CN107793637B - 聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法 - Google Patents

聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法，其原料按质量百分比包括：聚丙烯，33.8％‑88.8％；改性滑石粉，10％‑60％；抗氧剂，0.2％‑2％；助剂，1％‑6％。本发明的聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法，所采用的材料主要是改性滑石粉，经过超零界二氧化碳状态下插层改性后的滑石粉在聚丙烯基体中成片层结构，使其在加工过程中，聚合物大分子更容易进入，改性后的滑石粉在聚丙烯中的剥离程度大大提高，相同质量份数的滑石粉对声波的反射次数增多，具有优异的隔音效果以及更好的增刚效果，提高了复合材料的吸声、隔音性能。

Description

聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料等领域，具体为一种聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯PP作为五大通用塑料之一，具有优异的机械性能、耐热性、加工成型性以及相对低廉的价格，使其在塑料中占有重要地位，在日常生活中的到广泛应用。目前，未改性过的聚丙烯并不能满足日常生活对其性能的要求，所以通常会对其进行改性，通过滑石粉填充，不仅有效的提升了材料的力学性能，并且能够进一步降低材料成本，是目前汽车用聚丙烯材料改性的常用方法之一。
随着当前汽车轻量化、环保化需求的日益突出，轻质、高刚、易加工成型的隔音材料显得极为重要。目前，控制噪音的基本方式有隔声、吸声、阻尼和隔振。传统隔声材料工程一般采用密度高、厚度大的材料以提高隔声效果，但其成本高，施工困难。聚合物具有种类多、质量轻、易加工等特点，但其密度较小，隔音效果不佳。为了充分发挥聚合物的优势，增强其隔声效果，近年来开发了以聚合物为基体的符合隔音材料，该类材料采用多相复合材料体系，在材料内部形成密度不同的多相界面结构。它既具有高效的吸声、隔声性能、加工性能好、耐腐蚀性等诸多优点。但目前的改性隔音材料大多是通过高含量、高密度物质填充或是发泡的方法以达到吸音效果，这两种情况分别带来材料密度过大以及力学性能的妥协，与汽车轻量化的趋势相背离。
发明内容
本发明的目的是：提供一种聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法，以解决现有技术中汽车轻量化和良好隔音性能两者不能兼顾的问题。
为解决现有的技术问题：本发明提供一种聚丙烯改性的隔音复合材料，其原料按质量百分比包括：聚丙烯33.8％-88.8％；改性滑石粉，10％-60％；抗氧剂，0.2％-2％；助剂，1％-6％。
在本发明一较佳的实施例中，所述聚丙烯，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为2g/min-70g/min。
在本发明一较佳的实施例中，所述改性滑石粉的颗粒粒径为400目-2000目。
在本发明一较佳的实施例中，所述抗氧剂包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、硫代二丙酸双十八酯中的至少一种。
在本发明一较佳的实施例中，所述助剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
为解决现有技术问题，本发明还提供一种聚丙烯改性的隔音复合材料的制备方法，包括以下步骤：获取原料：获取权利要求1-5中任一项所述的聚丙烯改性的隔音复合材料的原料；混合均匀全部所述原料，得到混合料；将所述混合料经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，经熔融且通过挤料螺杆挤出，得到挤出物；对所述挤出物进行冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯改性复合材料。
在本发明一较佳的实施例中，所述挤料螺杆的直径为35mm，长径比为40，所述主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，所述挤料螺杆的转速为200～500转/分钟。
在本发明一较佳的实施例中，获取原料步骤中，包括改性滑石粉预处理步骤；所述改性滑石粉预处理步骤包括将滑石粉和改性剂十六烷基三甲基溴化铵按质量比为5:1的比例，加入到反应釜中，并密闭反应釜，设定反应釜的反应温度为35-45℃和气压为15MPa-25MPa；通入二氧化碳气体，开动搅拌装置，升压至20MPa，反应2h，并通过快速卸压得到片层结构的所述改性滑石粉。
本发明的优点是：本发明的聚丙烯改性的隔音复合材料及其制备方法，所采用的材料主要是改性滑石粉，经过超零界二氧化碳状态下插层改性后的滑石粉在聚丙烯基体中成片层结构，使其在加工过程中，聚合物大分子更容易进入，改性滑石粉剥离程度将提高，并且在基体中的分散程度提高。片层结构的滑石粉对声波的具有反射作用，可以起到了阻隔作用。并且，滑石粉片层结构与聚丙烯两相结构差别很大，通过偶联剂改性后，具有一定的结合力，形成了微约束阻尼结构，声波在界面处传播行为使声波得到削弱，提高了隔声效果。改性后的滑石粉在聚丙烯中的剥离程度大大提高，相同质量份数的滑石粉对声波的反射次数增多，具有优异的隔音效果以及更好的增刚效果，提高了复合材料的吸声、隔音性能。
