CN110498968A - 一种聚丙烯热塑性弹性体复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚丙烯热塑性弹性体复合材料，该复合材料的原料组成，按重量份数计，包括：聚丙烯40‑70份，弹性体POE 8‑15份，液体硅橡胶5‑10份，纳米氧化铈粉末2‑3份，纳米陶瓷粉1.5‑3.2份，羧基丁腈胶乳13‑20份，交联剂0.6‑1.3份，增容剂3‑9份，抗氧化剂1.2‑3.1份，偶联剂1.5‑2.5份，填料2.5‑3份，本发明制备的聚丙烯热塑性弹性体复合材料力学强度高，还具有优异的低温抗冲击性能，‑40℃下低温缺口冲击强度达到5.81‑6.34KJ/m2，除此之外，制品材料表面光滑，具有较好的耐划伤性能。

Description

一种聚丙烯热塑性弹性体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，具体涉及一种聚丙烯热塑性弹性体复合材料及其制备方法，属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
由于聚丙烯原料来源丰富、价格低廉,其优异的机械强度和加工性，被广泛应用于汽车、电器、日用品及家具包装等各个领域。聚丙烯塑料是乘用类汽车常用的非金属材料之一，在中级轿车聚丙烯塑料的用量已经占到整车质量的12%到15%，聚丙烯已经成为车用塑料中，发展快、应用比例最大、使用频次最高的塑料之一。
汽车内饰作为车身***的重要组成部件，有着广阔的市场前景。所谓的汽车内饰主要是指汽车内部所用到的汽车产品，涉及到汽车内部的方方面面，比如汽车车门内饰板、汽车坐垫，汽车脚垫等等。这部分零部件不光只有装饰作用，他们所涉及到的功能性、安全性、以及工程属性是非常丰富的，对于汽车内饰复合材料的研究是汽车内饰材料领域的研究重点。
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发明内容
为解决现有技术中存在的问题，对现有工艺进行进一步优化，本发明提供一种聚丙烯热塑性弹性体复合材料及其制备方法，以实现提高拉伸强度、提高低温抗冲强度、提高材料耐划伤性的发明目的。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，其特征在于，按重量份数计，由以下原料组成：聚丙烯40-70份，弹性体POE 8-15份，液体硅橡胶5-10份，纳米氧化铈粉末2-3份，纳米陶瓷粉1.5-3.2份，羧基丁腈胶乳13-20份，交联剂0.6-1.3份，增容剂3-9份，抗氧化剂1.2-3.1份，偶联剂1.5-2.5份，填料2.5-3份；
所述聚丙烯为等规聚丙烯和间规聚丙烯的混合，两者混合比例为8-9:2；等规聚丙烯，等规度95%以上；
所述弹性体POE为一种乙烯-辛烯的共聚物，230℃×2.16kg 测试条件下，其熔体流动速率为13～16g/10min；
所述液体硅橡胶，为甲基乙烯基硅橡胶或甲基乙烯基苯基硅橡胶的一种：
所述纳米氧化铈粉末，粒径范围90-150nm；
所述纳米陶瓷粉，粒度为10-100nm；
所述羧基丁腈胶乳，是丁二烯、丙烯腈和甲基丙烯酸的共聚胶乳，总固物质量分数40%～45%，羧基质量分数4%～6%；
所述交联剂是可与羧基反应的交联剂，为异氰酸酯、环氧硅氧烷其中的一种；
所述增容剂为聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物，接枝率为1-4%；
所述抗氧化剂为包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168），辅抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酸酯（抗氧剂DLTDP）；主抗氧剂与辅抗氧剂混合质量比为0.9-1.2：1；
所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯和KH550硅烷偶联剂的混合物，两者混合质量比为2-3.5:1；
所述填料为蒙脱土、碳酸钙、二氧化硅的一种；
所述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料的制备方法，包括密炼和挤出成型；
所述密炼，将总重量20-40%的聚丙烯、50%的交联剂与全部其余成分投入密炼机中，密炼时间5~10min，密炼温度150℃~165℃，得到聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒；
所述挤出成型，将剩余60-80%的聚丙烯、聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒、和另外50%的交联剂加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区：145-160 ℃，二区160-180℃，三区180-200℃，四区200-210℃，五区195-190℃；
所述挤出成型，挤出过程的时间为20-23分钟，压力10-15Mpa，螺杆转速450-500r/min。
采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
