一種耐刮擦的聚丙烯複合材料及其製備方法
2023-10-07 23:11:09 1
專利名稱：一種耐刮擦的聚丙烯複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種聚丙烯複合材料及其製備方法，更具體是涉及一種耐刮擦的聚丙 烯複合材料以及該聚丙烯複合材料的製備方法。
背景技術：
目前，隨著汽車行業的飛速發展，輕量化、安全化、舒適化和環保是世界汽車工業 發展的主要趨勢，塑料及其複合材料成為了重要的汽車用材料，而聚丙烯以其密度小、性價 比高，具有優異的耐熱性能、剛性、耐化學藥品腐蝕性，易於加工成型和回收等特性在汽車 上得到了廣泛的應用，成為汽車用塑料中用量最大、發展速度最快的品種。然而，聚丙烯材料自身也存在一些問題，如一方面聚丙烯材料表面耐劃傷性能 差，很大程度上降低了產品的美觀程度；另一方面在聚丙烯製品表面產生的劃痕也會導致 應力集中，限制了其使用性能。為了改善聚丙烯材料的表面耐劃傷性能，開發出表面耐劃傷的聚丙烯材料，進一 步提升聚丙烯材料部件的品質，當前，人們已經做了大量的工作。美國專利US5391618，US5576374, US5639829指出，在聚丙烯中混入如乙丙橡膠， 乙丁橡膠等橡膠彈性體，從而達到耐刮擦的效果。美國專利US6300419也指出通過調節聚 丙烯材料中高結晶聚丙烯和線性聚乙烯的配比來調控材料剛性和韌性的平衡，從而達到耐 刮擦的效果。然而，通過上述改進的方式，雖然能使材料達到一定的耐刮擦的效果，但是由於材 料中具有的為提高材料耐劃傷效果而添加的彈性體或線形聚乙烯等會導致材料剛性的大 幅降低，從而使得材料無法滿足實際的使用要求。基於這一問題，美國專利US6967225指出，在聚丙烯中加入乙烯基共聚物橡膠、再 加入滑石粉、少量接枝聚丙烯、不飽和脂肪酸醯胺和耐刮擦劑來製成耐刮擦聚丙烯，其中上 述的耐刮擦劑是由乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)橡膠和脂肪族石油樹脂組成，這種耐刮擦劑在 材料成型過程中會遷移到聚丙烯產品表面，產生一個蠟層，從而減少材料表面摩擦係數，降 低了刮痕的可見度，但實踐證明該耐劃傷劑暴露在紫外光下會發粘，從而給材料帶來另一 個質量問題——材料的發粘問題，而且，採用這種方法的成本也比較高。此外，美國專利US7208536指出，通過在高結晶聚丙烯中加入橡膠組分，無機填料 和鋁基矽氧烷色母粒來製成耐刮擦聚丙烯，此種高聚矽氧烷的表面張力較小，在成型過程 中能遷移到試樣表面形成一個潤滑劑分子的薄層，該種表面潤滑作用能夠減小表面劃傷摩 擦係數從而提高材料的表面耐劃傷性能，這種方法的效果較好，然而，由於有機矽氧烷的價 格一般很高，故極大地增加了材料的成本。綜上所述，目前所有解決聚丙烯材料表面耐劃傷問題的方案都有很大的局限性 要麼影響到材料的其他物理力學性能、要麼造成其它的質量問題，如材料發粘、要麼方案的 成本價格高昂，為此，必須開發出一種低成本、高性能的耐劃傷聚丙烯材料。
發明內容
為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種表面耐刮擦，且製備成本低、 性價比高的耐刮擦的聚丙烯複合材料及其製備方法。為達到上述目的，本發明是通過以下的技術方案來實現的本發明的技術方案是 在聚丙烯材料的基礎配方中加入一種金屬化合物或幾種金屬化合物的複合物為填料作為 耐刮擦劑，這種耐刮擦劑能夠有效地破壞聚丙烯材料的結晶度，使材料的結晶更加均勻和 細密，增加了材料的延展性，大大降低了材料表面的摩擦係數，從而提高了材料的耐刮擦 性，並且，這種耐刮擦劑對材料的其他特性，如力學性能，熱氧穩定性等不會產生影響。具體的技術方案為
一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，包括以下組分以及各組分的質量百分含 量為
