CN115216084A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，其组成成分按重量份数计包括如下组分：聚丙烯树脂55～95份、增韧剂0～30份、纳米海泡石4～6份、相容剂1～5份、抗氧剂0.1～2份、光稳定剂0.1～1份；其中，所述纳米海泡石为纳米级长径比范围为25：1～30：1的纤维状填料，将这些组分经过搅拌混合、熔融挤出制备而成。本发明可改善聚丙烯树脂材料的弯曲模量和冲击性能，同时改善应用于薄壁化门饰板注塑成型时的虎皮纹外观缺陷以及耐刮擦性差的缺陷，提升材料的感官品质，提升用户的体验感和满意度。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯复合材料是目前汽车内饰零件中用量最大、范围最广的材料，因聚丙烯材料本身强度、刚性相对较弱，应用于汽车门饰板上时通常需要通过添加滑石粉填充改性，以提升其刚性。
然而，汽车内饰在实际应用时因容易被外界所接触到的物品划伤，使填充其中的滑石粉外露泛白，表现出耐刮擦性差的缺点，导致顾客的投诉抱怨。另外，应用于汽车大面积、薄壁化的门饰板等内饰零件，在注塑成型时容易出现明暗相间的条状虎皮纹外观缺陷，严重影响零部件的美观，给人一种劣质感，从而限制了其应用范围的进一步提升。
为了改善聚丙烯耐刮擦性，现有技术最常用的方案是在材料配方中加入如芥酸酰胺的酰胺类或硅酮类高分子物质作为耐刮擦剂，以增加材料表面润滑性、降低物品与材料表面接触时刮擦的摩擦阻力，从而提升材料耐刮擦性。但由于这两种物质本身有一定的气味，用于内饰会导致气味、VOC问题。另外，酰胺类耐刮擦剂在实际使用中会迁移析出，导致材料表现起霜、发白、高温发粘等问题；硅酮类耐刮擦剂在实际使用中会使聚丙烯材料表面出现亮斑、光泽度大幅升高，从而使产品塑料感增强，影响美感。
因此，在兼顾材料抗冲击韧性和模量的同时改善材料，提升材料耐刮擦性、消除注塑成型时的虎皮纹缺陷是目前的技术难点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种聚丙烯复合材料及其制备方法，通过添加适量改性纳米海泡石作为填充物替代滑石粉填充，有效避免材料表面在实际使用中因刮擦而导致滑石粉外露泛白的问题，有效提升了耐刮擦性，且不容易产生虎皮纹。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种聚丙烯复合材料，用于汽车薄壁化门饰板的制造。根据本发明的一些实施例，所述聚丙烯复合材料的组成成分按重量份数计包括如下组分：
聚丙烯树脂55～95份、增韧剂0～30份、纳米海泡石4～6份、相容剂1～5份、抗氧剂0.1～2份、光稳定剂0.1～1份；
其中，所述纳米海泡石的份数可以是4份、5份、6份，更优选为4份。
其中，所述纳米海泡石为长径比范围为25：1～30：1的纤维状填料，例如25：1、26：1、27：1、28：1、29：1、30：1，更优选为30:1。
在本发明的一些实施例中，通过优选长径比为25：1～30：1的纳米级海泡石进行改性填充，在此长径比范围内的所述纳米海泡石类似纤维状的结构能够在聚丙烯基体树脂中分散的更好，与聚丙烯树脂具有更好的相容性，结合度更优，使聚丙烯树脂保持良好的流动性，消除薄壁化门饰板注塑成型时的虎皮纹外观缺陷，在少量添加下时即可起到明显的改善效果。当长径比小于25：1时材料的弯曲模量不足，当长径比大于30：1时注塑成型易出现虎皮纹。
在本发明的一些实施例中，所述纳米海泡石优选4～6份，当纳米海泡石份数小于4份时材料的弯曲模量不足，当纳米海泡石份数大于6份时容易出现虎皮纹且耐刮擦发白性能改善不明显。
在本发明的一些实施例中，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯的组合物，在测试条件为230℃，2.16kg下，熔融指数为30～50g/10mi n。
在本发明的一些实施例中，所述增韧剂为POE弹性体，密度为0.88g/cm3-0.90g/cm3，在测试条件为190℃，2.16kg下，熔融指数为1.0～15g/10min。
在本发明的一些实施例中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯树脂PP-g-MAH，马来酸酐的接枝率为0.5～1.5％，在测试条件为190℃，2.16kg下，熔融指数为40～150g/10min。
在本发明的一些实施例中，所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，所述主抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的一种或两种，所述辅抗氧剂包括亚磷酸盐类抗氧剂、酯类抗氧剂中的一种或两种。
在本发明的一些实施例中，所述的主抗氧剂包括抗氧剂3114、抗氧剂1010中的一种或者两种，所述辅抗氧剂包括抗氧剂618、抗氧剂168中的一种或两种。
在本发明的一些实施例中，所述的光稳定剂选用受阻胺类光稳定剂、苯并***类光稳定剂、水杨酸酯类光稳定剂的一种或任两种的组合。
本发明通过在聚丙烯树脂材料中添加适量份数的纤维状纳米级海泡石替代大份数填充滑石粉增强改性，使聚丙烯树脂保持良好的流动性，消除薄壁化门饰板注塑成型时虎皮纹外观缺陷，可克服滑石粉填充改性在使用中因刮擦而使滑石粉外露导致的耐刮擦性不佳的缺点，从而避免现有技术采用酰胺类或硅酮类物质作为耐刮擦改性剂所带来的成分析出发粘和注塑发亮等问题。相比现有技术，本发明操作实施简单，直接在配方中加入一定量的纤维状纳米级海泡石，即可实现对聚丙烯树脂应用于薄壁化门饰板注塑虎皮纹缺陷、耐刮擦性差问题的规避，同时保持材料应用于薄壁化门饰板的刚性和韧性。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种制备上述所述的聚丙烯复合材料的方法。根据本发明的一些实施例，所述方法包括：
(1)按上述重量份数配比称取原料；
(2)按比例将各组分原料放入高速混合机中搅拌，混合均匀；
(3)将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，挤出造粒，得到最终产物。
