CN106147033B - 一种无虎皮纹聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种无虎皮纹聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种无虎皮纹聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。其中，复合材料由以下重量组分制得：聚丙烯100份，虎皮纹消除剂18~28份，无机填料15~40份，增韧剂8~20份，润滑剂0.15~0.6份，抗氧剂0.15~0.4份。本发明通过加入自制的虎皮纹消除剂可明显改善复合材料在注塑过程中的虎皮纹现象，且最终制备的无虎皮纹汽车保险杆、门内饰板或仪表台骨架等用聚丙烯复合材料具有优良的综合性能。
Description
技术领域：
本发明涉及高分子材料改性领域，尤其涉及一种无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料的制备及方法。
背景技术：
聚丙烯（PP）由于价格低廉，易于加工成型及其具有密度低，耐化学腐蚀和自身优异的物理力学性能等优点，其应用非常广泛，成为发展最快的通用型塑料之一。但是PP由于自身结构及改性后组分分布及流动的不同，在一些对外观要求较高的大型制件上，比如汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架等，利用传统的PP改性材料在注塑的过程中易产生流痕现象，即通常所说的虎皮纹（tiger stripes），这将给其应用带来限制。虎皮纹产生的根本原因是由于在一般聚丙烯改性中会利用两种或以上聚丙烯基体以及增韧剂，这些组分之间由于粘度的不同在注塑制件的时候与金属料筒内壁的附着力不同，再加上注塑压力一段一段的推动，使得最终的制件出现虎皮纹现象。目前行业内也没有较好的方案来解决，可以提高聚丙烯复合材料的熔融指数进行改善。例如，中国专利CN 102964686 A就是利用小分子的聚丙烯来改善虎皮纹，这种小分子聚丙烯使得复合材料的冲击性能提高不上去。然提高熔融指数并不能从根源上解决虎皮纹。因为在实际应用中，往往会碰到两个同材料定义的聚丙烯改性材料（如：PP+EPDM-TD20，除了熔融指数外其他力学性能都很接近），A的熔融指数小于B的熔融指数，但在相同注塑工艺下打出制件时，A没有虎皮纹而B有较明显的虎皮纹。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料的制备及方法。
本发明的这种无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料的制备及方法，其特征在于，由以下重量组分制成：
聚丙烯 100份，
虎皮纹消除剂 18~28份，
无机填料 15~40份，
增韧剂 8~20份，
润滑剂 0.15~0.6份，
抗氧剂 0.15~0.4份。
上述聚丙烯为共聚聚丙烯。
上述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物（简称：POE）。
所述虎皮纹消除剂由10~15份聚丙烯 A、20~30份聚丙烯 B、30~50份聚丙烯 C、0.5~2份抗氧剂1010、0.5~2份抗氧剂168按重量份混配制成；其中，聚丙烯A的熔融指数在80~110g/10min；聚丙烯B的熔融指数在50~70g/10min；聚丙烯C的熔融指数在30~40g/10min，所述熔融指数测试值的条件为230℃、2.16kg。
所述虎皮纹消除剂的制备方法可以为：首先称取10~15份聚丙烯 A，20~30份聚丙烯 B，30~50份聚丙烯 C，0.5~2份抗氧剂1010，0.5~2份抗氧剂168与高速混合机中常温混合5~8分钟，高速混合机的转速为200~300转/分钟。接着将混合好的料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，所得粒子即为虎皮纹消除剂。挤出机的温度从喂料段到机头依次为190℃、195℃、200℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、205℃、205℃，螺杆直径为42mm，长径比为48。其中，聚丙烯 A的熔融指数在80~110g/10min；聚丙烯 B的熔融指数在50~70g/10min；聚丙烯 C的熔融指数在30~40g/10min。以上熔融指数测试值的条件为230℃、2.16kg。
上述无机填料为滑石粉、碳酸钙、云母粉、硅灰石中的一种以上。
上述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺（EBS）、白油36#中的一种以上。
上述抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（抗氧剂168）复配。
上述无虎皮纹聚丙烯复合材料的制备方法如下：
首先称取100份聚丙烯、18~28份本发明制备的虎皮纹消除剂、8~20份增韧剂、0.15~0.6份润滑剂、0.15~0.4份抗氧剂与高速混合机中常温混合3~5分钟，高速混合机的转速为200~300转/分钟；接着称取15~40份无机填料与高速混合机中常温混合3~5分钟，高速混合机的转速为200~300转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
本发明所述的无虎皮纹聚丙烯复合材料可应用于生产制造汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架等。
本发明通过自制的虎皮纹消除剂，这种虎皮纹消除剂可以在聚丙烯基体之间起到粘度梯度的作用，可明显改善虎皮纹现象。本发明是从根源上解决虎皮纹的问题，使得聚丙烯改性材料得到进一步的广泛应用。
本发明的优异之处：
1.本发明首次将不同熔融指数的PP共混在一起作为虎皮纹消除剂使用，且制备工艺简单，成本较低。
2.本发明的这种自制虎皮纹消除剂可明显改善聚丙烯复合材料的虎皮纹现象。
3.本发明的无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料制备工艺简单、易进行大批量生产。
具体实施方式：
下面结合一些实施例与对比例对本发明作进一步说明。以下实施例只是本发明的典型例，本发明的保护范围并不局限于此。虎皮纹现象还没有明确的标准进行评测，主要是人为主观肉眼评判，本发明中本人将虎皮纹等级分类如下：肉眼看不见为1级、肉眼可轻微看见为2级、肉眼可明显看见为3级、肉眼看见非常严重为4级。
实施例和对比例中用到的主要原材料如下：
共聚聚丙烯 型号：K9026 厂家：燕山石化；
共聚聚丙烯 型号：K7780 厂家：燕山石化；
