CN109721842A - 一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料及其制备方法，这种聚丙烯复合材料由以下重量百分比的原料组成：聚丙烯33～90，超细无机填料0～25，增韧剂5～20，全硫化粉末橡胶1～15，相容剂0.5～3，抗氧剂0.1～1，光稳定剂0.1～1，其他助剂0～2。本发明在聚丙烯复合材料体系中引入纳米级全硫化粉末橡胶，利用全硫化粉末橡胶对增韧剂弹性体的补强作用，协同增强增韧聚丙烯复合材料；同时纳米级全硫化粉末橡胶与超细无机填料能够在聚丙烯基体中形成核‑壳型结构，所得复合材料在保持较高韧性的同时，具有较高的强度和刚性。同时，全硫化粉末橡胶能够降低复合材料体系的光泽度，起到亚光效果。

Description

一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材 料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯复合材料，具体涉及一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料及其制备方法，是一种工艺简单、成本低的聚丙烯复合材料，具有较高的抗冲击性能的同时，保留较高的强度和刚性，同时复合材料具有较低的光泽等优点，能够完全满足汽车内饰仪表板的性能要求，属于聚合物改性和加工技术领域。

背景技术

近年来随着汽车工业的快速发展，塑料零部件在汽车内外饰中的占比越来越多。作为承载着驾驶侧安全性能的汽车仪表板，集成了安全气囊、方向控制***、仪器仪表，空调音响***等零部件，结构复杂，要求其具备较高的强度和刚性，以及较高的抗冲击性能。尤其是在受到外界冲击作用时，不会产生明显的破裂或尖锐碎片，尽可能的保护驾乘人员的安全。此外，由于仪表板正对驾驶员，其光面光泽度如果较高，就会有较强的光线反射，影响驾驶人员视线安全。

目前仪表板材料主要分为两类，一类是采用PC/ABS或玻纤增强聚丙烯材料作为本体骨架，热塑性弹性体、热塑性聚氨酯或者PVC在骨架表面搪塑发泡形成“三明治”结构的仪表板本体；但此类仪表板由于工艺复杂，成本高，仅在一些稍高端的汽车中使用；另外一类是采用聚丙烯复合材料直接通过一次注塑成型制备的硬塑仪表板本体；此类仪表板工艺简单，操作简便，成本低，在汽车仪表板中的需求越来越大。

常规硬塑仪表板主要采用无机填料和增韧剂来填充改性聚丙烯，所得聚丙烯材料可以获得较为理想的常温韧性。但在低温条件下，尤其在-30℃甚至-40℃等极限条件下，聚丙烯材料较高的玻璃化转变温度决定了其抗低温冲击性能较差，只能通过添加较高含量的增韧剂弹性体来改善，但同时会导致材料的强度和刚性下降，无法满足其它试验要求，如总成零件刚度试验等。此外，常规硬塑仪表板表面光泽较高，影响驾驶员视线，常常为消费者所诟病。相关专利对此进行了研究，如公开号CN101173075专利通过在聚丙烯复合材料中加入二氧化硅来降低复合材料的光泽度，但光泽降低有限，且影响复合材料的力学性能；公开号CN102807703B专利通过在复合材料中加入粉末丁腈橡胶、接枝聚丙烯和二氧化硅来改善材料的光泽，但材料的韧性受到影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料。

本发明的另一目的是提供这种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料的制备方法。

本发明涉及的改性聚丙烯复合材料通过以下技术方案实现上述目的：

一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制成：

本发明所适用的聚丙烯复合材料体系中，

所述的聚丙烯在230℃、2.16kg负荷条件下，熔体流动速率为10～70g/10min。

所述聚丙烯为均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；所述均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％；所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。

所述的超细无机填料为平均粒径范围0.05～1μm的无机填料，进而所述超细无机填料选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅、云母、硅灰石和蒙脱土中的一种或两种及以上的组合物，优选平均粒径0.5～2μm的滑石粉。

