摩尔％，还更优选高于93摩尔％，仍更优选高于95摩尔％，例如高于97摩尔％的全同立构五单元组浓度。
此外，丙烯均聚物(H-PP1)优选具有不超过5重量％、更优选在0.1至3.5重量％的范围内、还更优选在0.5至3.0重量％的范围内的二甲苯冷可溶物含量(XCS)。
丙烯均聚物(H-PP1)可以在单活性中心催化剂(例如金属茂催化剂)的存在下或在齐格勒-纳塔催化剂的存在下制备。丙烯均聚物(H-PP1)是可商购的并且是技术人员已知的。
在本发明的另一具体实施方案中，聚丙烯(PP)是多相丙烯共聚物(HECO)。
在下文中对多相丙烯共聚物(HECO)进行了更详细的定义。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)包括
a)聚丙烯基体(M-HECO)，和
b)弹性体丙烯或乙烯共聚物(E)。
表述“多相”表示弹性体共聚物(E)优选至少(精细地)分散在多相丙烯共聚物(HECO)的聚丙烯基体(M-HECO)中。换句话说，弹性体共聚物(E)形成聚丙烯基体(M-HECO)中的包合物。因此，聚丙烯基体(M-HECO)含有(精细地)分散的不是基体的一部分的包合物，所述包合物含有弹性体共聚物(E)。根据本发明的术语“包合物”应优选表明基体和包合物在多相丙烯共聚物(HECO)内形成不同的相，所述包合物例如通过高分辨率显微镜(如电子显微镜或扫描力显微镜)可见。
此外，多相丙烯共聚物(HECO)优选仅包括聚丙烯基体(M-HECO)和弹性体共聚物(E)作为聚合物组分。换句话说，多相丙烯共聚物(HECO)可以含有其它添加剂，但不含有基于总的多相丙烯共聚物(HECO)、更优选基于存在于多相丙烯共聚物(HECO)中的聚合物的超过5重量％、更优选超过3重量％、例如超过1重量％的量的其它聚合物。可以如此少量存在的一种另外的聚合物是聚乙烯，其是通过制备多相丙烯共聚物(HECO)获得的反应产物。因此，应当特别理解的是，如在本发明中定义的多相丙烯共聚物(HECO)仅含有聚丙烯基体(M-HECO)、弹性体共聚物(E)和任选的如本段所述量的聚乙烯。
弹性体共聚物(E)优选为弹性体乙烯共聚物(E1)和/或弹性体丙烯共聚物(E2)，后者是优选的。
如上所述，多相丙烯共聚物(HECO)包括其中分散有弹性体共聚物(E)的聚丙烯基体(M-HECO)。
聚丙烯基体(M-HECO)可以是丙烯均聚物(H-PP2)或丙烯共聚物(C-PP1)。
然而，优选聚丙烯基体(M-HECO)为丙烯均聚物(H-PP2)。
为丙烯均聚物(H-PP2)的聚丙烯基体(M-HECO)优选为全同立构丙烯均聚物。因此，应当理解的是，丙烯均聚物(H-PP2)具有相当高的五单元组浓度，即高于90摩尔％，更优选高于92摩尔％，还更优选高于93摩尔％，仍更优选高于95摩尔％，例如高于99摩尔％的五单元组浓度。
为丙烯均聚物(H-PP2)的聚丙烯基体(M-HECO)具有相当低的二甲苯冷可溶物(XCS)含量，即具有基于聚丙烯基体(M-HECO)的总重量的不超过3.5重量％，优选不超过3.0重量％，例如不超过2.6重量％的二甲苯冷可溶物(XCS)含量。因此，基于丙烯均聚物(H-PP2)的总重量，优选的范围为0.5至3.0重量％，更优选为0.5至2.5重量％，还更优选为0.7至2.2重量％，最优选为0.7至2.0重量％。
在本发明的一个实施方案中，聚丙烯基体(M-HECO)是具有1至500g/10min、更优选2至300g/10min、还更优选5至100g/10min、最优选8至80g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)的丙烯均聚物(H-PP2)。
优选地，丙烯均聚物(H-PP2)具有在150至175℃的范围内、更优选在155至170℃的范围内、最优选在158至168℃的范围内的熔融温度Tm。
多相丙烯共聚物(HECO)的第二组分是弹性体共聚物(E)。如上所述，弹性体共聚物(E)可以是弹性体乙烯共聚物(E1)和/或弹性体丙烯共聚物(E2)。在下文中更精确地定义了两种弹性体。
优选地，弹性体乙烯共聚物(E1)包括衍生自(i)乙烯和(ii)丙烯和/或C4至C20α-烯烃，优选衍生自(i)乙烯和(ii)选自由丙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的单元。优选地，弹性体乙烯共聚物(E1)中的乙烯含量为至少50重量％，更优选至少60重量％。因此，在一个优选实施方案中，弹性体乙烯共聚物(E1)包括50.0至85.0重量％、更优选60.0至78.0重量％的衍生自乙烯的单元。存在于弹性体乙烯共聚物(E1)中的共聚单体优选为丙烯和/或C4至C20α-烯烃，如1-丁烯、1-己烯和1-辛烯，后者特别优选。因此，在一个具体实施方案中，弹性体乙烯共聚物(E1)是具有本段中给出的量的乙烯-1-辛烯聚合物。