在本发明的一些实施例中，所述步骤(2)中混合条件为：转速500～1800转/分钟，搅拌时间3～5分钟。
在本发明的一些实施例中，所述步骤(3)中双螺杆挤出机中熔融挤出的条件为：熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分钟。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例1
称取74.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、2份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼的温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比为30:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
实施例2
称取73.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、3份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是所述纳米海泡石的长径比30:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
实施例3
称取72.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、4份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比30:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
实施例4
称取71.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、5份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比30:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
实施例5
称取70.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、6份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比30:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
实施例6
称取69.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、7份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比30:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
实施例7
称取68.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、8份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比30:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
对比例1
称取69.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、10份滑石粉、0.2份抗氧剂1010、0.2份份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
对比例2
称取72.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、4份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比24:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
对比例3
称取72.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、4份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比25:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
对比例4
称取72.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、4份纳米海泡石、3份相容剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述纳米海泡石的长径比31:1，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
对比例5
称取79.4份聚丙烯树脂、20份增韧剂、0.2份抗氧剂1010、0.2份份抗氧剂168、0.2份光稳定剂放入转速为500～1800转/分钟的高速混合机中搅拌混合3～5分钟，混合均匀后放入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料组合物。需要说明的是，所述光稳定剂具体为受阻胺类3808PP5。
表1实施例1-7和对比例1-5的聚丙烯复合材料组合物的配方
将实施例1～7及对比例1～5按照表1所示配方及上述方法制备聚丙烯复合材料组合物，注塑成样条和样件，用于测试缺口冲击强度、弯曲模量，，并进行耐刮擦性和表面虎皮纹等级评价。
其中，所述冲击强度按标准GB/T 1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》进行测试；所述弯曲模量按标准GB/T 9341-2008《塑料弯曲性能的测定》进行测试；