聚丙烯38-98% 無機礦粉0-30% ；增韌劑0-25% ；金屬化合物1-5% ；熱氧穩定劑DSTP0. 1-1.0% ；抗氧劑10100. 1-1.0% ；抗氧劑1680. 1-0.5% ο上述的金屬化合物為一種金屬鹽或者一種金屬氧化物或者幾種金屬鹽的複合物 或者幾種金屬氧化物的複合物，其中，所述的金屬鹽或者金屬氧化物中的金屬為V、Mn、Cr、 Fe、Ni、Ti、Zn、Cu、W 中的任一種。上的聚丙烯在溫度為230 °C、負載為2. 16kg的條件下，其熔體流動速率為 5-50g/10min，優選5-30g/10min，且聚丙烯為具有不同流動性的均聚聚丙烯和共聚聚丙烯 的混合體，其中，共聚聚丙烯的共聚單體為乙烯，乙烯的摩爾比為共聚聚丙烯的4-10%的範 圍內。而上述的無機礦粉為粒徑為1-10微米的滑石粉、碳酸鈣、硫酸鎂晶須、矽灰石中 的一種或至少兩種的混合物。上述的抗氧劑1010為Ciki公司產，商品牌號為Irganox 1010，化學名稱為四〔 β - (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、熱氧穩定劑168為Ciki公司產，商 品牌號為Irgafos 168，化學名稱為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯；熱氧穩定劑DSTP為 英國ICE公司產，商品牌號為Negonox DSTP，化學名稱為硫代二丙酸十八酯。一種耐刮擦的聚丙烯複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟
(1)按重量配比秤取原料按所述的耐刮擦的聚丙烯複合材料的組分及各組分的配比 稱取原料；
(2)混料將步驟(1)稱取的聚丙烯、無機礦粉、增韌劑、防粘劑、熱穩定劑DSTP、抗氧劑 1010和抗氧劑168在高速混合器中幹混3 - 5分鐘；
(3)熔融擠出、造粒將步驟(2)混合好的原料置於雙螺杆機中經熔融擠出，造粒，其 具體條件為一區為180 190°C，二區和三區為200 210°C，四區、五區和六區為210 215°C，七區、八區、九區和十區為215 225°C，且停留時間為1_2分鐘，壓力為12 — 18MPa。
本發明的有益效果是
1、本發明採用金屬化合物作為填料，使得其製備的複合材料具有耐刮擦的特性；
2、本發明所製得的耐刮擦的聚丙烯複合材料在保證材料耐刮擦特性的同時，材料的各 項物理力學性能優異；
3、本發明提出的耐刮擦的聚丙烯複合材料的製備工藝簡單、成本低。
具體實施例方式下面結合具體的實施例，對本發明技術方案作進一步詳細說明
本發明使用的材料要求聚丙烯為具有不同流動性的均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的混合 體，其中共聚聚丙烯的共聚單體常見為乙烯，其含量在4-10%的範圍內，聚丙烯的熔體流動 速率(溫度為230°C，負載為2. 16kg的條件下)為5-50g/10min，更為常用為5-30g/10min ；本 發明使用的無機礦粉為滑石粉，當然也可以為碳酸鈣、硫酸鎂晶須、矽灰石等，其粒徑範圍 為1-10微米；所述的耐刮擦劑為一種金屬化合物，這些金屬化合物是指一種金屬鹽或者一 種金屬氧化物或者幾種金屬鹽的複合物或者幾種金屬氧化物的複合物，其中的金屬主要為 V、Mn、Cr、Fe、Ni、Ti、&i、Cu、W等副族金屬；增韌劑POE為DOW公司生產，商品牌號為Engage 8842，化學名稱為乙辛橡膠；抗氧劑1010為Ciki公司產，商品牌號為Irganox 1010，化學 名稱為四〔β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯；熱氧穩定劑168為Ciki 公司產，商品牌號為Irgafos 168，化學名稱為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯；熱氧穩定 劑DSTP為英國ICE公司產，商品牌號為Negonox DSTP，化學名稱為硫代二丙酸十八酯。本發明的實驗分為三組，每組各為五個實施例，下面為第一組實驗的具體實施例 的配方和製備方法
實施例1
將聚丙烯67%、滑石粉20%、Ρ0Ε 10%、金屬氧化物2%、熱穩定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中幹混3-5分鐘後，再在雙螺杆擠出機中經熔融擠出、 造粒，其條件為一區180 190°C，二區200 210°C，三區200 210°C，四區210 215°C， 五區210 215°C，六區210 215°C，七區215 225°C，八區215 225°C，九區215 225°C，十區215 2250C ；停留時間為1-2分鐘，壓力為12_18MPa。實施例2
