CN111040295A - 一种低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车材料技术领域，特别涉及一种低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。所述聚丙烯复合材料具体包括以下质量百分比的组分：聚丙烯树脂60～80％，弹性体1～20％，多孔性填料1～10％，滑石粉1～20％，抗氧剂0.1～1％，润滑剂0.1～1％，光稳定剂0.1～1％。本发明通过在螺杆特定位置加入分子筛及多孔陶瓷填料，该类填料能在基材表面形成均匀分布的微孔，形成物理吸附点，其中分子筛吸附较小体积分子的油漆组分，而多孔陶瓷主要吸附较大体积分子的油漆组分，从而大大增加了聚丙烯基材和油漆的附着力。并且还能降低聚丙烯复合材的气味和VOC水平。

Description

一种低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料及其 制备方法和应用

技术领域

本发明属于汽车材料技术领域，特别涉及一种低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

“低碳环保，节能减排”是十二五规划的重要议题之一。对于汽车制造商来说，从设计开发阶段就要考虑使用绿色环保的材料，不仅是企业产品升级和技术创新的需要，而且体现了企业的社会责任。针对汽车材料向轻量化、环保化发展的趋势，材料厂商积极推出新的解决方案，而以塑代钢、低散发、免底漆可喷涂材料正是轻量化及环保化的代表材料之一。

聚丙烯复合材料因为具有密度低，价格低廉等特点而广泛应用于汽车零部件中。而汽车外饰零件因为要达到美观及高等级耐候要求，通常都需要在产品表面做喷漆处理。目前，主流的聚丙烯材料喷涂工艺为三喷两烘工艺，在面漆及清漆喷涂前要进行喷底漆处理，以增加面漆和聚丙烯基材的附着力。此过程存在环节繁多、复杂、耗时长问题，不但造成严重工厂环境污染，还会使得喷漆价格昂贵，处理不精细容易导致油漆附着力下降，产品喷涂不合格。另一方面，汽车外饰中的翼子板和尾门等零件，因为需要和周边多个零件匹配尺寸，对产品的尺寸稳定性要求很严格，因此该类零件目前主要是使用金属材料，产品重量大，设计自由度低。而汽车内饰对气味性和挥发性有机化合物(VOC)的要求也越来越高，因此内饰用材料的散发性必须得到很好的控制。

中国发明专利公开文本CN103627262A公开了一种免底漆、可直接喷涂的保险杠复合材料及制备方法。该发明专利通过添加一种负载型镍离子滑石粉，相对普通滑石粉填充材料，该材料可增加漆膜附着力，可直接喷涂面漆，简化了喷涂底漆的工序。

中国发明专利公开文本CN109181118A公开了一种免底漆喷涂汽车外饰材料及其制备方法，该发明专利主要通过添加高活性协效剂和界面促进剂来提高PP基材和漆膜的附着力，可直接进行色漆或面漆喷涂，具有环保无污染、低VOC特点。

但目前的这些研究主要还存在以下不足：①将无机填料负载金属离子的工艺复杂，稳定性较差；②高活性类物质因活性太高，生产过程可控性差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料。

本发明另一目的在于提供一种制备上述低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料的方法。

本发明再一目的在于提供上述低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料在汽车领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料，具体包括以下质量百分比的组分：

所述聚丙烯树脂(PP)为均聚聚丙烯和乙丙嵌段共聚聚丙烯中的至少一种。

所述的弹性体为乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)和乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)中的至少一种。

所述的多孔性填料为分子筛、多孔陶瓷和玻璃微珠中的至少一种；优选为分子筛和多孔陶瓷的混合物。

所述的滑石粉的平均粒径为1-20μm。

所述的润滑剂为硬脂酸盐和硅酮母粒中的一种或两种的组合。

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂、亚磷酸盐类抗氧剂和酯类抗氧剂中的至少一种。

所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、光屏蔽剂、紫外线吸收剂和猝灭剂中的至少一种。

一种上述低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下制备步骤：

(1)按上述配比称量原料；

(2)将聚丙烯树脂、弹性体、滑石粉混合均匀，然后加入抗氧剂、润滑剂、光稳定剂继续混合均匀，得到预混料；

(3)将预混料从双螺杆挤出机主喂料口加入，将多孔性填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，熔融挤出造粒得到聚丙烯复合材料。

步骤(2)所述第一次混合均匀和第二混合均匀均独立的为在800-1500转/分钟下混合5-10分钟；优选为在55～65℃下进行混合。

当步骤(3)所述多孔性填料为混合物时，优选为在200-500转/分钟下混合5-10分钟，更优选为在45～55℃下进行混合。

步骤(3)所述双螺杆挤出机的喂料段的各段温度设定为190～205℃、205～215℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、205～215℃，机头温度215～225℃，螺杆转速为300-600转/分钟。优选地，步骤(3)所述双螺杆挤出机各段温度设定为200℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃，机头温度220℃。

步骤(3)所述侧喂料口设置在双螺杆挤出机的第五段筒体，所述侧喂料频率为2～10Hz。

上述低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料在汽车领域中的应用。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

(1)本发明通过在螺杆特定位置加入分子筛及多孔陶瓷填料，该类填料能在基材表面形成均匀分布的微孔，形成物理吸附点，其中分子筛吸附较小体积分子的油漆组分，而多孔陶瓷主要吸附较大体积分子的油漆组分，从而大大增加了聚丙烯基材和油漆的附着力。

(2)多孔陶瓷填料因为内部具有多孔结构，在聚丙烯基材中起类似于钢筋骨架的作用，阻碍了聚丙烯材料的结晶，从而大大降低了聚丙烯复合材料的收缩率和线性膨胀系数，提高了材料的尺寸稳定性。