1、本发明制备的聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，提高了材料的力学性能，拉伸强度达到29.5-38.8MPa，弯曲强度达到44.3-50.9MPa，静曲强度达到60.2-63.4 MPa；
2、本发明制备的聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，提高了材料的低温抗冲性能，悬臂梁缺口冲击强度16.2-18.6KJ/m2，-40℃下低温缺口冲击强度5.81-6.34KJ/m2；
3、本发明制备的聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，采用划格仪在皮纹板上十字划格划出间隔2mm的条纹，检测划伤前后的ΔL值为0.22-0.34，表面摩擦系数为0.06-0.11，材料具有较好的耐划伤性能；
4、本发明制备的聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，降低了材料的密度，室温25℃下密度为0.721-0.815g/cm3；
5、本发明制备的聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，吸水厚度膨胀率低，在水中浸泡24h，厚度膨胀率0.2-0.4%。
具体实施方式：
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。
实施例1 一种聚丙烯/热塑性弹性体复合材料
所述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，以重量份计，包括以下组分：
聚丙烯40份，弹性体POE 8份 ，液体硅橡胶5份，纳米氧化铈粉末2份，纳米陶瓷粉1.5份，羧基丁腈胶乳13份，交联剂0.6份，增容剂3份，抗氧化剂1.2份，偶联剂1.5份，填料2.5份；
所述聚丙烯为等规聚丙烯和间规聚丙烯的混合，两者混合质量比例为8.3:2；等规聚丙烯，等规度95%；
所述弹性体POE为一种乙烯-辛烯的共聚物，230℃×2.16kg 测试条件下，其熔体流动速率为13g/10min；
所述液体硅橡胶，为甲基乙烯基硅橡胶：
所述纳米氧化铈粉末，粒径范围90-100nm；
所述纳米陶瓷粉，粒度为10-20nm；
所述羧基丁腈胶乳，是丁二烯、丙烯腈和甲基丙烯酸的共聚胶乳，总固物质量分数40%，羧基质量分数4%；
所述交联剂是可与羧基反应的交联剂，为异氰酸酯；
所述增容剂为聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物，接枝率为1%；
所述抗氧化剂为包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168），辅抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酸酯（抗氧剂DLTDP）；主抗氧剂与辅抗氧剂混合质量比为1：1；
所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯和KH550硅烷偶联剂的混合物，两者混合质量比为2:1；
所述填料为蒙脱土；
上述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料
按比例称取各组分备用；
（2）密炼
将总重量25%的聚丙烯、50%的交联剂与全部的弹性体POE、液体硅橡胶、纳米氧化铈粉末、羧基丁腈胶乳、增容剂、抗氧化剂、偶联剂、填料投入密炼机中进行密炼，密炼机中密炼5min，密炼温度150℃，然后采用挤出机挤出造粒，得到聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒；
（3）挤出成型
将剩余75%的聚丙烯、聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒、和另外50%的交联剂加入到双螺杆挤出机中，进行熔融剪切、混炼、均化后挤出成型，制备出聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区：145-160 ℃，二区160-180℃，三区180-200℃，四区200-210℃，五区195-190℃。挤出过程的时间为20分钟，压力10-12Mpa，螺杆转速450r/min。
实施例2一种聚丙烯/热塑性弹性体复合材料
所述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，以重量份计，包括以下组分：
聚丙烯55份，弹性体POE10份 ，液体硅橡胶6份，纳米氧化铈粉末2份，纳米陶瓷粉1.5份，羧基丁腈胶乳16份，交联剂1份，增容剂6份，抗氧化剂1.5份，偶联剂1.5份，填料2.5份；
所述聚丙烯为等规聚丙烯和间规聚丙烯的混合，两者混合质量比例为8.5:2；等规聚丙烯，等规度95%；
所述弹性体POE为一种乙烯-辛烯的共聚物，230℃×2.16kg 测试条件下，其熔体流动速率为13g/10min；
所述液体硅橡胶，为甲基乙烯基苯基硅橡胶：
所述纳米氧化铈粉末，粒径范围110-120nm；
所述纳米陶瓷粉，粒度为30-40nm；
所述羧基丁腈胶乳，是丁二烯、丙烯腈和甲基丙烯酸的共聚胶乳，总固物质量分数42%，羧基质量分数4%；
所述交联剂是可与羧基反应的交联剂，为环氧硅氧烷；
