一種低VOC、軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料及其製備方法與流程

2023-11-05 04:59:52

本發明涉及一種聚丙烯複合材料，具體地說涉及一種低VOC、軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料及其製備方法。

背景技術：

隨著汽車工業的迅猛發展和民眾環保意識的加強，車內空氣品質的好壞目前已經成為社會關注的焦點問題。車內空氣品質一般是車內VOC和車內氣味的統稱，而車內VOC又是造成車內氣味的主要原因。車內VOC是汽車駕駛艙和乘客艙內非金屬材料釋放出來的揮發性有機物的總稱，超過一定閾值(引起不良反應的濃度最低值)，就會對人體造成傷害。大多汽車企業都在進行整車環境艙採樣以及對內飾材料零部件的VOC進行管控，如通用汽車按照「TS.INT-002內飾材料總碳揮發量測試標準」檢測內飾材料的VOC。大眾汽車按照VW-50180標準要求汽車PP內飾材料的VOC總值小於50μgC/g。聚丙烯材料在擠出造粒過程時，由於高溫及剪切導致材料部分分解而產生小分子有機物，此外在擠出造粒過程中添加的各種助劑也會有一定程度的分解而產生小分子有機物，這些小分子有機物是導致材料VOC超標的主要原因，因此採用吸附劑吸附這部分小分子有機物對降低材料VOC具有顯著的意義。

汽車內飾在視覺和觸覺上給人以「柔軟」的感覺是目前汽車內飾設計的主流。傳統方法是在硬質聚丙烯注塑件表面覆真皮或皮革的方式來達到達到視覺和觸覺的「柔軟」感覺，但這種方法工藝複雜、價格高昂，目前僅在在一些高端車型中使用。因此通過改性，將普通的硬質聚丙烯塑料賦予皮質材料的柔軟感覺，同時又能通過一次注塑成型成為塑料改性的焦點。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種低VOC、軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料及其製備方法，以解決現有技術的上述問題。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種低VOC、軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料，其由以下按質量百分數計的原料組成：聚丙烯20％～70％，線性低密度聚乙烯5-20％，增韌劑10-30％，玻璃纖維10～30％，相容劑0～10％，潤滑劑0.1～1％，VOC吸附劑0.5-2％，光穩定劑0.2-1％，抗氧劑0.2％～1％。

其中，

所述的聚丙烯樹脂為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。

所述的線性低密度聚乙烯熔融指數MFR≥2g/10min。

所述的增韌劑為乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡膠和乙烯-丁烯共聚物。

所述的玻璃纖維為無鹼短切玻纖，短切長度為3mm～4.5mm，直徑為7um～14um，所述的玻璃纖維表面經過矽烷偶聯劑處理。

所述的相容劑為聚丙烯接枝馬來酸酐、乙烯-醋酸乙烯接枝馬來酸酐或乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐。

所述的潤滑劑為亞乙基雙硬脂醯胺或矽酮母粒。

所述的VOC吸附劑為沸石和麥羥矽鈉石以質量比1:1的混合物，沸石和麥羥矽鈉石具有不同的孔徑，可以吸收不同分子量的小分子物質，這些小分子物質是造成材料VOC偏高的主要原因。

所述的沸石為親水性沸石，孔徑為0.1-2nm，所述的麥羥矽鈉石摩爾比為14:1，本發明利用沸石和麥羥矽鈉石作為VOC吸附劑，其能夠發揮VOC吸附作用的條件是其孔徑和聚丙烯加工過程中產出的小分子物質體積相匹配，本發明採用的沸石和麥羥矽鈉石具有優異的小分子吸附性能。

所述的光穩定劑為UV-3808PP5、5590中的一種，所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1010與抗氧劑168復配物中的一種。

上述的低VOC、軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料的製備方法，包括以下步驟：

(1)將聚丙烯、線性低密度聚乙烯、增韌劑、相容劑，潤滑劑、VOC吸附劑、光穩定劑及抗氧劑按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。

(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，即得本發明的一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料。