附图说明
图1为实施例2的产品中改性滑石粉的分散透射电镜照片。
图2为对比例3的产品中未改性的滑石粉的分散透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例1-5以及对比例1-3对本发明进行进一步的解释和说明。
其中，实施例1-5和对比例1-3所用的原料如下所示。
本发明实施例所用原料：
聚丙烯(PP-1):共聚聚丙烯Z30S，熔融指数MFR为30.2g/10min(230℃、2.16Kg)。
聚丙烯(PP-2):均聚聚丙烯T30S，熔融指数MFR为2.9g/10min(230℃、2.16Kg)。
抗氧剂:抗氧剂1010，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂168，三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯。
助剂：界面相容剂，选择硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂(FD-201)。
改性滑石粉：其获取步骤如：将滑石粉和改性剂十六烷基三甲基溴化铵按质量比为5:1的比例，加入到反应釜中，并密闭反应釜，设定反应釜的反应温度为35-45℃和气压为15MPa-25MPa；通入二氧化碳气体，开动搅拌装置，升压至20MPa，反应2h，并通过快速卸压得到片层结构的所述改性滑石粉。为了更加具体的说明本发明，因此，在实施例1-5和对比例3中所采用的改性滑石粉为滑石粉-1(BHS-1250)或滑石粉-2(SD-700)。
其中下表1为实施例1-5中各实施例所选取的原料中各组分的质量。
表1：实施例1-5中的原料的各组分的质量。(单位：克)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
PP-1 88.8 55.8 33.8
PP-2 77.8 77.8
滑石粉-1 10 20 40 60
滑石粉-2 20
抗氧剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
助剂 1 2 2 4 6
实施例1：按表1中所示的各原料的质量称取：聚丙烯(PP-1)88.8g、滑石粉-1(BHS-1250)10g、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g、钛酸酯偶联剂1g。将上述聚丙烯(PP-1)、滑石粉-1(BHS-1250)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、钛酸酯偶联剂置于高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品，即聚丙烯改性的隔音复合材料。
实施例2：按表1中所示的各原料的质量称取：聚丙烯(PP-2)77.8g、滑石粉-1(BHS-1250)20g、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g、钛酸酯偶联剂2g。将上述聚丙烯(PP-2)、滑石粉-1(BHS-1250)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、钛酸酯偶联剂置于高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品，即聚丙烯改性的隔音复合材料。
实施例3：按表1中所示的各原料的质量称取：聚丙烯(PP-2)77.8g、滑石粉-2(SD-700)20g、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g、钛酸酯偶联剂2g。将上述聚丙烯(PP-2)、滑石粉-2(SD-700)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、钛酸酯偶联剂置于高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品，即聚丙烯改性的隔音复合材料。
实施例4：按表1中所示的各原料的质量称取：聚丙烯(PP-1)55.8g、滑石粉-1(BHS-1250)40g、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g、钛酸酯偶联剂4g。将上述聚丙烯(PP-1)、滑石粉-1(BHS-1250)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、钛酸酯偶联剂置于高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品，即聚丙烯改性的隔音复合材料。
实施例5：按表1中所示的各原料的质量称取：聚丙烯(PP-1)33.8g、滑石粉-1(BHS-1250)60g、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯0.2g、硅烷偶联剂6g。将上述聚丙烯(PP-1)、滑石粉-1(BHS-1250)、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、硅烷偶联剂置于高速混合机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品，即聚丙烯改性的隔音复合材料。