反过来，弹性体丙烯共聚物(E2)优选包括衍生自(i)丙烯和(ii)乙烯和/或C4-C8α-烯烃的单元。因此，弹性体丙烯共聚物(E2)包括衍生自(i)丙烯和(ⅱ)乙烯和/或至少另一种C4至C6α-烯烃的单元，更优选衍生自(i)丙烯和(ii)乙烯和至少另一种选自由1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃的单元，弹性体丙烯共聚物(E2)优选由衍生自(i)丙烯和(ⅱ)乙烯和/或至少另一种C4至C6α-烯烃的单元组合，更优选由衍生自(i)丙烯和(ii)乙烯和至少另一种选自由1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯和1-辛烯的α-烯烃组成的组的单元组成。弹性体丙烯共聚物(E2)可另外含有衍生自非共轭二烯的单元，然而，优选的是，弹性体丙烯共聚物(E2)仅由衍生自(i)丙烯和(ⅱ)乙烯和/或C4-C8α-烯烃的单元组成。
合适的非共轭二烯(如果使用的话)包括直链和支链的非环状二烯(例如1,4-己二烯、1,5-己二烯、1,6-辛二烯、5-甲基-1,4-己二烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯、3,7-二甲基-1,7-辛二烯、以及二氢月桂烯和二氢-罗勒烯的混合异构体)以及单环脂环族二烯(如1,4-环己二烯、1,5-环辛二烯、1,5-环十二碳二烯、4-乙烯基环己烯、1-烯丙基-4-异亚丙基环己烷、3-烯丙基环戊烯、4-环己烯和1-异丙烯基-4-(4-丁烯基)环己烷)。多环脂环族稠合和桥环二烯也是合适的，包括四氢茚、甲基四氢茚、二环戊二烯、双环(2,2,1)-2,5-庚二烯、2-甲基双环庚二烯，和烯基、亚烷基、环烯基和环亚烷基降冰片烯，例如5-亚甲基-2-降冰片烯、5-异亚丙基降冰片烯、5-(4-环戊烯基)-2-降冰片烯；和5-亚环己基-2-降冰片烯。优选的非共轭二烯是5-亚乙基-2-降冰片烯、1,4-己二烯和二环戊二烯。
因此，弹性体丙烯共聚物(E2)至少包括可衍生自丙烯和乙烯的单元，并且可以包括衍生自前面段落中定义的另外的α-烯烃的其它单元。然而，特别优选的是，弹性体丙烯共聚物(E2)包括仅可衍生自丙烯和乙烯以及任选的上述段落中所定义的非共轭二烯(例如1,4-己二烯)的单元。因此，乙烯丙烯非共轭二烯单体聚合物(EPDM)和/或作为弹性体丙烯共聚物(E2)的乙丙橡胶(EPR)是特别优选的，后者是最优选的。
在本发明的一个实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E2)是乙丙橡胶(EPR)。
优选地，弹性体丙烯共聚物(E2)中的丙烯的量在50至75重量％，更优选55至70重量％的范围内。因此，在一个具体实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E2)包括25至50重量％、更优选30至45重量％的衍生自乙烯的单元。优选地，弹性体丙烯共聚物(E2)是具有本段中定义的丙烯和/或乙烯含量的乙烯丙烯非共轭二烯单体聚合物(EPDM)或乙丙橡胶(EPR)，后者是特别优选的。
特别优选的是，多相丙烯共聚物(HECO)包括作为聚丙烯基体(M-HECO)的丙烯均聚物(H-PP2)和作为弹性体丙烯共聚物(E2)的乙丙橡胶(EPR)。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)具有1至300g/10min、更优选2至100g/10min、还更优选3至80g/10min、仍更优选4至40g/10min、例如在5至30g/10min范围内的熔体流动速率MFR2(230℃)。
这种多相丙烯共聚物(HECO)可以通过聚丙烯基体(M-HECO)与弹性体共聚物(E)的熔融混合，或原位通过本领域技术人员已知的序列聚合制备，例如至少在一个淤浆反应器中制备基体(M-HECO)，随后至少在一个气相反应器中制备弹性体共聚物(E)。
聚乙烯醇(PVA)纤维
PVA纤维是本领域已知的，优选通过湿法纺丝法或干法纺丝法制备。