聚丙烯 A-1 型号：K7780（熔融指数为80） 厂家：燕山石化；
聚丙烯A-2 型号：K7100（熔融指数为110） 厂家：燕山石化；
聚丙烯B-1 型号：AX191（熔融指数50） 厂家：新加坡TPC；
聚丙烯B-2 型号：AX668（熔融指数70） 厂家：新加坡TPC；
聚丙烯C-1 型号：K7726H（熔融指数30） 厂家：燕山石化；
聚丙烯C-2 型号：K7735H（熔融指数40） 厂家：燕山石化；
增韧剂 型号：POE 8200 厂家：美国陶氏；
无机填料 型号：滑石粉AH51210 厂家：辽宁艾海；
无机填料 型号：碳酸钙LD-1000C 厂家：立达超微；
无机填料 型号：云母粉GM-3 厂家：滁州格锐；
无机填料 型号：硅灰石 1000目 厂家：思远矿业；
润滑剂 型号：EBS 厂家：印尼朝阳化学；
润滑剂 型号：白油36# 厂家：茂名市中海南联石化；
抗氧剂 型号：1010 厂家：宜兴市天使合成化学；
抗氧剂 型号：168 厂家：宜兴市天使合成化学。
实施例1
第一步：制备虎皮纹消除剂
首先称取10份聚丙烯 A-1 K7780，20份聚丙烯 B-2 AX668，50份聚丙烯 C-2K7735H，0.5份抗氧剂1010，2份抗氧剂168与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为200转/分钟。接着将混合好的料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，所得粒子即为虎皮纹消除剂。挤出机的温度从喂料段到机头依次为190℃、195℃、200℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、205℃、205℃，螺杆直径为42mm，长径比为48。
第二步：制备无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料
首先称取30份聚丙烯K7780、70份聚丙烯K9026、18份本发明制备的虎皮纹消除剂、8份增韧剂POE 8200、0.15份润滑剂EBS、0.10份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟，接着称取15份无机填料滑石粉AH51210与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。性能如表-1。
对比例1（不加本发明自制的虎皮纹消除剂）
首先称取30份聚丙烯K7780、70份聚丙烯K9026、8份增韧剂POE 8200、0.15份润滑剂EBS、0.10份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟，接着称取15份无机填料滑石粉AH51210与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。性能如表-1。
实施例2
第一步：制备虎皮纹消除剂
首先称取15份聚丙烯 A-2 K7100，30份聚丙烯 B-1 AX191，30份聚丙烯 C-1K7726H，2份抗氧剂1010，1.5份抗氧剂168与高速混合机中常温混合8分钟，高速混合机的转速为300转/分钟。接着将混合好的料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，所得粒子即为虎皮纹消除剂。挤出机的温度从喂料段到机头依次为190℃、195℃、200℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、205℃、205℃，螺杆直径为42mm，长径比为48。
第二步：制备无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料
首先称取30份聚丙烯K7780、70份聚丙烯K9026、28份本发明制备的虎皮纹消除剂、20份增韧剂POE 8200、0.6份润滑剂EBS、0.18份抗氧剂1010、0.22份抗氧剂168与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为300转/分钟，接着称取25份无机填料滑石粉AH51210、15份无机填料LD-1000C与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为300转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。性能如表-1。
对比例2（不加本发明自制的虎皮纹消除剂）
首先称取30份聚丙烯K7780、70份聚丙烯K9026、20份增韧剂POE 8200、0.6份润滑剂EBS、0.18份抗氧剂1010、0.22份抗氧剂168与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为300转/分钟，接着称取25份无机填料滑石粉AH51210、15份无机填料LD-1000C与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为300转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。性能如表-1。
对比例3（不加本发明自制的虎皮纹消除剂，而只加一种制备虎皮纹消除剂的PP聚丙烯A-2 K7100）
第一步：制备无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料
首先称取30份聚丙烯K7780、70份聚丙烯K9026、28份聚丙烯A-2 K7100、20份增韧剂POE 8200、0.6份润滑剂EBS、0.18份抗氧剂1010、0.22份抗氧剂168与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为300转/分钟，接着称取25份无机填料滑石粉AH51210、15份无机填料LD-1000C与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为300转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。性能如表-1。
表-1 实施例1~2和对比例1~3性能
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 虎皮纹等级/级 | 1.5 | 1 | 3.5 | 4 | 3.5 |
