CN113912949A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，涉及通用塑料技术领域。本发明提供的聚丙烯复合材料包括如下重量份数的组分：等规度大于90％的聚丙烯20‑65份、低等规聚丙烯10‑45重量份、玻璃纤维20‑40份、马来酸酐接枝聚丙烯3‑5份和抗氧剂1‑3份，其中，所述低等规聚丙烯的等规度为40‑60％。本发明通过在等规度大于90％的常规聚丙烯中添加低等规聚丙烯，可以改善聚丙烯材料的外观质量，缓解材料表面喷涂油漆后的“橘皮”现象；且低等规聚丙烯的加入可以使得聚丙烯材料的整体结晶度下降，相应的抗翘曲能力得到提升；此外，由于低等规聚丙烯结晶度较低，非晶区的体积较大，使得油漆更容易渗入到PP非晶区之中，从而使聚丙烯材料具有良好的附着力。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及通用塑料技术领域，特别涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
和非增强的聚丙烯或填充增强的聚丙烯相比，玻纤增强聚丙烯(SGFPP)具有强度高、耐热温度高及线膨胀系数低的优点，因此SGFPP广泛应用于汽车发动机周边热管理***和车身的支架***，具体包括空滤、前端框架、散热器护风圈、蓄电池支架和天窗支架、前大灯壳体、门基板，座椅支架等汽车零部件。但玻纤的加入使得SGFPP材料容易出现翘曲变形、浮纤的问题，由于材料表面凹凸不平、油漆无法流平、且材料的附着力不足，会导致材料喷漆后容易出现“橘皮”现象，从而影响其外观质量。因此，SGFPP材料很少应用在汽车的内外饰件上，尤其是喷漆的外饰件。
如果SGFPP材料外观问题能够得到改善，将SGFPP用于要求没那么高的喷漆外饰件，则可以提高零件的强度、同时还可以通过薄壁化降低零件的重量。但目前尚没有针对短玻纤增强聚丙烯平整度不好、油漆附着力不足，不适用于喷漆的问题的改善研究。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的主要目的是提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的组分：等规度大于90％的聚丙烯20-65份、低等规聚丙烯10-45份、玻璃纤维20-40份、马来酸酐接枝聚丙烯3-5份和抗氧剂1-3份，其中，所述低等规聚丙烯的等规度为40-60％。
本发明技术方案中，发明人经过大量实验发现，在常规聚丙烯(其等规度大于90％)中添加低等规聚丙烯，可以改善聚丙烯材料的外观质量，缓解材料表面喷涂油漆后的“橘皮”现象；且低等规聚丙烯的加入可以使得聚丙烯材料的整体结晶度下降，相应的抗翘曲能力得到提升；此外，由于低等规聚丙烯结晶度较低，非晶区的体积较大，使得油漆更容易渗入到PP非晶区之中，从而使聚丙烯材料具有良好的附着力。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
均聚聚丙烯以丙烯单体聚合而成，分子链中不含乙烯单体，因此分子的规整度很高，材料的结晶度高；而共聚聚丙烯中含有乙烯的成分，PP的规整度降低，材料的结晶度相对低一些。材料结晶度的差异，会导致所制作的零件的翘曲程度有所差异，由于聚丙烯具有冷却时间慢的特点，而均聚聚丙烯由于结晶度高，后结晶收缩严重，故比结晶度更低的共聚聚丙烯翘曲更为严重。因此，相较于均聚聚丙烯，对共聚聚丙烯进行外观质量或喷漆效果改进更具有现实意义。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，按重量比计，所述共聚聚丙烯：所述低等规聚丙烯＝2.5-0.5:1。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述共聚聚丙烯在230℃，2.16Kg负荷下的熔体质量流动速率为10-30g/10min。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述低等规聚丙烯在230℃，2.16Kg负荷下的熔体质量流动速率为50-2600g/10min，重均分子量为4.5万-13万。
本发明技术方案中熔体质量流动速率均按照ISO 1133-2011测试标准测试得到。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述无碱短切玻璃纤维的长度为3.0-4.5mm，直径为10-13μm。
作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