PVA本身是由乙炔[74-86-2]或乙烯[74-85-1]在催化剂(如乙酸锌)的存在下通过与乙酸(在乙烯的情况下还有氧气)反应，以形成乙酸乙烯酯[108-05-4]，然后乙酸乙烯酯在甲醇中聚合而合成的。得到的聚合物用氢氧化钠进行甲醇分解，由此PVA从甲醇溶液中沉淀出来。
用于制造纤维的PVA通常具有不小于1000、优选不小于1200、更优选不小于1500的聚合度。最优选地，PVA具有约1700，例如1500至2000的聚合度。
乙酸乙烯酯的水解度通常为至少99摩尔％。
PVA纤维的机械性能根据纤维制造的条件(如纺丝工艺、拉伸工艺和缩醛化条件)以及原料PVA的制造条件而变化。
PVA纤维可以是(多)丝或短纤维的形式。
PVA纤维的特征在于高强度、低伸长率和高模量。
合适的PVA纤维优选具有至少0.4N/tex至1.7N/tex、更优选至少0.6N/tex至1.4N/tex、最优选至少0.7N/tex至1.0N/tex的韧度。
此外，这种纤维优选具有在3.0至35.0N/tex范围内、优选在10.0至30.0N/tex的范围内、更优选在15.0至25.0N/tex的范围内的杨氏模量(ISO 5079)。
适用于本发明的PVA纤维具有2.0至20mm、优选2.5至15mm、更优选3.0至10mm、最优选3.5至6.0mm的纤维长度。
合适的PVA纤维的纤维平均直径在10至20μm的范围内，优选在12至18μm的范围内。
此外，用所谓的上浆剂对适用于本发明的PVA纤维进行表面处理。这可以用已知的方法进行，例如将纤维浸入其中放置有上浆剂的槽中，夹住然后在热空气烘箱中或用热辊或热板干燥。
上浆剂的示例包括聚烯烃树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、淀粉、植物油、改性聚烯烃。
与聚乙烯醇纤维相关的上浆剂的量在本领域技术人员的普遍知识范围内，例如相对于100重量份的聚乙烯醇纤维，上浆剂的量可以在0.1至10重量份的范围内。
可以在上浆剂中加入表面处理剂以改善聚乙烯醇纤维和聚丙烯组合物之间的润湿性或粘合性。
表面处理剂的示例包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝偶联剂、铬偶联剂、锆偶联剂、硼烷偶联剂，并且优选的是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，更优选的是硅烷偶联剂。
极性改性聚丙烯偶联剂(CA)
纤维增强聚丙烯组合物任选地可以包括偶联剂(CA)。
合适的偶联剂(CA)是极性改性丙烯均聚物和共聚物，如丙烯与乙烯和/或与其它α-烯烃的共聚物，因为它们与纤维增强组合物的聚合物高度相容。
优选含有从极性化合物，特别是选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物组成的组获得的基团的改性聚丙烯。
所述极性化合物的具体示例是不饱和环酸酐及其脂肪族二酯，和二酸衍生物。特别地，可以使用马来酸酐和选自C1至C10直链和支链的马来酸二烷基酯、C1至C10直链和支链的富马酸二烷基酯、衣康酸酐、C1至C10直链和支链的衣康酸二烷基酯、马来酸、富马酸、衣康酸以及它们的混合物的化合物。
特别优选使用接枝有马来酸酐的丙烯聚合物作为改性聚合物，即作为偶联剂(CA)。
改性聚合物，即偶联剂(CA)能够以简单的方式，在自由基产生剂(例如有机过氧化物)的存在下，通过聚合物例如与马来酸酐的反应性挤出来制备，如在EP 0572028中所公开。
改性聚合物，即偶联剂(CA)中从极性化合物获得的基团的量为0.5-5.0重量％，优选0.5-4.0重量％，更优选0.5-3.0重量％。
改性聚合物(即偶联剂(CA))的熔体流动速率MFR2(230℃)的优选值为1.0至500g/10min。
纤维增强聚丙烯组合物
因此，本发明的纤维增强聚丙烯组合物包括，基于纤维增强组合物的总重量，
(a)98.0至50.0重量％的包括如上所述的聚丙烯(PP)的基体(M)，
(b)2.0至50.0重量％的如上所述的聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)0.0至5.0重量％的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯，
其中(a)、(b)和(c)的总和为100.0重量％。
优选地，纤维增强聚丙烯组合物包括，基于纤维增强组合物的总重量，