所述增容剂为聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物，接枝率为2%；
所述抗氧化剂为包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168），辅抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酸酯（抗氧剂DLTDP）；主抗氧剂与辅抗氧剂混合质量比为1.1：1；
所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯和KH550硅烷偶联剂的混合物，两者混合质量比为3:1；
所述填料为蒙脱土；
上述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料
按比例称取各组分备用；
（2）密炼
将总重量30%的聚丙烯、50%的交联剂与全部的弹性体POE、液体硅橡胶、纳米氧化铈粉末、羧基丁腈胶乳、增容剂、抗氧化剂、偶联剂、填料投入密炼机中进行密炼，密炼机中密炼10min，密炼温度150℃，然后采用挤出机挤出造粒，得到聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒；
（3）挤出成型
将剩余70%的聚丙烯、聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒、和另外50%的交联剂加入到双螺杆挤出机中，进行熔融剪切、混炼、均化后挤出成型，制备出聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区：145-160 ℃，二区160-180℃，三区180-200℃，四区200-210℃，五区195-190℃。挤出过程的时间为20分钟，压力12Mpa，螺杆转速500r/min。
实施例3一种聚丙烯/热塑性弹性体复合材料
所述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，以重量份计，包括以下组分：
聚丙烯70份，弹性体POE15份 ，液体硅橡胶8份，纳米氧化铈粉末3份，纳米陶瓷粉3.2份，羧基丁腈胶乳20份，交联剂1.3份，增容剂9份，抗氧化剂3.1份，偶联剂2份，填料3份；
所述聚丙烯为等规聚丙烯和间规聚丙烯的混合，两者混合质量比例为9:2；等规聚丙烯，等规度98%；
所述弹性体POE为一种乙烯-辛烯的共聚物，230℃×2.16kg 测试条件下，其熔体流动速率为15g/10min；
所述液体硅橡胶，为甲基乙烯基硅橡胶：
所述纳米氧化铈粉末，粒径范围130-150nm；
所述纳米陶瓷粉，粒度为80-100nm；
所述羧基丁腈胶乳，是丁二烯、丙烯腈和甲基丙烯酸的共聚胶乳，总固物质量分数40%，羧基质量分数6%；
所述交联剂是可与羧基反应的交联剂，为环氧硅氧烷；
所述增容剂为聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物，接枝率为2%；
所述抗氧化剂为包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168），辅抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酸酯（抗氧剂DLTDP）；主抗氧剂与辅抗氧剂混合质量比为1.2：1；
所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯和KH550硅烷偶联剂的混合物，两者混合质量比为3:1；
所述填料为二氧化硅；
上述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料
按比例称取各组分备用；
（2）密炼
将总重量40%的聚丙烯、50%的交联剂与全部的弹性体POE、液体硅橡胶、纳米氧化铈粉末、羧基丁腈胶乳、增容剂、抗氧化剂、偶联剂、填料投入密炼机中进行密炼，密炼机中密炼10min，密炼温度165℃，然后采用挤出机挤出造粒，得到聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒；
（3）挤出成型
将剩余60%的聚丙烯、聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒、和另外50%的交联剂加入到双螺杆挤出机中，进行熔融剪切、混炼、均化后挤出成型，制备出聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区：145-160 ℃，二区160-180℃，三区180-200℃，四区200-210℃，五区195-190℃。挤出过程的时间为23分钟，压力15Mpa，螺杆转速500r/min。
实施例4一种聚丙烯/热塑性弹性体复合材料
所述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料，以重量份计，包括以下组分：
聚丙烯60份，弹性体POE15份 ，液体硅橡胶10份，纳米氧化铈粉末3份，纳米陶瓷粉2份，羧基丁腈胶乳18份，交联剂1.2份，增容剂6份，抗氧化剂2.5份，偶联剂2.5份，填料2.5份；
所述聚丙烯为等规聚丙烯和间规聚丙烯的混合，两者混合比例为8:2；等规聚丙烯，等规度98%；