耐刮擦性采用行业内广泛使用的“十字刮擦法”进行测试评价，具体为：使用划格仪器进行测试，载荷为10N，在试样表面划出间隔约2mm的十字网格，刮擦速度1000mm/min，刮擦区域≥(40mm×40mm)，每条划痕在一个方向上一次完成，然后利用色差仪(D65标准光源，光学角度d/8°，观察角10°，测量孔径25mm)测试得到刮擦部位及未刮擦部位的△L值，即表征刮擦后的发白程度，当△L值越大，表示发白越严重，耐刮擦性越差。汽车行业一般要求△L≤1.5；
样件表面虎皮纹外观等级评价采用某车型薄壁化门饰板(长×宽≈933×779mm，厚度≤2mm)在相同的注塑成型工艺条件下制作样件，然后进行外观目视虎皮纹等级评价，评价等级如下：
1级——明显可见；2级——可见；3级——隐约可见；4级——只在某一角度下隐约可见；5级——任意角度下目视无虎皮纹。
测试得到的性能参数如表2所示：
表2实施例1-7和对比例1-5的聚丙烯复合材料组合物的性能测试结果
从表2中的测试结果可以看出，将实施例1～7和对比例5进行比较，可以发现，采用2～8份长径比为30:1的纳米海泡石填充改性聚丙烯树脂材料，制备所得的聚丙烯复合材料的弯曲模量、冲击强度均得到有效改善，可见，添加纳米海泡石可以改善聚丙烯树脂材料的刚韧性。
通过实施例1～7可知，当添加＜4份的纳米海泡石份数时，制备所得的聚丙烯复合材料的弯曲模量不足，达不到门饰板使用一般大于1800Mpa的要求，当添加＞6份的纳米海泡石份数时，制备所得的聚丙烯复合材料容易出现虎皮纹且耐刮擦发白性能改善不明显，可见，添加4～6份的纳米海泡石后，制备所得的聚丙烯复合材料的弯曲模量以及虎皮纹等级、耐刮擦发白性能改善效果明显，进一步地，实施例1-7中，综合冲击强度、弯曲模量、耐刮擦性、虎皮纹等级的改善效果来看，可以发现，实施例3添加4份的纳米海泡石进行填充改性，综合性能最好，适合用于制作汽车薄壁化门饰板，同时保持良好的防止注塑成型虎皮纹缺陷和耐刮擦性差的缺陷的性能；
通过实施例3与对比例2～4可知，当添加的纳米海泡石的长径比＜25：1时，制备所得的聚丙烯复合材料的弯曲模量不足，达不到门饰板使用一般大于1800Mpa的要求，当添加的纳米海泡石的长径比＞30：1时，制备所得的聚丙烯复合材料注塑成型易出现虎皮纹，可见，添加长径比为25:1～30:1的纳米海泡石后，制备所得的聚丙烯复合材料的弯曲模量以及虎皮纹等级、耐刮擦发白性能改善效果明显，进一步地，实施例3以及对比例2～4中，综合冲击强度、弯曲模量、耐刮擦性、虎皮纹等级的改善效果来看，可以发现，实施例3添加长径比为30:1的纳米海泡石进行填充改性，综合性能最好，适合用于制作汽车薄壁化门饰板，同时保持良好的防止注塑成型虎皮纹缺陷和耐刮擦性差的缺陷的性能。
可见，在聚丙烯树脂材料中添加4份长径比30:1的纳米海泡石进行填充改性可替代大份数填充滑石粉，提升聚丙烯树脂材料的刚韧性，保持良好的流动性，可很好的规避注塑成型虎皮纹缺陷并提高耐刮擦性能。
综上，本发明提出的一种聚丙烯复合材料及其制备方法，通过添加适量改性纳米海泡石作为填充物替代滑石粉填充，可有效避免了材料表面在实际使用中因刮擦而导致滑石粉外露泛白的问题，从而有效提升耐刮擦性，并最大限度的减少聚丙烯材料因填料导致熔体流动阻力增大而使熔体流动指数下降问题，使材料始终保持良好的流动性，从而在注塑成型时材料流程更长，不容易产生虎皮纹。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，组成成分按重量份数计包括如下组分：
聚丙烯树脂55～95份、增韧剂0～30份、纳米海泡石4～6份、相容剂1～5份、抗氧剂0.1～2份、光稳定剂0.1～1份；
其中，所述纳米海泡石为纳米级长径比范围为25：1～30：1的纤维状填料。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述纳米海泡石为4份，所述纳米海泡石的长径比为30:1。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯的组合物，在测试条件230℃，2.16kg下，熔融指数为30～50g/10min。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为POE弹性体，密度为0.88g/cm3-0.90g/cm3，在测试条件为190℃，2.16kg下，熔融指数为1.0～15g/10min。
5.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯树脂PP-g-MAH，马来酸酐的接枝率为0.5～1.5％，在测试条件为190℃，2.16kg下，熔融指数为40～150g/10min。
6.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，所述主抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的一种或两种，所述辅抗氧剂包括亚磷酸盐类抗氧剂、酯类抗氧剂中的一种或两种。
7.如权利要求6所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述主抗氧剂包括抗氧剂3114、抗氧剂1010中的一种或者两种，所述辅抗氧剂包括抗氧剂618、抗氧剂168中的一种或两种。
8.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的光稳定剂包括受阻胺类光稳定剂、苯并***类光稳定剂、水杨酸酯类光稳定剂的一种或任两种组合。
9.一种如权利要求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：
按上述重量份数配比称取原料；
按比例将各组分原料放入高速混合机中搅拌，混合均匀；
将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中进行熔融混炼，挤出造粒，得到最终产物。
10.如权利要求9所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合条件为：转速500～1800转/分钟，搅拌时间3～5分钟；所述双螺杆挤出机中熔融挤出的条件为：熔融混炼温度为180～220℃，螺杆转速为550～650转/分钟。
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