(a)95.0至55.0重量％的包括如上所述的聚丙烯(PP)的基体(M)，
(b)5.0至45.0重量％的如上所述的聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)0.0至2.5重量％的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯，
其中(a)、(b)和(c)的总和为100.0重量％。
更优选地，纤维增强聚丙烯组合物包括，基于纤维增强组合物的总重量，
(a)92.0至60.0重量％的包括如上所述的聚丙烯(PP)的基体(M)，
(b)8.0至40.0重量％的如上所述的聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)0.0至2.5重量％的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯，
其中(a)、(b)和(c)的总和为100.0重量％。
最优选地，纤维增强聚丙烯组合物包括，基于纤维增强组合物的总重量，
(a)90.0至65.0重量％的包括如上所述的聚丙烯(PP)的基体(M)，
(b)10.0至35.0重量％的如上所述的聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)0.0至2.5重量％的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯，
其中(a)、(b)和(c)的总和为100.0重量％。
除了上述组分之外，本发明组合物还可另外含有可用于例如汽车行业的本领域常规量的典型的其它添加剂，例如炭黑、其它颜料、抗氧化剂、UV稳定剂、成核剂、抗静电剂和滑爽剂，条件是(a)、(b)、(c)和其它添加剂的总和为100.0重量％。
将如上所述的添加剂加入到从聚合物生产过程的最终反应器中收集的聚丙烯(PP)中，或者在多相丙烯共聚物(HECO)的情况下还加入到通过熔融混合获得的聚合物中。
优选地，将这些添加剂混合到聚丙烯(PP)中或在一步配混过程中在挤出过程中混合。可选地，可以配制母料，其中聚丙烯(PP)首先仅与一些添加剂混合。
为了混合本发明的纤维增强组合物的各个组分，可以使用常规的混合或共混装置，例如班伯里密炼机、双辊橡胶磨、布氏共混捏合机(Buss-co-kneader)或双螺杆挤出机。优选地，在同向旋转双螺杆挤出机中完成混合。从挤出机回收的聚合物材料通常是粒料的形式。然后优选进一步处理这些粒料，例如通过注塑来产生本发明的纤维增强组合物的制品和产品。
根据本发明的纤维增强聚丙烯组合物具有以下性质：
(i)在23℃下根据ISO 527-2(十字头速度50mm/min)测得的至少8％、优选至少10％、更优选至少12％的断裂拉伸应变，和
(ii)在23℃下根据ISO 179-1eA：2000的至少10.0kJ/m2、优选至少12kJ/m2、更优选至少15kJ/m2的却贝缺口冲击强度。
此外，根据本发明的纤维增强聚丙烯组合物具有在23℃下根据ISO 527-2(十字头速度50mm/min)测量的至少35MPa、优选至少40MPa、更优选至少50MPa的拉伸强度。
因此，纤维增强聚丙烯组合物显示出改善的断裂应变和拉伸强度平衡以及另外优异的冲击性能。
本发明的聚丙烯组合物优选用于生产制品，特别是汽车制品，如成型汽车制品，优选汽车注塑制品。更优选的是用于生产汽车内饰和汽车外饰(例如保险杠、侧装饰件(sidetrim)、脚踏板(step assist，或称为辅助踏板)、车身面板、扰流板、仪表板、内装饰件等)的用途。
本发明还提供了(汽车)制品，如注塑制品，其包括至少60重量％、更优选至少80重量％、还更优选至少95重量％的本发明的聚丙烯组合物，例如由本发明的聚丙烯组合物组成。因此，本发明特别涉及汽车制品，特别是涉及汽车内饰和汽车外饰，如保险杠、侧装饰件、脚踏板、车身面板、扰流板、仪表板、内装饰件等，其包括至少60重量％、更优选至少80重量％、还更优选至少95重量％的本发明的聚丙烯组合物，例如由本发明的聚丙烯组合物组成。
此外，本发明还涉及用于制备如上所述的纤维增强组合物的方法，包括将以下加入挤出机中并挤出得到所述纤维增强组合物的步骤
(a)聚丙烯(PP)，
(b)聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)任选的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯。
