CN109735007A - 一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料及其制备方法，这种聚丙烯复合材料由以下重量百分比的原料组成：聚丙烯30～92，增韧剂5～15，无机填料0～25，空心玻璃微珠1～15，硫酸钡晶须1～10，偶联剂0～2，抗氧剂0.1～1，其他助剂0～2。本发明通过加入玻璃微珠与硫酸钡晶须，通过两种不同尺度不同形态体系的复配，在显著提高聚丙烯复合材料耐划擦和抗压痕性能的同时，实现了复合材料体系轻量化的特点，所得聚丙烯复合材料在保证材料力学性能的同时获得优异的耐划擦和抗压痕性能，且能够降低制品的重量，从而能够更好的满足汽车行业对于汽车内外饰耐划擦、抗压痕性能要求及轻量化要求。

Description

一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料及其制 备方法

技术领域

本发明涉及一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料及其制备方法，是一种工艺简单、成本低、综合性能好的聚丙烯复合材料，主要应用于汽车内外饰等，属于聚合物改性和加工技术领域。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，安全性、舒适性、集成化、轻量化成为广大消费者日益关注的焦点。聚丙烯因具有较好的加工性能和优异的力学、物理、化学性能，同时质轻价廉，广泛应用于汽车内外饰件中，如仪表板、门板、立柱、座椅护板、保险杠等，是目前增长速度最快的通用型热塑性塑料。

当前，随着人们消费水平的提升，人们对于汽车的消费观念也在发生改变，对汽车内饰件的美观性、环保性、车内空气质量等方面也提出了更高的要求。目前，汽车内外饰件大部分仍是采用无机填料填充改性聚丙烯，在生产、运输、装配及使用过程中，会不可避免的发生磕碰、摩擦或挤压，产生划痕和压痕，从而影响制品的美观。

关于提高聚丙烯复合材料的耐划擦性能，目前主要还是通过添加耐划擦助剂进行改善。专利CN101173074A公开了一种具有耐划伤性能的聚丙烯组合物及其制备方法，该聚丙烯组合物通过添加小分子酰胺类耐划擦助剂来提高材料表面的摩擦系数，从而改善材料的耐划擦性能，但酰胺类助剂在暴晒过程中容易迁移到材料表面，导致制品表面发粘，影响使用效果。中国专利200810023328.X公开了一种耐刮擦型汽车内饰件专用料及其制备方法，采用酰胺类与硅酮类耐刮擦助剂复配来提高聚丙烯复合材料的耐划擦性能。美国专利US5585420和US5731376通过加入高分子硅氧烷的方法来提高材料的耐划擦性能。这些专利涉及的聚丙烯复合材料虽然在一定程度上能改善制品表面的耐划擦性能，但对于制品表面的抗压痕性能并未涉及。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决现有技术的上述问题。

为了改善聚丙烯复合材料的耐划擦性和抗压痕性，同时实现材料的轻量化目的，本发明的技术方案是在聚丙烯复合材料的基础配方中加入一部分的空心玻璃微珠和硫酸钡晶须，在挤出共混过程中，两种不同尺度不同形态的体系在聚合物基体中复配，达到协同作用，提高了聚丙烯复合材料的耐划擦性和抗压痕性，实现了减重效果，同时避免了传统刮擦助剂的添加导致的产品表面发粘问题。

一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，按以下重量百分比的原料配制成：

本发明所适用的聚丙烯复合材料体系中，

所述的聚丙烯在230℃、2.16kg负荷条件下，熔体流动速率为5～60g/10min。

所述聚丙烯为均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；所述均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％；所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。

所述的增韧剂为乙烯-辛烯线形共聚物或乙烯-丁烯线形共聚物或者两者的组合，密度为0.88～0.90g/cm³，熔体流动速率为0.5～10g/10min。

所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙、云母、硅灰石和蒙脱土中的一种或两种及以上的组合物。

所述的空心玻璃微珠主要成分为硼硅酸盐，其粒径范围均为10～250微米，堆积密度为0.1～1g/cm³。

所述的硫酸钡晶须为针状结构，长径比为50-80。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的任意一种。

所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂；辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂。

所述的主抗氧剂为3114、1010和DSTP中的一种或几种混合；辅抗氧剂为618和168中的一种或两种。

所述的其他添加剂为各种颜色添加剂、光稳定剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂等。

上述可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)按上述重量配比称取原料；

(2)将各原料置于高速混合器中混合3～5分钟；

(3)将混合的原料置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa，排气真空度达到5～20kPa。

本发明的优点是：

1、本发明使用不同尺度不同形态的空心玻璃微珠与硫酸钡晶须在复合材料体系中复配，使得所制得的聚丙烯复合材料具有优异的耐划擦性和抗压痕性，避免了传统刮擦助剂可能会产生的制品表面发粘问题。

2、本发明制得的聚丙烯复合材料密度较低，可以满足汽车零部件轻量化的要求。

3、本发明提出的可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料的制备工艺简单、生产成本低。

具体实施方式

下面通过实施例和对比例的方式对本发明作进一步的详细说明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括81.6％聚丙烯、5％增韧剂、5％无机填料、3％空心玻璃微珠、2％硫酸钡晶须、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

实施例2

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括76.6％聚丙烯、5％增韧剂、8％无机填料、5％空心玻璃微珠、2％硫酸钡晶须、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

实施例3

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括76.6％聚丙烯、5％增韧剂、10％无机填料、3空心玻璃微珠、2％硫酸钡晶须、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