所述的增韧剂为乙烯-辛烯线形共聚物或乙烯-丁烯线形共聚物或者两者的组合，优选乙烯-丁烯线形共聚物，密度为0.88～0.90g/cm³，熔体流动速率为0.5～10g/10min。

所述的全硫化粉末橡胶为超细全硫化粉末丁苯橡胶，其平均粒径为20～500nm。

所述的相容剂为马来酸酐接枝聚烯丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯和马来酸接枝聚丙烯中的任意一种。

所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂；辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂。

所述的主抗氧剂为3114、1010和DSTP中的一种或几种混合；辅抗氧剂为618和168中的一种或两种。

所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。

所述的其它助剂为各种颜色添加剂、抗静电剂、阻燃剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂中的一种或多种。

上述汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)按权利要求1重量配比称取各组分；

(2)将聚丙烯、超细无机填料、增韧剂、全硫化粉末橡胶、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和其它助剂在高速混合器中干混3～15分钟；

(3)将混合好的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区200～210℃，四区205～215℃；螺杆转速为100-1000r/min；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa，排气真空度达到5～20kPa。

本发明的优点是：

1、本发明在聚丙烯复合材料的增韧体系中引入纳米级全硫化粉末橡胶，利用全硫化粉末橡胶对增韧剂弹性体的补强作用，协同增韧聚丙烯复合材料，尤其能够改善复合材料体系的低温韧性，同时起到补强作用。

2、纳米级全硫化粉末橡胶与超细无机填料能够在聚丙烯基体中形成核-壳型结构，所得复合材料在保持较高韧性的同时，具有较高的强度和刚性。

3、全硫化粉末橡胶能够降低复合材料体系的光泽度，起到表面亚光效果。

4、本发明的制备工艺简单，成本低，所得复合材料能够完全满足汽车硬塑仪表板材料的要求。

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。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。

在实施例及对比例的复合材料配方中，所用的聚丙烯为埃克森美孚公司生产的共聚聚丙烯，商品名为PP7555KNE2，其熔体流动速率为50g/10min(测试条件：230℃×2.16kg)。所用的滑石粉为10000目，其平均粒径为1.2μm。所用的增韧剂为DOW公司的乙烯-辛烯共聚物Engage8150，其密度为0.868g/cm3，熔融指数为0.5g/10min(测试条件：190℃×2.16kg)。所用的全硫化粉末橡胶为北京化工研究院生产的全硫化粉末丁苯橡胶，商品牌号VP-108，平均粒径约100nm，其凝胶含量为60wt％或更高。所用的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，其接枝率为1％。所用的主抗氧剂为BASF公司产的3114，商品牌号为Irganox 3114，化学名称为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯，以及英国ICE公司产的DSTP，商品牌号为Negonox DSTP，化学名称为硫代二丙酸十八酯。辅抗氧剂为BASF公司产的168，商品牌号为Irgafos 168，化学名称为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。所用的光稳定剂为BASF公司生产的944，化学名称为聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-双[(2,2,6,6-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}，以及BASF公司产的770，化学名称为双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。所用的其它助剂包括各种颜色添加剂、抗静电剂、阻燃剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂等。

使用前，按照上述组分和重量配比称取原料，将聚丙烯、超细无机填料、增韧剂、全硫化粉末橡胶、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和其它助剂在高速混合器中干混3～15分钟；然后将混合好的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区200～210℃，四区205～215℃；螺杆转速为100-1000r/min；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa，排气真空度达到5～20kPa。

实施例1

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括70.3％聚丙烯、15％滑石粉、5％增韧剂、5％全硫化粉末橡胶、2％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

实施例2

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括60.3％聚丙烯、20％滑石粉、10％增韧剂、5％全硫化粉末橡胶、2％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

实施例3

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括60.3％聚丙烯、20％滑石粉、5％增韧剂、10％全硫化粉末橡胶、2％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

实施例4

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括49.3％聚丙烯、25％滑石粉、15％增韧剂、5％全硫化粉末橡胶、3％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

实施例5

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括49.3％聚丙烯、25％滑石粉、10％增韧剂、10％全硫化粉末橡胶、3％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