具体实施方式
实验部分：
A)方法
拉伸试验：
利用根据EN ISO 1873-2制备、在230℃下根据ISO 527-2(1A)成型的注塑试样(狗骨形状，4mm厚度)，根据ISO 527-2(十字头速度50mm/min)，在23℃下测定拉伸强度和断裂拉伸应变。
却贝冲击试验(Charpy impact test)：根据ISO 179-1eA：2000在+23℃下使用根据ISO 1873-2：2007制备的80×10×4mm3的注塑棒试样测量却贝缺口冲击强度(NIS)。
B)使用的材料
对于基体(M)：
PP均聚物(PP-H)：
HJ325MO：由Borealis提供的含有成核和抗静电添加剂的聚丙烯均聚物。(CAS号：9003-07-0)
该聚合物是具有窄分子量分布、905kg/m3的密度(ISO1183)和50g/10min的MFR2(230℃；2.16kg；ISO 1133)；2.2重量％的XS和164℃的熔融温度和2.0kJ/m2的23℃下却贝缺口冲击强度的CR(可控流变学)牌号。
多相共聚物(PP-HECO)：
BG055AI：具有22g/10min的MFR(230℃/2.16kg)、通过二甲苯可溶物(XS)含量确定的18重量％的弹性体含量和920kg/m3的密度的成核高结晶度PP抗冲共聚物。基于聚合物的总重量，聚合物含有2重量％的滑石。
拉伸强度[MPa]为35MPa，23℃下的却贝缺口冲击强度为3.5kJ/m2；断裂拉伸应变为32％。
PVA纤维：
由Unitika提供的具有特定表面处理的用于PP的切碎的PVA纤维妙纶(Mewlon)2000T-750F HM1(高模量)，纤维长度4mm，韧度1N/tex，杨氏模量21.5N/tex。
偶联剂(CA)：
德国Kometra GmbH的市售马来酸酐官能化聚丙烯“Scona TPPP 8112FA”，具有0.9g/cm3的密度，具有100g/10min的MFR2(190℃；2.16kg)和1.4摩尔％的MAH含量。
对比例1(CE1)
GB205U是Borealis AG的市售玻璃纤维增强复合材料，其包括嵌入丙烯均聚物基体中的20重量％化学偶联玻璃纤维，具有2.2g/10min的MFR2(230℃)和166℃的熔融温度。
示例：
使用平行、同向旋转的双螺杆挤出机Brabender DSE20(螺杆直径20mm，长度40d)制备PP组合物，该平行、同向旋转的双螺杆挤出机在0、10、20和30d处具有可用于定量给料和排放的四个竖直口。对所有四个下游区域进行电加热和水冷却。挤出机在11和22d处具有两个侧向进料器。聚合物和添加剂通过vp1进料，vp2和vp4用于大气排放(vp3保持关闭)。纤维经由侧进料器通过sp1进料。
标准的配混熔体温度(compounding-melt-temperature)为190℃。
使用冷却至约15℃的水浴和Rieter的线料造粒机Primo 50将通过直径为3.0mm的模头挤出的熔体造粒。所有组分均通过Motan-Colortronic重量计量秤进料。单螺杆秤用于聚合物和MA-PP。纤维通过GBS-C双螺杆***进料。
从表1可以看出本发明示例1至5(IE1至IE5)的组成：
表1：
从表2可以看出本发明实施例1至5(IE1至IE5)和对比例1的性质：
表2：
IE1 IE2 IE3 IE4 IE5 CE1
拉伸强度 [MPa] 68 57 45 56 59 89
断裂拉伸应变 ％ 13.3 12.4 14.2 13.2 12.7 3.4
却贝缺口(23℃) kJ/m2 29.8 16.9 12.7 30.4 48.9 10.5
从该表和图1至5可清楚地看出，本发明的组合物，即PVA-纤维增强PP组合物具有改善的断裂应变和拉伸强度平衡与优异的冲击性能结合，即使未使用偶联剂。
本发明的组合物，即PVA-纤维增强PP组合物相对于可比较的组合物(使用玻璃纤维)的优点可以在测定的缺口冲击性能中进一步看出，其优于常规的基于均聚PP的GF复合材料。

Claims (12)

1.一种纤维增强聚丙烯组合物，基于所述纤维增强组合物的总重量，包括
(a)98.0至50.0重量％的包括聚丙烯(PP)的基体(M)，
(b)2.0至50.0重量％的聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)0.0至5.0重量％的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯，