本發明的機理是：

本發明通過選用線性低密度聚乙烯和增韌劑共同對聚丙烯進行改性，實現了在視覺和觸覺均聚有軟觸感的複合材料，同時通過加入沸石和麥羥矽鈉石混合製備的VOC吸附劑，有效吸附原材料加工過程中產生的小分子物質，達到低VOC的目標，從而得到了低VOC、軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料。該材料可廣泛應用於汽車儀錶板、副儀錶板、門板等汽車內飾件。

本發明與現有技術相比，具有如下的有的及有益效果：

(1)本發明通過選用線性低密度聚乙烯和增韌劑共同對聚丙烯進行改性，實現了在視覺和觸覺均聚有軟觸感的複合材料。

(2)本發明的改性聚丙烯在製備過程中加入沸石和麥羥矽鈉石混合製備的VOC吸附劑，有效吸附原材料加工過程中產生的小分子物質，達到低VOC的目標。

(3)本發明的軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料可廣泛應用於汽車儀錶板、副儀錶板、門板等汽車內飾件。

具體實施方式

下面通過優選的實施例進一步說明本發明的技術方案，在不違反本發明的宗旨下，本發明應不限於以下實驗例具體明示的內容。

產品性能測試方法：

密度：按ISO 1183-1方法。

拉伸性能：按ISO 527方法，拉伸速度50毫米/分鐘。

彎曲性能：按ISO 178方法，試驗速度2毫米/分鐘。

缺口衝擊強度：按ISO 179方法，4毫米厚試樣。

總碳VOC測試：根據PV3341標準用GC-MS進行測試，測試值≤50μgC/g為合格。

軟觸感測試：注塑長150mm，寬100mm，厚度為3mm的樣板，常溫放置24h後，用手觸摸判斷。

實施例1

一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，其組成按質量百分數配比為：共聚聚丙烯68％、線性低密度聚乙烯5％、乙烯-丁烯共聚物10％、表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維10％、聚丙烯接枝馬來酸酐5％、矽酮母粒0.3％、沸石0.15％、麥羥矽鈉石0.15％、光穩定劑5590 0.2％、抗氧劑1010 0.5％。其中，所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。所述的線性低密度聚乙烯熔融指數MFR≥2g/10min。

製備方法：(1)將共聚聚丙烯、線性低密度聚乙烯、乙烯-丁烯共聚物、聚丙烯接枝馬來酸酐、矽酮母粒、沸石、麥羥矽鈉石、光穩定劑、抗氧劑1010按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，即得本發明的一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，採用注塑機製備標準測試試樣，測試結果見表1。

實施例2

一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，其組成按質量百分數配比為：共聚聚丙烯53％、線性低密度聚乙烯10％、乙烯-丁烯共聚物15％、表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維15％、聚丙烯接枝馬來酸酐5％、矽酮母粒0.3％、沸石0.15％、麥羥矽鈉石0.15％、光穩定劑UV-3808PP5 0.2％、抗氧劑1010 0.5％。其中，所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。所述的線性低密度聚乙烯熔融指數MFR≥2g/10min。

製備方法：(1)將共聚聚丙烯、線性低密度聚乙烯、乙烯-丁烯共聚物、聚丙烯接枝馬來酸酐、矽酮母粒、沸石、麥羥矽鈉石、光穩定劑、抗氧劑1010按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，即得本發明的一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，採用注塑機製備標準測試試樣，測試結果見表1。

實施例3

一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，其組成按質量百分數配比為：共聚聚丙烯43％、線性低密度聚乙烯15％、乙烯-辛烯共聚物15％、表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維20％、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐5％、矽酮母粒0.3％、沸石0.15％、麥羥矽鈉石0.15％、光穩定劑UV-3808PP5 0.2％、抗氧劑1010 0.5％。其中，所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。所述的線性低密度聚乙烯熔融指數MFR≥2g/10min。

製備方法：(1)將共聚聚丙烯、線性低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐、矽酮母粒、沸石、麥羥矽鈉石、光穩定劑、抗氧劑1010按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，即得本發明的一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，採用注塑機製備標準測試試樣，測試結果見表1。