將聚丙烯66%、滑石粉20%、P0E8842 10%、金屬氧化物3%、熱穩定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑 1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中幹混3-5分鐘後，再在雙螺杆擠出機中經熔融 擠出、造粒，其條件為一區180 190°C，二區200 210°C，三區200 210°C，四區210 215°C，五區210 215°C，六區210 215°C，七區215 225°C，八區215 225°C，九區 215 225°C，十區215 225°C ；停留時間為1-2分鐘，壓力為12_18MPa。實施例3
將聚丙烯65%、滑石粉20%、P0E8842 10%、金屬氧化物4%、熱穩定劑DSTP 0. 5%、抗氧 劑1010 0. 3%、抗氧劑168 0. 15%在高速混合器中幹混3_5分鐘後，再在雙螺杆擠出機中經 熔融擠出、造粒，其條件為一區180 190°C，二區200 210°C，三區200 210°C，四區 210 215°C，五區 210 215°C，六區 210 215°C，七區 215 225°C，八區 215 225°C， 九區215 225°C，十區215 225°C ；停留時間為1-2分鐘，壓力為12_18MPa。
實施例4
將聚丙烯64%、滑石粉20%、P0E8842 10%、金屬氧化物5%、熱穩定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑 1010 0. 3%、抗氧劑168 0.洲在高速混合器中幹混3-5分鐘後，再在雙螺杆擠出機中經熔融 擠出、造粒，其條件為一區180 190°C，二區200 210°C，三區200 210°C，四區210 215°C，五區210 215°C，六區210 215°C，七區215 225°C，八區215 225°C，九區 215 225°C，十區215 225°C ；停留時間為1-2分鐘，壓力為12_18MPa。實施例5
將聚丙烯69%、滑石粉20%、P0E8842 10%、熱穩定劑DSTP 0. 5%、抗氧劑1010 0. 3%、抗 氧劑168 0.洲在高速混合器中幹混3-5分鐘後，再在雙螺杆擠出機中經熔融擠出、造粒，其 條件為一區180 190°C，二區200 210°C，三區200 210°C，四區210 215°C，五區 210 215°C，六區 210 215°C，七區 215 225°C，八區 215 225°C，九區 215 225°C， 十區215 2250C ；停留時間為1-2分鐘，壓力為12_18MPa。第二組實驗的實施例1-5與第一組實驗的實施例1-5—一對應，其中改變的是第 二組實驗的實施例1-5中的聚丙烯分別為77%、76%、75%、74%和79%，滑石粉為20%，POE取 消，其餘組分加入的含量與第一組五個實施例的量相同。第三組實驗的實施例1-5與第一組實驗的實施例1-5—一對應，其中改變的是第 三組實驗的實施例1-5中的聚丙烯分別為87%、76%、75%、74%和79%，POE 10%，滑石粉取消， 其餘組分加入的含量與第一組五個實施例的量相同。性能評價方式及實行標準
將按上述方法完成造粒的粒子材料事先在90 100°C的鼓風烘箱中乾燥2 3小時， 然後再將乾燥好的粒子材料在注射成型機上進行注射成型制樣。拉伸性能測試按ISO 527-2進行，試樣尺寸為150*10*4mm，拉伸速度為50mm/min ； 彎曲性能測試按ISO 178進行，試樣尺寸為80*10*4mm，彎曲速度為2mm/min，跨距為64mm ； 簡支梁衝擊強度按ISO 179進行，試樣尺寸為80*6*4mm，缺口深度為試樣厚度的三分之一； 熱變形溫度按ISO 75進行，試樣尺寸為120*10*3. 0mm，載荷為1. SMPa ；材料的熱氧老化性 能按IS04577進行，試樣尺寸為50*10*10mm，測試溫度為150°C ；材料的耐刮擦特性按德國 大眾汽車公司PV3952進行測試，試樣尺寸120*120*3mm，測試樣件在測試前需在23°C放置 48小時。材料的綜合力學性能通過測試所得的拉伸強度，斷裂伸長率，彎曲模量，熱變性溫 度以及衝擊強度的數值進行評判；材料的熱氧老化性能根據按標準所測定的耐熱氧老化時 間長短進行評判時間越長，材料的耐熱氧老化性能越好；材料的耐刮擦性能按德國大眾 汽車公司PV3952進行測試評判耐刮擦等級Δ L<1. 5符合汽車內飾耐刮擦標準，Δ L值越 小，耐刮擦效果越好。三組實驗的配方及各項性能測試結果見下各表 表1 第一組實驗的實施例1-5的配方及材料性能表