其中(a)、(b)和(c)的总和为100.0重量％，其中所述组合物
(i)具有在23℃下根据ISO 527-2(十字头速度50mm/min)测得的至少8％的断裂拉伸应变，和
(ii)在23℃下根据ISO 179-1eA：2000的至少10.0kJ/m2的却贝缺口冲击强度。
2.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述基体(M)的所述聚丙烯(PP)是丙烯均聚物(H-PP1)，所述丙烯均聚物(H-PP1)具有
(i)根据ISO 1133测量的1至500g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)，
(ii)在150至175℃范围内的熔融温度Tm，
(iii)高于90摩尔％的全同立构五单元组浓度，
(iv)不超过5重量％的二甲苯冷可溶物含量(XCS)。
3.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述基体(M)的所述聚丙烯(PP)是多相丙烯共聚物(HECO)，所述多相丙烯共聚物(HECO)具有
a)根据ISO 6427(23℃)测量的在8.0至35重量％范围内的二甲苯冷可溶物含量(XCS)，和/或
b)根据ISO 1133测量的1至300g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)，和/或
c)基于所述多相丙烯共聚物(HECO)的总重量的5.0至25重量％的总的乙烯和/或C4至C8α-烯烃含量。
4.根据权利要求3所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述多相丙烯共聚物(HECO)包括
a)是丙烯均聚物(H-PP2)的聚丙烯基体(M-HECO)，和
b)弹性体共聚物(E)。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述聚乙烯醇(PVA)纤维具有
(i)至少0.4N/tex至1.7N/tex的韧度，
(ii)2.0至20mm的纤维长度，和
(ii)在10至20μm范围内的纤维平均直径。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯选自含有从极性化合物获得的基团的改性聚丙烯的组，所述极性化合物选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物组成的组。
7.根据权利要求6所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述极性化合物选自马来酸酐和选自C1至C10直链和支链的马来酸二烷基酯，C1至C10直链和支链的富马酸二烷基酯、衣康酸酐、C1至C10直链和支链的衣康酸二烷基酯、马来酸、富马酸、衣康酸以及它们的混合物的化合物。
8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述组合物具有
在23℃下根据ISO 527-2(十字头速度50mm/min)测得的至少10％的断裂拉伸应变，
(ii)在23℃下根据ISO 179-1eA：2000的至少12.0kJ/m2的却贝缺口冲击强度。
9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的纤维增强聚丙烯组合物，其中所述组合物具有在23℃下根据ISO 527-2(十字头速度50mm/min)测量的至少35MPa、优选至少40MPa、更优选至少50MPa的拉伸强度。
10.一种制品，包括根据前述权利要求1至9中任一项所述的聚丙烯组合物。
11.根据权利要求10所述的制品，其是选自汽车内饰和汽车外饰的汽车制品，例如保险杠、侧装饰件、脚踏板、车身面板、扰流板、仪表板、内装饰件等，其包括至少至60重量％、更优选至少80重量％、还更优选至少95重量％的所述聚丙烯组合物，例如由所述聚丙烯组合物组成。
12.一种用于制备根据前述权利要求1至9中任一项所述的纤维增强组合物的方法，包括将以下加入挤出机并挤出得到所述纤维增强组合物的步骤
(a)聚丙烯(PP)，
(b)聚乙烯醇(PVA)纤维，和
(c)任选的作为偶联剂(CA)的极性改性聚丙烯。
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