CN111303531A - 低密度聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低密度聚丙烯复合材料，包括有以下重量百分比的原料：聚丙烯树脂62～90％；增韧剂2～20％；滑石粉K 2～11％；滑石粉T 1～7.5％；助剂0.3‑3％；所述滑石粉K的中位粒径D50为4.5μm～6.5μm，长径比为1～2；所述滑石粉T的中位粒径D50为1.0μm～3.0μm，长径比为3.1～4.8。上述低密度聚丙烯复合材料能够满足汽车轻量化的需求，制备更薄的汽车零部件，刚性强并具有较好的韧性和外观。

Description

低密度聚丙烯复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及聚合物材料领域，特别是涉及低密度聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近几年，随着我国经济的快速发展，石油进口依赖度增加，能源、环保压力不断增大，在节能减排被空前重视的大环境下，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％—8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车重量降低1％，油耗可降低0.7％。

汽车轻量化的途径主要有两个方面，一是将塑料零部件的厚度减薄，二是将塑料的密度降低。目前行业主要采用其中的一种或者两种同时采用。减薄塑料零件的厚度和降低塑料的密度都需要在保证整车结构强度满足安全性的前提下，因此要求塑料材料满足高刚性、高韧性和高流动性。现行塑料改性行业主要采用滑石粉、云母或晶须等填充物进行填充提高材料刚性，但是粒径小的滑石粉虽然可以提高刚性，但效果并不十分明显；云母的填充效果较好但是很难增韧；晶须除了较难增韧外，成本还较高。CN102276922A公开了低线性膨胀系数的聚丙烯组合物及其制备方法，其使用高长径比(≥5:1)的无机填料，使聚丙烯组合物具有很低的线性膨胀系数和尺寸稳定性，但滑石粉的长径比越大，在宽度方向越弱，使得滑石粉片层在受到冲击时越容易断裂，因此长径比越大，虽然对材料刚性提高显著，但材料的增韧效果不好。不仅如此，汽车轻量化采用的低密度材料由于需要高刚性和高韧性，在材料中添加较大比例的增韧剂，导致成型的产品虎皮纹明显，外观不良。

发明内容

基于此，本发明提供一种密度低至0.92～1.00g/cm³的聚丙烯复合材料，能够满足汽车轻量化需求，应用于制备更薄的汽车零部件，在保持较高的刚性和韧性的同时，也能具有较好的产品外观。

具体技术方案为：

一种低密度聚丙烯复合材料，包括有以下重量百分比的原料：

所述滑石粉K的中位粒径D50为4.5μm～6.5μm，长径比1～2；

所述滑石粉T的中位粒径D50为1.0μm～3.0μm，长径比为3.1～4.8。

在其中一个实施例中，所述滑石粉K与所述滑石粉T的重量比为1：(0.4-1)。

在其中一个实施例中，所述滑石粉K与所述滑石粉T的重量比为1：(0.6-1)。

在其中一个实施例中，所述滑石粉T的堆积密度为0.9g/cm³～1.0g/cm³。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯树脂选自熔融指数为20～95g/10min的均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯树脂由PP 648U和PP 548R混合而成。

在其中一个实施例中，所述增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和三元乙丙橡胶中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述助剂选自抗氧剂和耐候剂中的至少一种；

在其中一个实施例中，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DLTP中的至少一种；

所述耐候剂选自受阻胺类光稳定剂LA-402AF和UV-3808PP5中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述低密度聚丙烯复合材料包括有以下重量百分比的原料：

本发明还提供上述低密度聚丙烯复合材料的制备方法。

具体技术方案为：

一种低密度聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将所述聚丙烯树脂和增韧剂混合搅拌，得混合物1；

向混合物1中加入滑石粉K和助剂，搅拌，得混合物2；

将所述混合物2通过主喂料口加入至挤出机中，将所述滑石粉T通过侧喂料口加入至挤出机中，熔融挤出造粒，即得。

本发明还提供上述低密度聚丙烯复合材料在轻量化汽车零件中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明以不同粒径和长径比的滑石粉作为填充材料，制备得到的聚丙烯复合材料的密度低至0.92～1.00g/cm³。其中，中位粒径D50为1.0μm～3.0μm，长径比为3.1～4.8的滑石粉T，其与相同重量的普通滑石粉相比，滑石粉T的片层厚度更薄、数目更多，片层的覆盖范围广，填充到聚丙烯材料中，可形成多个刚性层，由于滑石粉的长径比在适当范围，使得刚性层的宽度方向仍能维持一定的强度，从而在大大提高材料刚性的同时，韧性并不会有明显降低；中位粒径D50为4.5μm～6.5μm，长径比为1～2的滑石粉K，分布在滑石粉T形成的刚性层中，当材料受到冲击时，粒径较大的滑石粉K能够更有效阻碍裂纹的发展，从而保持材料的韧性。同时，这种不同长径比穿插的刚性层能够适当阻碍由于离模膨胀较大导致的熔体涌动，因此对产品的虎皮纹缺陷也有明显的改善作用。

滑石粉K与滑石粉T的比例关系对聚丙烯材料的刚性和韧性的性能影响较大。优选滑石粉K与滑石粉T的重量比为1：(0.6～1)，此时，聚丙烯材料具有较高的韧性和刚性，同时产品外观最好,。

在制备上述聚丙烯复合材料的过程中，将中位粒径D50为1.0～3.0μm，长径比为3.1～4.8的滑石粉T通过侧喂的方式进入挤出机挤出造粒，有利于保持滑石粉的长径比，提高材料刚性。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合具体实施例对本发明的低密度聚丙烯复合材料及其制备方法和应用作进一步详细的说明。