实施例6

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括49.3％聚丙烯、25％滑石粉、5％增韧剂、15％全硫化粉末橡胶、3％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

对比例1

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括70.3％聚丙烯、15％滑石粉、10％增韧剂、2％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

对比例2

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括60.3％聚丙烯、20％滑石粉、15％增韧剂、2％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

对比例3

本发明聚丙烯复合材料主要组分包括49.3％聚丙烯、25％滑石粉、20％增韧剂、3％相容剂、0.1％抗氧剂3114、0.1％抗氧剂DSTP及0.2％抗氧剂168、0.15％光稳定剂944及0.15％光稳定剂770、2％其它助剂。

实施例1～6及对比例1～3聚丙烯复合材料主要成分质量百分含量见表1。

表1实施例1～6及对比例1～3材料配方表(重量％)

性能评价方式及实行标准：

将按上述方法制备的粒子材料，在90～100℃的鼓风干燥箱中干燥2～3小时，然后再将干燥好的粒子在注塑机上注塑成型试样。

熔体流动速率测试：按ISO 1133-1标准进行，测试条件为230℃，2.16kg。

拉伸性能测试：按ISO 527-2标准进行，试样尺寸为170×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；

弯曲性能测试：按ISO 178标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；

缺口冲击强度测试：按ISO 179-1标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；

低温落球冲击测试：按大众PV3905标准进行，试样为70×70×3.2mm的样板，试样时效处理温度为-30℃，时效处理时间为24h，落球高度为400mm；

光泽度测试：按标准GB8807用光泽度仪以60°角测试。

本发明实施例1～6和对比例1～3聚丙烯复合材料的性能检测结果分别见表2。

表2实施例1～6及对比例1～3材料性能表

从实施例1～6和对比例1～3的性能测试结果可以看出，在常规聚丙烯复合材料体系中引入全硫化粉末橡胶后，复合材料的冲击性能得到改善，尤其是低温缺口冲击性能，说明全硫化粉末橡胶能够改善复合材料的韧性，特别是低温韧性。同时，从实施例和对比例中还可以发现，复合材料的拉伸和弯曲性能并未降低，反而有不同程度的提升，说明全硫化粉末橡胶在复合体系中同时起到补强的作用。另外，随着全硫化粉末橡胶的加入，复合材料的光泽明显降低，光泽度甚至可以达到1.6，并且材料表面具有明显的亚光效果，能够完全满足硬塑仪表板对于材料低光泽、高模量和高抗冲的性能要求。

Claims (13)

1.一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：按以下重量百分比的原料制成：

2.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯在230℃、2.16kg负荷条件下，熔体流动速率为10～70g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；所述均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％；所述的嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。

4.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的超细无机填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅、

云母、硅灰石和蒙脱土中的一种或两种及以上的组合物。

5.根据权利要求4所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的超细无机填料其粒径平均范围为0.05～2μm。

6.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为乙烯-辛烯线形共聚物或乙烯-丁烯线形共聚物或者两者的组合，密度为0.88～0.90g/cm³，熔体流动速率为0.5～10g/10min。

7.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的全硫化粉末橡胶为超细全硫化粉末丁苯橡胶，其平均粒径为20-～500nm。

8.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚烯丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯和马来酸接枝聚丙烯中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂；辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂。

10.根据权利要求9所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的主抗氧剂为3114、1010和DSTP中的一种或几种混合；

辅抗氧剂为618和168中的一种或两种。

11.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。

12.根据权利要求1所述的一种汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其它助剂为各种颜色添加剂、抗静电剂、阻燃剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂中的一种或多种。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的汽车硬塑仪表板用低光泽、高刚性、高抗冲聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：

(1)按权利要求1重量配比称取各组分；

(2)将聚丙烯、超细无机填料、增韧剂、全硫化粉末橡胶、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和其它助剂在高速混合器中干混3～15分钟；

(3)将混合好的原料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后冷却造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区200～210℃，四区205～215℃；螺杆转速为100-1000r/min；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa，排气真空度达到5～20kPa。