(3)多孔性填料因为内部具有多孔结构，可以吸附聚丙烯复合材料在挤出过程中受热分解产生的小分子物质，从而降低了聚丙烯复合材的气味和VOC水平。

(4)本发明采用的增韧体系为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、醋酸乙烯酯三种增韧剂的复配体系，其中醋酸乙烯酯具有较高的极性，从而增加聚丙烯复合材料和极性油漆的附着力，而乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐具有两性，作为乙烯-辛烯共聚物增韧剂和醋酸乙烯酯增韧剂的相容剂存在，从而提高了聚丙烯复合材料各组分的相容性，使材料的性能更均一稳定。

(5)本发明通过在螺杆的特定位置加入多孔填料，降低了螺杆剪切对多孔填料的多孔结构的破坏程度，增加了物理吸附点的数量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。

聚丙烯树脂为中海壳牌PP548R；POE为陶氏POE8200；POE-g-MAH为杜邦的493D；EVA为杜邦的250，分子筛为大连海鑫，Y型分子筛；多孔陶瓷为宜兴市嘉傲陶瓷研究所，氧化铝多孔陶瓷。

实施例中聚丙烯复合材料通过以下步骤制备得到：

1、按表1所述配比称量原料；

2、将聚丙烯树脂、弹性体、滑石粉在800-1500转/分钟下高速混合5-10分钟，然后加入抗氧剂、润滑剂、光稳定剂在800-1500转/分钟下高速混合5-10分钟，高速混合机的温度控制在55-65℃，得到1#预混料；

3、将多孔性填料在200-500转/分钟下低速混合5-10分钟，混合机的温度控制在45-55℃，得到2#预混料；

4、将1#预混料从双螺杆挤出机主喂料口加入，熔融挤出造粒，挤出机各段温度设定为200℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、210℃，机头温度220℃，螺杆转速为300-600转/分钟。

5、将2#预混料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，侧喂料口设置在挤出机的第五段筒体，侧喂料频率为2-10HZ。

表1实施例1～8和对比例1中各原料组分的用量和所得产物的性能

收缩率按GB 17037标准测试。线性膨胀系数按ASTM D696标准测试。漆膜附着力按ISO-2409标准测试。表面张力使用达因笔测试。气味采用长安汽车VS-01.00-T-14004-A6-2017车内非金属材料气味实验规范方法进行测试。TVOC按长安汽车VS-01.00-T-14012-A3-2017内饰零部件/材料、VOC采样测试试验规范进行测试。

从上表中可以看出，对比例1中没有多孔填料和极性增韧剂，所得到的复合材料附着力等级高，方格脱落数大，表面张力低，气味和TVOC相对高。而添加部分具有一定极性的增韧剂后(实施例1和实施例2)，漆膜附着力和表面张力有一定提升，而表征尺寸稳定性的收缩率和线性膨胀系数，以及表征散发性的气味和TVOC变化不大，说明极性增韧剂对聚丙烯基材和油漆面的附着力有积极作用，但对尺寸稳定性和散发性没有积极作用。

通过主喂料方式填料分子筛及多孔陶瓷的实施例3-5，所得产物的漆膜附着力、尺寸稳定性及散发性均有较大幅度提升，说明多孔填料对上述性能均有显著积极影响。并且当将分子筛及多孔陶瓷同时使用时，会使得材料的性能得到更大的提升。

通过侧喂料方式添加多孔填料的实施例6-8，相对于主喂料方式的实施例5，所得产物的漆膜附着力、尺寸稳定性及散发性有进一步的提升，且随着添加比例的增加，其效果越好。说明侧喂料方式更利于多孔填料发挥积极作用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料，其特征在于具体包括以下质量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料，其特征在于：

所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和乙丙嵌段共聚聚丙烯中的至少一种；

所述的弹性体为乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐和乙烯-醋酸乙烯酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的多孔性填料为分子筛、多孔陶瓷和玻璃微珠中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的多孔性填料为分子筛和多孔陶瓷的混合物。

5.根据权利要求1所述的低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料，其特征在于：

所述的润滑剂为硬脂酸盐、硅酮母粒中的一种或两种的组合；

所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂、亚磷酸盐类抗氧剂和酯类抗氧剂中的至少一种；

所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、光屏蔽剂、紫外线吸收剂和猝灭剂中的至少一种。

6.一种制备权利要求1～5任一项所述低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料的方法，其特征在于具体包括以下制备步骤：

(1)按上述配比称量原料；

(2)将聚丙烯树脂、弹性体、滑石粉混合均匀，然后加入抗氧剂、润滑剂、光稳定剂继续混合均匀，得到预混料；

(3)将预混料从双螺杆挤出机主喂料口加入，将多孔性填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，熔融挤出造粒得到聚丙烯复合材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

步骤(2)所述第一次混合均匀和第二混合均匀均独立的为在800-1500转/分钟下混合5-10分钟；

当步骤(3)所述多孔性填料为混合物时，在200-500转/分钟下混合5-10分钟。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

步骤(3)所述双螺杆挤出机喂料段的各段温度设定为190～205℃、205～215℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、215～225℃、205～215℃，机头温度215～225℃，螺杆转速为300-600转/分钟。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述侧喂料口设置在双螺杆挤出机的第五段筒体，所述侧喂料频率为2～10Hz。

10.根据权利要求1～5任一项所述低收缩低散发免底漆汽车零部件用聚丙烯复合材料在汽车领域中的应用。