第二方面，本发明还提出一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将等规度大于90％的聚丙烯、低等规聚丙烯、马来酸酐接枝物、抗氧剂预混合均匀，从主喂料口中投入双螺杆挤出机，玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机，熔融挤出后切粒，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机工艺参数设定如下：主机一区温度为100-120℃，二区温度为180-200℃，三区温度为200-220℃，四区温度为200-220℃，五区温度为200-220℃，六区温度为180-200℃，七区温度为180-200℃，八区温度为180-200℃，九区温度为180-200℃，十区温度为180-200℃，主机转速450-600rpm。
第三方面，本发明还提出一种聚丙烯复合材料在汽车外饰件、家用电器制件中的应用。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明技术方案通过在常规聚丙烯(其等规度大于90％)中添加低等规聚丙烯，可以改善聚丙烯材料的外观质量，缓解材料表面喷涂油漆后的“橘皮”现象；且低等规聚丙烯的加入可以使得聚丙烯材料的整体结晶度下降，相应的抗翘曲能力得到提升；此外，由于低等规聚丙烯结晶度较低，非晶区的体积较大，使得油漆更容易渗入到PP非晶区之中，从而使聚丙烯材料具有良好的附着力。
附图说明
图1为本发明油漆面“橘皮”程度测试的示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例和对比例所用原材料如下：
共聚聚丙烯：熔融指数为26g/10min(ISO 1133-2011)，等规度大于90％(GB/T2546.1-2006)，牌号为PP M2600R，购自上海石化；
均聚聚丙烯：熔融指数为26g/10min(ISO 1133-2011)，等规度大于90％(GB/T2546.1-2006)，牌号为PPH-Y26，购自镇海炼化；
低等规聚丙烯1：熔融指数为50g/10min(ISO 1133-2011)，等规度为40-60％(GB/T2546.1-2006)，重均分子量为13万，牌号为L-MODU S901，购自日本出光；
低等规聚丙烯2：熔融指数为390g/10min(ISO 1133-2011)，等规度为40-60％(GB/T2546.1-2006)，重均分子量为7.5万，牌号为L-MODU S600，购自日本出光；
低等规聚丙烯3：熔融指数为2600g/10min(ISO 1133-2011)，等规度为40-60％(GB/T2546.1-2006)，重均分子量为4.5万，牌号为L-MODU S400，购自日本出光；
马来酸酐接枝聚丙烯：基材为聚丙烯，接枝率为1.0％，市售；
玻璃纤维：无碱短切玻璃纤维，长度为3.0-4.5mm，直径为10-13μm，市售；
抗氧剂：受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168按重量比为1:1的混合物，市售；
本发明实施例和对比例均采用相同的马来酸酐接枝聚丙烯、玻璃纤维和抗氧剂。
本发明实施例和对比例中聚丙烯材料的制备方法如下：采用长径比为48：1的双螺杆挤出机，将等规度大于90％的聚丙烯、低等规聚丙烯、马来酸酐接枝物、抗氧剂预混合均匀，从主喂料口中投入双螺杆挤出机，玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机，熔融挤出后切粒，得到聚丙烯复合材料；
其中的双螺杆挤出机工艺参数设定如下：主机一区温度为100-120℃，二区温度为180-200℃，三区温度为200-220℃，四区温度为200-220℃，五区温度为200-220℃，六区温度为180-200℃，七区温度为180-200℃，八区温度为180-200℃，九区温度为180-200℃，十区温度为180-200℃，主机转速450-600rpm。
本发明实施例和对比例中性能测试方法
一、力学性能
将聚丙烯复合材料按照本领域常规的注塑工艺注塑成标准ISO力学样条，分别测试样条的拉伸强度、弯曲模量和冲击强度，具体测试标准如下：
1、拉伸强度：按照ISO527-2019方法测试，测试条件为：1A，拉伸速度50mm/min；
2、弯曲模量：按照ISO178-2019方法测试，测试条件为：弯曲速度2mm/min。
二、喷漆效果评价
将聚丙烯复合材料按照本领域常规的注塑工艺注塑成150mm×200mm×3mm的样板，从油漆附着力、油漆面“橘皮”程度两个维度对材料的可喷漆性进行评价，具体测试标准如下：
1、油漆附着力：采用高压冲水测试方法进行评估，将样板的一整面进行油漆喷涂，依次喷涂厚度为10μm的底漆、厚度为15μm的色漆和厚度为35μm的清漆，使用的底漆、色漆和清漆均为阿克苏油漆，然后用DIN EN ISO6270-2进行冷凝水实验后再按照PV1503 A法进行高压冲水测试，高压冲水结果评判等级准则如表1所示，等级越高，油漆附着力越低。
表1：高压冲水结果评判等级准则
等级 掉漆面积，mm<sup>2</sup>