对比例1
称取33.8重量份PP-1、60质量份硫酸钡、0.2质量份抗氧剂、6质量份钛酸酯偶联剂，在高速混合机中混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品。
对比例2
称取33.8重量份PP-1、60质量份铁粉、0.2质量份抗氧剂、6质量份钛酸酯偶联剂，在高速混合机中混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品。
对比例3
称取77.8重量份PP-2、20质量份未改性滑石粉-1、0.2质量份抗氧剂、2质量份钛酸酯偶联剂，在高速混合机中混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出造粒。挤料螺杆直径为35mm，长径比L/D为40，主机转速设定为200转/分钟，主机筒的各分区温度(从加料口到机头出口)设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，经熔融挤出、冷却、造粒、烘干处理等工序后得到产品。
下面对实施例1-5所制得的产品以及对比例1-3所制得的产品进行性能测试和对比。
产品性能测试的标准如下：
拉伸性能：按ISO527-2标准进行，测试速率为5mm/min；
弯曲性能：按IS178标准进行，跨距为64mm，测试速率为2mm/min；
冲击性能：按ISO179-1标准在简支梁冲击试验机上进行，样条缺口为A型；
热变形温度测试：按GB1634.2-2004标准进行，载荷为0.45MPa；
密度测试：按ISO1183-1标准进行测试；
隔音性能测试：按GB/T18696.2-2002标准进行，试样厚度为3mm，声源频率为400Hz。
测试后得到实施例1-5和对比例1-3的产品的测试性能的参数，如表2所示。
表2：实施例1-5和对比例1-3的产品的各项测试性能的参数。
Figure BDA0001439176440000091
从表2所示的各实施例及对比例的性能测试来看，采用本发明中所述的改性滑石粉在聚丙烯中的剥离程度大大提高，并且在基体中的分散程度明显提高，如图1、图2对比所示，可明显改善复合材料的力学性能、隔音效果。在相同含量条件下，改性滑石粉较硫酸钡、铁粉填充，复合材料具有更好的隔音效果，并且具有更低的密度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚丙烯改性的隔音复合材料，其特征在于，其原料按质量百分比包括：
聚丙烯33.8％-55.8％；
改性滑石粉40％-60％；
抗氧剂0.2％-2％；
助剂4％-6％；
所述改性滑石粉是在超临界二氧化碳存在下用改性剂十六烷基三甲基溴化铵插层改性的滑石粉。
2.根据权利要求1所述聚丙烯改性的隔音复合材料，其特征在于：所述聚丙烯，在230℃、2.16Kg的测试条件下，其熔融指数为2 g/min-70 g/min。
3.根据权利要求1所述聚丙烯改性的隔音复合材料，其特征在于：所述改性滑石粉的颗粒粒径为400目-2000目。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯改性的隔音复合材料，其特征在于：所述抗氧剂包括四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基 )亚磷酸苯酯、硫代二丙酸双十八酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯改性的隔音复合材料，其特征在于：所述助剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
6.一种聚丙烯改性的隔音复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取原料：获取权利要求1-5中任一项所述的聚丙烯改性的隔音复合材料的原料；
混合均匀全部所述原料，得到混合料；
将所述混合料经喂料螺杆加入到挤出机的主机筒内，经熔融且通过挤料螺杆挤出，得到挤出物；
对所述挤出物进行冷却、造粒、烘干处理，制得聚丙烯改性复合材料。
7.根据权利要求6所述的聚丙烯改性的隔音复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤料螺杆的直径为35mm，长径比为40，所述主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：60℃、180℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃，所述挤料螺杆的转速为200～500转/分钟。
8.根据权利要求6所述的聚丙烯改性的隔音复合材料的制备方法，其特征在于，获取原料步骤中，包括改性滑石粉预处理步骤；
所述改性滑石粉预处理步骤包括将滑石粉和改性剂十六烷基三甲基溴化铵按质量比为5:1的比例，加入到反应釜中，并密闭反应釜，设定反应釜的反应温度为35-45℃和气压为15MPa-25MPa；
通入二氧化碳气体，开动搅拌装置，升压至20MPa，反应2h，并通过快速卸压得到片层结构的所述改性滑石粉。
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