所述弹性体POE为一种乙烯-辛烯的共聚物，230℃×2.16kg 测试条件下，其熔体流动速率为15g/10min；
所述液体硅橡胶，为甲基乙烯基硅橡胶与甲基乙烯基苯基硅橡胶的一种：
所述纳米氧化铈粉末，粒径范围130-150nm；
所述纳米陶瓷粉，粒度为30-40nm；
所述羧基丁腈胶乳，是丁二烯、丙烯腈和甲基丙烯酸的共聚胶乳，总固物质量分数45%，羧基质量分数6%；
所述交联剂是可与羧基反应的交联剂，为异氰酸酯；
所述增容剂为聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物，接枝率为4%；
所述抗氧化剂为包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯（抗氧剂168），辅抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酸酯（抗氧剂DLTDP）；主抗氧剂与辅抗氧剂混合质量比为1.2：1；
所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯和KH550硅烷偶联剂的混合物，两者混合质量比为2:1；
所述填料为碳酸钙；
上述聚丙烯/热塑性弹性体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料
按比例称取各组分备用；
（2）密炼
将总重量40%的聚丙烯、50%的交联剂与全部的弹性体POE、液体硅橡胶、纳米氧化铈粉末、羧基丁腈胶乳、增容剂、抗氧化剂、偶联剂、填料投入密炼机中进行密炼，密炼机中密炼10min，密炼温度165℃，然后采用挤出机挤出造粒，得到聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒；
（3）挤出成型
将剩余60%的聚丙烯、聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒、和另外50%的交联剂加入到双螺杆挤出机中，进行熔融剪切、混炼、均化后挤出成型，制备出聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机各区的加工工艺温度分别为：一区：145-160 ℃，二区160-180℃，三区180-200℃，四区200-210℃，五区195-190℃。挤出过程的时间为23分钟，压力15Mpa，螺杆转速500r/min。
实施例1-4制备的聚丙烯/热塑性弹性体复合材料地性能测试结果如下表：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯热塑性弹性体复合材料，其特征在于，按重量份数计，由以下原料组成：聚丙烯40-70份，弹性体POE 8-15份，液体硅橡胶5-10份，纳米氧化铈粉末2-3份，纳米陶瓷粉1.5-3.2份，羧基丁腈胶乳13-20份，交联剂0.6-1.3份，增容剂3-9份，抗氧化剂1.2-3.1份，偶联剂1.5-2.5份，填料2.5-3份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述羧基丁腈胶乳，是丁二烯、丙烯腈和甲基丙烯酸的共聚胶乳，总固物质量分数 40%～45%，羧基质量分数4%～6%。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述弹性体POE为一种乙烯-辛烯的共聚物，熔体流动速率为13～16g/10min。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述液体硅橡胶，为甲基乙烯基硅橡胶或甲基乙烯基苯基硅橡胶的一种。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述纳米氧化铈粉末，粒径范围90-150nm。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述交联剂是可与羧基反应的交联剂，所述交联剂为异氰酸酯、环氧硅氧烷中的一种。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料，其特征在于，所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯和KH550硅烷偶联剂的混合物，两者混合质量比为2-3.5:1。
8.一种聚丙烯热塑性弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，包括密炼和挤出成型；所述密炼，将总重量20-40%的聚丙烯、50%的交联剂与全部其余成分投入密炼机中进行密炼,得到聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出成型，将剩余60-80%的聚丙烯、聚丙烯/热塑性弹性体预混合母粒、和另外50%的交联剂加入到双螺杆挤出机中。
10.根据权利要求9所述的聚丙烯热塑性弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，挤出过程的时间为20-23分钟，压力10-15Mpa，螺杆转速450-500r/min。
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