1 ≤1
2 ＞1且≤9
3 ＞9且≤100
4 ＞100
2、油漆面“橘皮”程度：将样板进行油漆喷涂，使用的底漆、色漆和清漆均为阿克苏油漆，在喷漆板上找到反射光源(一般是直线双管荧光灯)，然后用人眼对反射光源的清晰度进行观察来评估漆膜外观橘皮状态。如图1所示，反射光(白色部分)与油漆面(黑色部分)的边界从左至右，由模糊变化至清晰，而反射光与油漆面的边界越模糊，代表“橘皮”质量越差。为了更好的规范评估，在评判时有一套标准板进行对比，“橘皮”由粗至光滑，每块板标有相应的额定值(依次从1到10)，代表“橘皮”目视效果从劣到优，数字越大，样板的质量越高。
三、外观质量评价
样板翘曲程度：将样板平放在桌面，按压样板的其中一个角，由于玻纤板本身的翘曲，对角会离开桌面，测试对角离开桌面的距离，距离越大，翘曲程度越高，对应的样板外观质量越低。
表2.实施例1-13、对比例1-8的原料组成情况(按重量份数计)
Figure BDA0003329457430000061
表3.实施例1-13、对比例1-8的性能测试结果
Figure BDA0003329457430000062
Figure BDA0003329457430000071
实施例1与对比例1相比，实施例1在对比例1的基础上添加低等规聚丙烯；实施例2与对比例2相比，实施例2在对比例2的基础上添加低等规聚丙烯；实施例3与对比例3相比，实施例3在对比例3的基础上添加低等规聚丙烯。低等规聚丙烯的加入，虽然一定程度降低了聚丙烯材料的力学性能，但是明显提高了聚丙烯材料喷漆后抵抗高压冲水的能力，即改善材料的喷漆附着力，这是由于低等规聚丙烯结晶度，非晶区的体积更大，油漆更容易渗入到PP非晶区之中，从而使材料有非常好的附着力；并且，低等规聚丙烯的加入还提高了材料漆面的外观质量，缓解“橘皮”的现象；此外，低等规聚丙烯的加入可使聚丙烯材料的整体结晶度下降，使得制备的聚丙烯材料抗翘曲能力得到提升。
由实施例1-4可知，在同等情况下，采用共聚聚丙烯的实施例1和3相较于采用均聚聚丙烯的实施例2和4的翘曲程度更低，且根据对比例1-4的实验结果同样显示，采用共聚聚丙烯相较于均聚聚丙烯制备的材料翘曲程度更低，因而，在实际应用中，选择对玻纤增强的共聚聚丙烯进行改性更具有实际应用价值。
实施例1、实施例3、实施例5-8、对比例3-4、对比例7相比，共聚聚丙烯和低等规聚丙烯的比例不同，随着低等规聚丙烯的占比提高，聚丙烯材料的喷漆效果明显提高，但力学性能也随之降低，综合考虑后，当聚丙烯复合材料中的共聚聚丙烯：低等规聚丙烯＝2.5-0.5:1时，能保证复合材料保持较好力学性能的同时，使其具有良好的喷漆效果。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：等规度大于90％的聚丙烯20-65份、低等规聚丙烯10-45份、玻璃纤维20-40份、马来酸酐接枝聚丙烯3-5份和抗氧剂1-3份，其中，所述低等规聚丙烯的等规度为40-60％。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
3.如权利要求2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量比计，所述共聚聚丙烯：所述低等规聚丙烯＝2.5-0.5:1。
4.如权利要求2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述共聚聚丙烯在230℃，2.16Kg负荷下的熔体质量流动速率为10-30g/10min。
5.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述低等规聚丙烯在230℃，2.16Kg负荷下的熔体质量流动速率为50-2600g/10min，所述低等规聚丙烯的重均分子量为4.5万-13万。
6.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维。
7.如权利要求6所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无碱短切玻璃纤维的长度为3.0-4.5mm，直径为10-13μm。
8.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
9.如权利要求1-8任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将等规度大于90％的聚丙烯、低等规聚丙烯、马来酸酐接枝物、抗氧剂预混合均匀，从主喂料口中投入双螺杆挤出机，玻璃纤维从侧喂料口投入挤出机，熔融挤出后切粒，得到聚丙烯复合材料。
10.如权利要求1-8任一项所述的聚丙烯复合材料在汽车外饰件、家用电器制件中的应用。
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