以下具体实施例中所采用的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。

聚丙烯树脂648U和548R，为共聚聚丙烯，购自中海壳牌。

增韧剂乙烯-辛烯共聚物POE DF610，购自三井化学。

滑石粉K的中位粒径D50为5μm，长径比1.5；

滑石粉T的中位粒径D50为2μm，长径比为4。

滑石粉3的中位粒径D50为1.5μm，长径比为15。

滑石粉4的中位粒径D50为1μm，长径比为2.5

硅灰石的粒径D50为1μm，长径比为6。

助剂为抗氧剂和耐候剂，分别选自BASF抗氧剂Irganox 1010，BASF抗氧剂Irgafos168和ADEKA耐候剂LA-402AF。

制备方法

聚丙烯复合材料的制备方法如下：

将聚丙烯树脂、增韧剂乙烯-辛烯共聚物POE DF610加入搅拌机中，以280r/min的转速搅拌4min，得混合物1。

向混合物1中加入滑石粉K、抗氧剂Irganox 1010、抗氧剂Irgafos 168和耐候剂LA-402AF，以高于400r/min的转速搅拌6min，得混合物2。

将混合物2通过主喂料口加到双螺杆挤出机中挤出造粒，将滑石粉T或滑石粉3或滑石粉4或硅灰石通过侧喂方式一起加到挤出机中，熔融挤出造粒得聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机的转速频率为40Hz，温度一区为160℃，其余温度为180℃～240℃，真空度为-0.06MPa以上。

性能测试

聚丙烯复合材料的性能测试方法如下：

(1)拉伸强度按照ISO 527:2012标准进行测试；

(2)弯曲强度和弯曲模量按照ISO 178:2010标准进行测试；

(3)缺口冲击强度按照ISO 180:2000标准进行测试；

(4)MFR按照ISO 1133:2011标准进行测试，测试条件为230℃，2.16kg；

(5)密度按照ISO 1183:2012标准进行测试；

(6)外观等级按照YR法成型标准样板，目视评价虎皮纹等级。

实施例1-6和性能测试结果

按照表1所述的配方制备聚丙烯复合材料，并对复合材料进行性能测试，结果如表1所示。

表1

其中，所述滑石粉T的堆积密度为1.0g/cm³。

实施例4和对比例1-5和性能测试结果

按照表2所述的配方制备聚丙烯复合材料，并采用与实施例1-8相同的测试方法对复合材料进行性能测试，结果如表2所示。

表2

由表1和表2可知，实施例1-8制得的聚丙烯复合材料的密度均较低，刚性较好，能保持较好的韧性，同时产品外观良好。其中，实施例3-8中，滑石粉K和滑石粉T的填充总量不变，改变滑石粉K和滑石粉T的比例，聚丙烯复合材料的各方面性能也发生变化，以实施例4的配方比例制得的聚丙烯复合材料的综合性能和外观均最好，即密度低于1.00g/cm3，刚性最高(弯曲模量达到2123MPa)，并仍能保持较高的韧性(缺口冲击强度33.0kJ/m2)，外观等级为最好的10级。分析实施例3-8的聚丙烯复合材料的性能可知，当两者的重量比为1：(0.6-1)时，聚丙烯复合材料的综合性能较优异，外观均在8级以上，且随着滑石粉T的含量增加，材料刚性明显提高，韧性略微下降，同时产品外观等级明显提高。

与实施例4相比，对比例1、和对比例3的配方中分别只加入滑石粉K和滑石粉T，其制备的聚丙烯材料无法同时具有较好的刚性和韧性，综合性能和外观均较差；对比例4将滑石粉K和滑石粉4(D50为1μm，长径比为2.5)搭配使用，可以看出，滑石粉4的长径比＜3.1，聚丙烯材料的韧性较高，但刚性偏低，外观较差，综合性能没有实施例4好；对比例5将滑石粉K和滑石粉3(D50为1.5μm，长径比为15)搭配使用，可以看出，滑石粉3长径比＞4.8，聚丙烯材料的刚性偏高，但韧性偏低，综合性能和外观没有实施例4好。对比例2中用硅灰石替代滑石粉，制得的聚丙烯材料刚性较大，但韧性和外观均较差。

由以上实施例1-8及对比例1-5可以看出，滑石粉K和滑石粉T的长径比选择和两者之间重量比对低密度聚丙烯的刚性、韧性和外观有重要影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，包括有以下重量百分比的原料：

所述滑石粉K的中位粒径D50为4.5μm～6.5μm，长径比1～2；

所述滑石粉T的中位粒径D50为1.0μm～3.0μm，长径比为3.1～4.8。

2.根据权利要求1所述的低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉K与所述滑石粉T的重量比为1：(0.4～1)。

3.根据权利要求2所述的低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉K与所述滑石粉T的重量比为1：(0.6～1)。

4.根据权利要求1所述的低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉T的堆积密度为0.9g/cm³～1.0g/cm³。

5.根据权利要求1-4任一项所述的低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂选自熔融指数为20～95g/10min的均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂由PP648U和PP 548R混合而成。

7.根据权利要求1-4任一项所述的低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和三元乙丙橡胶中的至少一种；

所述助剂选自抗氧剂和耐候剂中的至少一种；

8.根据权利要求1-4任一项所述的低密度聚丙烯复合材料，其特征在于，包括有以下重量百分比的原料：

9.一种权利要求1-8任一项所述的低密度聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述聚丙烯树脂和增韧剂混合搅拌，得混合物1；

向混合物1中加入滑石粉K和助剂，搅拌，得混合物2；

将所述混合物2通过主喂料口加入至挤出机中，将所述滑石粉T通过侧喂料口加入至挤出机中，熔融挤出造粒，即得。

10.一种权利要求1-8任一项所述的低密度聚丙烯复合材料在轻量化汽车零件中应用。