实施例4

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括68.6％聚丙烯、8％增韧剂、10％无机填料、7空心玻璃微珠、3％硫酸钡晶须、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

实施例5

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括68.6％聚丙烯、8％增韧剂、12％无机填料、5空心玻璃微珠、3％硫酸钡晶须、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

实施例6

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括56.6％聚丙烯、10％增韧剂、15％无机填料、10空心玻璃微珠、5％硫酸钡晶须、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

实施例7

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括56.6％聚丙烯、10％增韧剂、18％无机填料、7空心玻璃微珠、5％硫酸钡晶须、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

对比例1

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括81.6％聚丙烯、5％增韧剂、10％无机填料、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

对比例2

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括76.6％聚丙烯、5％增韧剂、15％无机填料、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

对比例3

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括68.6％聚丙烯、8％增韧剂、20％无机填料、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

对比例4

本发明聚丙烯复合材料主要成分包括56.6％聚丙烯、10％增韧剂、30％无机填料、1％偶联剂、0.1％抗氧剂3114和0.2％抗氧剂168、0.1％辅抗氧剂DSTP以及2％其它助剂。

实施例及对比例主要成分质量百分含量见表1。

表1实施例1-7及对比例1-4材料配方表(重量％)

在上述实施例及对比例复合材料配方中，所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，熔体流动速率为30g/10min。所用的增韧剂为DOW公司的乙烯-辛烯共聚物Engage8150，其密度为0.868g/cm3，熔融指数为0.5g/10min(测试条件：190℃×2.16kg)。所述的无机填料为滑石粉，目数为1250目，其平均粒径为10μm。所述的空心玻璃微珠，平均粒径为20μm，堆积密度为0.425g/cm³。所述的硫酸钡晶须长径比为60。所述的偶联剂为美国Dow Corning公司产的硅烷偶联剂，商品牌号为Z-6011。所述的主抗氧剂为BASF公司产的3114，商品牌号为Irganox3114，化学名称为3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯，以及英国ICE公司产的DSTP，商品牌号为Negonox DSTP，化学名称为硫代二丙酸十八酯。辅抗氧剂为BASF公司产的168，商品牌号为Irgafos 168，化学名称为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。所述的其它助剂包括各种颜色添加剂、光稳定剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂等。

上述实施例和对比例中各树脂和各种添加剂在高速混合器中干混3～5分钟，再在双螺杆挤出机中经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa，排气真空度达到5～20kPa。

将按上述方法制备的粒子材料，在90～100℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后再将干燥好的粒子材料在注射成型机上进行注射成型制样，并进行性能测试。

密度测试：按ISO 1183-1标准进行，试样尺寸为10×10×4mm；

耐划擦性能：按照德国大众PV3952标准进行十字划格测试，试样尺寸为50×50×3.2mm，负载为10N，用色差仪测量划格区域测试前后的色差L值的变化ΔL，ΔL值越小，表明材料的耐划擦性能越好；

抗压痕性能：按照德国大众PV3974标准进行圆片刮擦测试，试样尺寸为50×50×3.2mm，负载为3N，用光泽度仪测量刮擦区域测试前后的光泽度变化DGG，DGG值越小，表明材料的抗压痕性能越好；

材料的综合性能通过测试密度、耐划擦性能和抗压痕性能来评判。本发明实施例1～7和对比例1～4聚丙烯复合材料的性能检测结果分别见表2。

表2实施例1-7及对比例1-4材料性能表

从实施例1-7与对比例1-4的对比可以看出，在无机填料填充聚丙烯复合材料体系中，添加空心玻璃微珠和硫酸钡晶须部分替代无机填料，可以有效提高聚丙烯复合材料体系的耐划擦性能和抗压痕性能，能够满足德国大众材料标准要求；同时，随着空心玻璃微珠和硫酸钡晶须的引入，复合材料体系的密度下降明显，对材料的轻量化起到积极的作用。

Claims (12)

1.一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：按以下重量百分比的原料配制成：

2.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯在230℃、2.16kg负荷条件下，熔体流动速率为5～60g/10min。

3.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚丙烯或嵌段共聚丙烯；所述均聚丙烯的结晶度在70％以上，等规度大于99％；所述的嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯单体重复单元摩尔含量为4～10％。

4.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为乙烯-辛烯线形共聚物或乙烯-丁烯线形共聚物或者两者的组合，密度为0.88～0.90g/cm³，熔体流动速率为0.5～10g/10min。

5.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无机填料为滑石粉、碳酸钙、云母、硅灰石和蒙脱土中的一种或两种及以上的组合物。

6.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的空心玻璃微珠主要成分为硼硅酸盐，其粒径范围均为10～250微米，堆积密度为0.1～1g/cm³。

7.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的硫酸钡晶须为针状结构，长径比为50-80。

8.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂；辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂。

10.根据权利要求7所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的主抗氧剂为3114、1010和DSTP中的一种或几种混合；辅抗氧剂为618和168中的一种或两种。

11.根据权利要求1所述的一种可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其他添加剂为各种颜色添加剂、光稳定剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂中的一种或多种。

12.权利要求1-11任意之一所述可实现轻量化的耐划擦、抗压痕聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：

(1)按上述重量配比称取原料；

(2)将各原料置于高速混合器中混合3～5分钟；

(3)将混合的原料置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190～200℃，二区200～210℃，三区210～220℃，四区205～215℃；整个挤出过程的停留时间为1～2分钟，压力为12～18MPa，排气真空度达到5～20kPa。