實施例4

一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，其組成按質量百分數配比為：共聚聚丙烯33％、線性低密度聚乙烯15％、乙烯-辛烯共聚物20％、表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維25％、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐5％、亞乙基雙硬脂醯胺0.3％、沸石0.15％、麥羥矽鈉石0.15％、光穩定劑5590 0.2％、抗氧劑1010 0.25％、抗氧劑168 0.25％。其中，所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。所述的線性低密度聚乙烯熔融指數MFR≥2g/10min。

製備方法：(1)將共聚聚丙烯、線性低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐、亞乙基雙硬脂醯胺、沸石、麥羥矽鈉石、光穩定劑、抗氧劑1010和抗氧劑168按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，即得本發明的一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，採用注塑機製備標準測試試樣，測試結果見表1。

實施例5

一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，其組成按質量百分數配比為：共聚聚丙烯23％、線性低密度聚乙烯10％、三元乙丙橡膠30％、表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維30％、乙烯-醋酸乙烯接枝馬來酸酐5％、亞乙基雙硬脂醯胺0.3％、沸石0.15％、麥羥矽鈉石0.15％、光穩定劑5590 0.2％、抗氧劑1010 0.25％、抗氧劑168 0.25％。其中，所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。所述的線性低密度聚乙烯熔融指數MFR≥2g/10min。

製備方法：(1)將共聚聚丙烯、線性低密度聚乙烯、三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯接枝馬來酸酐、亞乙基雙硬脂醯胺、沸石、麥羥矽鈉石、光穩定劑、抗氧劑1010和抗氧劑168按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，即得本發明的一種低VOC、軟觸感璃纖維增強聚丙烯複合材料，採用注塑機製備標準測試試樣，測試結果見表1。

比較例1

只採用共聚聚丙烯製備玻璃纖維複合材料，其組成按質量百分數配比為：共聚聚丙烯73％、表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維20％、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐5％、矽酮母粒0.3％、沸石0.15％、麥羥矽鈉石0.15％、光穩定劑UV-3808PP5 0.2％、抗氧劑1010 0.5％。其中，所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。

製備方法：(1)將共聚聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐、矽酮母粒、沸石、麥羥矽鈉石、光穩定劑、抗氧劑1010按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，採用注塑機製備標準測試試樣，測試結果見表1。

比較例2

不採用VOC吸附劑製備軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料，其組成按質量百分數配比為：共聚聚丙烯44％、線性低密度聚乙烯15％、乙烯-辛烯共聚物15％、表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維20％、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐5％、矽酮母粒0.3％、光穩定劑UV-3808PP5 0.2％、抗氧劑1010 0.5％。其中，所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，熔融指數MFR≥10g/10min。所述的線性低密度聚乙烯熔融指數MFR≥2g/10min。

製備方法：(1)將共聚聚丙烯、線性低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物接枝物馬來酸酐、矽酮母粒、光穩定劑、抗氧劑1010按比例稱取後放入高速混合機中，常溫下攪拌10～30分鐘。(2)將步驟(1)混合後的物料加入到雙螺杆擠出機的主餵料口，將按重量配比稱取的表面經過矽烷偶聯劑處理過的無鹼短切玻璃纖維加入到雙螺杆擠出機的側餵料口，在190℃～230℃充分塑化混合後擠出、冷卻造粒，採用注塑機製備標準測試試樣，測試結果見表1。

表1：性能測試結果。

由表1中可以看出，不採用低密度聚乙烯和增韌劑同時對共聚聚丙烯增韌時(對比例1)，材料不具有軟觸感，不添加VOC吸附劑時(比較例2)，材料的VOC的很差。

本發明通過選用線性低密度聚乙烯和增韌劑共同對聚丙烯進行改性，實現了在視覺和觸覺均聚有軟觸感的複合材料，同時通過加入沸石和麥羥矽鈉石混合製備的VOC吸附劑，有效吸附原材料加工過程中產生的小分子物質，達到低VOC的目標，從而得到了低VOC、軟觸感玻璃纖維增強聚丙烯複合材料。該材料可廣泛應用於汽車儀錶板、副儀錶板、門板等汽車內飾件。