權利要求
1. 一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，包括以下組分以及各組分的質量百分 含量為聚丙烯38-98% 無機礦粉0-30% ；增韌劑0-25% ；金屬化合物1-5% ；熱氧穩定劑DSTP0. 1-1.0% ；抗氧劑10100. 1-1.0% ；抗氧劑1680. 1-0.5% ο
2.根據權利要求1所述的一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，所述的金屬化 合物為一種金屬鹽或者一種金屬氧化物或者幾種金屬鹽的複合物或者幾種金屬氧化物的 複合物。
3.根據權利要求2所述的一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，所述的金屬鹽 或者金屬氧化物中的金屬為V、Mn、Cr、Fe、Ni、Ti、Si、Cu、W中的任一種。
4.根據權利要求1所述的一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，所述的聚 丙烯在溫度為230°C、負載為2. 16kg的條件下，其熔體流動速率為5-50g/10min，優選 5_30g/10mino
5.根據權利要求1所述的一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，所述的聚丙烯 為均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的混合體。
6.根據權利要求5所述的一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，所述的共聚聚 丙烯的共聚單體為乙烯，其摩爾比為共聚聚丙烯的4-10%。
7.根據權利要求1所述的一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，其特徵在於，所述的無機礦 粉為粒徑為1-10微米的滑石粉、碳酸鈣、硫酸鎂晶須、矽灰石中的一種或至少兩種的混合 物。
8.根據權利要求1-7任一項權利要求所述的一種耐刮擦的聚丙烯複合材料的製備方 法，其特徵在於，包括以下步驟(1)按重量配比秤取原料按所述的耐刮擦的聚丙烯複合材料的組分及各組分的配比 稱取原料；(2)混料將步驟(1)稱取的聚丙烯、無機礦粉、增韌劑、防粘劑、熱穩定劑DSTP、抗氧劑 1010和抗氧劑168在高速混合器中幹混3 - 5分鐘；(3)熔融擠出、造粒將步驟(2)混合好的原料置於雙螺杆機中經熔融擠出，造粒，其 具體條件為一區為180 190°C，二區和三區為200 210°C，四區、五區和六區為210 215°C，七區、八區、九區和十區為215 225°C，且停留時間為1_2分鐘，壓力為12 — 18MPa。
全文摘要
本發明涉及一種耐刮擦的聚丙烯複合材料，包括以下組分以及各組分的質量百分含量為聚丙烯38-98%；無機礦粉0-30%；增韌劑0-25%；金屬化合物1-5%；熱氧穩定劑DSTP0.1-1.0%；抗氧劑1010 0.1-1.0%；抗氧劑168 0.1-0.5%。且耐刮擦的聚丙烯複合材料的製備方法，包括以下步驟(1)按重量配比稱取原料；(2)混料；(3)熔融擠出、造粒。本發明通過在材料配方中加入金屬化合物，使得所製得的複合材料不僅具耐刮擦的特性、各項物理力學性能優異，而且其製備方法簡單、成本低。
文檔編號C08L23/16GK102140203SQ201110105329
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者丁賢麟, 汪理文, 翁永華 申請人:蘇州工業園區潤佳工程塑料有限公司