从以上实施例1~2和对比例1~3可明显看出，加入本发明的虎皮纹消除剂可明显改善聚丙烯复合材料的虎皮纹现象。如：实施例2和对比例2进行比较可见，虎皮纹等级得到明显提高，从不加虎皮纹消除剂的4级提升到了添加本发明所述虎皮纹消除剂的1级。
实施例3
第一步：制备虎皮纹消除剂
首先称取12份聚丙烯 A-1 K7780，27份聚丙烯 B-2 AX668，38份聚丙烯 C-1K7726H，0.65份抗氧剂1010，1.51份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3.9分钟，高速混合机的转速为265转/分钟。接着将混合好的料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，所得粒子即为虎皮纹消除剂。挤出机的温度从喂料段到机头依次为190℃、195℃、200℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、205℃、205℃，螺杆直径为42mm，长径比为48。
第二步：制备无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料
首先称取26份聚丙烯K7780、74份聚丙烯K9026、21份本发明制备的虎皮纹消除剂、13.4份增韧剂POE 8200、0.18份润滑剂EBS、0.11份润滑剂白油36#、0.12份抗氧剂1010、0.07份抗氧剂168与高速混合机中常温混合4.3分钟，高速混合机的转速为267转/分钟，接着称取13份无机填料云母粉GM-3、13份无机填料硅灰石1000目与高速混合机中常温混合4.7分钟，高速混合机的转速为276转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。性能如表-2。
实施例4
第一步：制备虎皮纹消除剂
首先称取13.6份聚丙烯 A-1 K7780，26.3份聚丙烯 B-1 AX191，41.9份聚丙烯 C-1 K7726H，0.68份抗氧剂1010，1.93份抗氧剂168与高速混合机中常温混合4.6分钟，高速混合机的转速为285转/分钟。接着将混合好的料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，所得粒子即为虎皮纹消除剂。挤出机的温度从喂料段到机头依次为190℃、195℃、200℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、205℃、205℃，螺杆直径为42mm，长径比为48。
第二步：制备无虎皮纹汽车保险杆用聚丙烯复合材料
首先称取17.5份聚丙烯K7780、82.5份聚丙烯K9026、27.4份本发明制备的虎皮纹消除剂、18.9份增韧剂POE 8200、0.19份润滑剂EBS、0.13份润滑剂白油36#、0.12份抗氧剂1010、0.09份抗氧剂168与高速混合机中常温混合4.8分钟，高速混合机的转速为297转/分钟，接着称取24.6份无机填料滑石粉AH51210、11.9份无机填料硅灰石1000目与高速混合机中常温混合4.9分钟，高速混合机的转速为286转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包。双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。性能如表-2。
表-2 实施例3~4
| 测试项目 | 实施例3 | 实施例4 |
| 虎皮纹等级/级 | 1 | 1 |
从以上实施例3~4可明显看出，只要加入本发明自制的虎皮纹消除剂即可明显改善聚丙烯的虎皮纹现象。
Claims (8)
1.一种无虎皮纹聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量组分制成：
聚丙烯 100份，
虎皮纹消除剂 18~28份，
无机填料 15~40份，
增韧剂 8~20份，
润滑剂 0.15~0.6份，
抗氧剂 0.15~0.4份；
所述虎皮纹消除剂由10~15份聚丙烯 A、20~30份聚丙烯 B、30~50份聚丙烯 C、0.5~2份抗氧剂1010、0.5~2份抗氧剂168混配制成；其中，聚丙烯A的熔融指数在80~110g/10min；聚丙烯B的熔融指数在50~70g/10min；聚丙烯C的熔融指数在30~40g/10min，所述熔融指数测试值的条件为230℃、2.16kg。
2.如权利要求1所述一种无虎皮纹聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
3.如权利要求1所述一种无虎皮纹聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物。
4.如权利要求1所述一种无虎皮纹聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无机填料为滑石粉、碳酸钙、云母粉、硅灰石中的一种以上。
5.如权利要求1所述一种无虎皮纹聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、白油36#中的一种以上。
6.如权利要求1所述一种无虎皮纹聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯复配。
7.权利要求1-6任一项所述一种无虎皮纹聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，采用下述步骤：
首先称取100份聚丙烯、18~28份本发明制备的虎皮纹消除剂、8~20份增韧剂、0.15~0.6份润滑剂、0.15~0.4份抗氧剂与高速混合机中常温混合3~5分钟，高速混合机的转速为200~300转/分钟；接着称取15~40份无机填料于高速混合机中常温混合3~5分钟，高速混合机的转速为200~300转/分钟；
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包；双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为180℃、195℃、205℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃、200℃，螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
8.权利要求1-6任一项所述一种无虎皮纹聚丙烯复合材料在汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架制造中的应用。
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