一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明屬于有機(jī)高分子化合物領(lǐng)域，涉及一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法和用途。該聚丙烯復(fù)合材料由包含以下重量份的組分制成：聚丙烯80~100份、熱塑性彈性體10~20份、低密度聚乙烯8~12份、無機(jī)填充料8~12份、晶須5~8份、抗氧劑0.3~0.6份、氧化聚乙烯蠟0.3~0.6份、聚丙烯接枝馬來酸酐2~4份、偶聯(lián)劑0.1~0.3份。本發(fā)明制備的聚丙烯復(fù)合材料可以制備汽車方向盤，采用該復(fù)合材料生產(chǎn)的產(chǎn)品具有表面光澤均與，顏色均勻，手感舒適，有較好的耐應(yīng)力開裂性能，綜合力學(xué)性能良好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法和用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)高分子化合物領(lǐng)域，涉及一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車方向盤是汽車的重要部件，它不僅起到一個(gè)操作手柄的作用，而且在汽車的行駛工程中發(fā)生碰撞時(shí)能起到吸收大部分沖擊能量的作用，從而保證駕駛?cè)藛T的安全。美國汽車安全標(biāo)準(zhǔn)FM-VSS203規(guī)定，汽車在以24km/h速度行駛時(shí)，當(dāng)用35kg的胸部模型沖擊方向盤時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)荷應(yīng)小于llkN。因此，要求生產(chǎn)方向盤的材料應(yīng)具有較高的沖擊強(qiáng)度及剛性，耐汽油、柴油、汗液的腐蝕，手感性要好，表面光澤均勻，不刺眼，較好的染色性和染色牢度。由于方向盤中有一個(gè)金屬骨架，還要求材料有較好的與金屬粘結(jié)性和耐應(yīng)力開裂性，流動(dòng)性和成型加工型要好。早期，汽車方向盤是用酚醛模塑料生產(chǎn)的，現(xiàn)在大多數(shù)是用熱塑性塑料生產(chǎn)。
[0003]中國專利CN102344609A公開了一種耐蠕變的聚丙烯組合物及其制備方法與應(yīng)用，由聚丙烯樹脂、彈性體、高長徑比無機(jī)填料和成核劑制得，所述高長徑比無機(jī)填料為高長徑比滑石粉、高長徑比硅灰石、高長徑比云母粉或高長徑比晶須。該聚丙烯組合物并不具備抗氧化性能，同時(shí)無機(jī)填料和樹脂的結(jié)合力差，影響力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法和用途。
[0005]該聚丙烯復(fù)合材料具有較高的沖擊強(qiáng)度及剛性，耐油性、柴油、汗液的腐蝕，手感性好，表面光澤均勻，不刺眼，較好的染色性和染色牢度同時(shí)與金屬有較好的粘結(jié)性和耐應(yīng)力開裂性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種聚丙烯復(fù)合材料，由包含以下重量份的組分制成:
[0008]聚丙烯80~100份，
[0009]熱塑性彈性體10~20份，
[0010]低密度聚乙烯8~12份，
[0011]無機(jī)填充料 8~12份，
[0012]晶須5~8份，
[0013]抗氧劑0.3~0.6份，
[0014]氧化聚乙烯蠟0.3~0.6份，
[0015]聚丙烯接枝馬來酸酐 2~4份，
[0016]偶聯(lián)劑0.1~0.3份。
[0017]所述的聚丙烯(PP)為共聚聚丙烯和均聚聚丙烯兩種復(fù)配，優(yōu)選的，所述共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的重量份之比為3:2。
[0018]所述的共聚聚丙烯的熔融指數(shù)范圍為2r35g/10min，所述的均聚聚丙烯的熔融指數(shù)范圍為I~4g/10min。
[0019]所述的熱塑性彈性體為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、聚烯烴彈性體(POE)或三元乙丙橡膠(EPDM)。
[0020]所述的無機(jī)填充料為滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、玻璃微珠、硫酸鋇、硅灰石或云母中的一種或一種以上。
[0021 ] 所述的晶須為碳酸鈣晶須、鈦酸鉀晶須、硫酸鈣晶須或氫氧化鎂晶須。
[0022]所述的抗氧劑為四[β_ (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)和三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)兩種抗氧劑復(fù)配，優(yōu)選的抗氧劑1010和抗氧劑168的重量份之比為1:2。
[0023]所述的氧化聚乙烯蠟相對(duì)分子質(zhì)量為1500-2500，酸值>25。
[0024]所述的聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MAH)的接枝率為2.0-3.0%。
[0025]所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
[0026]所述的硅烷偶聯(lián)劑包括乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三氯硅烷。
[0027]所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑包括三異硬脂酰基鈦酸異丙酯或三油?；佀岙惐ァ?br> [0028]一種上述聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0029](I)按上述配比稱取以下重量份的原料:聚丙烯80-100份、熱塑性彈性體10-20份、低密度聚乙烯(LDPE) 8^12份、無機(jī)填充料8~12份、晶須5~8份、抗氧劑0.3^0.6份、氧化聚乙烯蠟0.3^0.6份、PP-g-MAH2^4份、偶聯(lián)劑0.1-0.3份，加入高速混合機(jī)中進(jìn)行低速混合；
[0030]( 2 )將混合好的物料投入擠出機(jī)中加熱擠出，冷卻切粒，得到所述聚丙烯復(fù)合材料。[0031]所述的步驟(1)中在低速混合時(shí)間為f 3min，混合溫度為30-40°C ；
[0032]所述的步驟(2)中雙螺桿擠出機(jī)分六段加熱，加熱溫度依次為:150-160°C，170-l80°C，190^200°C，210^220°C，220^230°C，機(jī)頭 215~225°C ;螺桿轉(zhuǎn)速 200~400r/min。
[0033]一種上述聚丙烯復(fù)合材料用作汽車方向盤材料的用途。
[0034]所述的用途包括以下步驟:將上述聚丙烯復(fù)合材料加入注塑機(jī)中，同時(shí)將金屬骨架放入注塑模具中，注射包封，制得汽車方向盤。
[0035]所述的金屬骨架選自鋼制金屬骨架、鎂合金金屬骨架、鋁合金金屬骨架或鈦合金金屬骨架。
[0036]所述的注射溫度依次為225~235°C、23(T240°C、235~245°C、24(T25(rC ;注射壓力為45~55Mpa，保壓壓力4(T50Mpa，注射時(shí)間3~6s，保壓時(shí)間4~8s，冷卻時(shí)間20~30s，模溫40~60。。。
[0037]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是:
[0038]本發(fā)明采用兩種P P樹脂復(fù)配，既保證了流動(dòng)性，又保證了流動(dòng)性。采用熱塑性彈性體對(duì)P P起增韌作用，同時(shí)賦予材料較好的手感。為了改善專用料在注射時(shí)和金屬的親和性，增加填充劑和基料聚丙烯的相容性，使體系中形成更為親密的網(wǎng)絡(luò)，加入了接枝聚丙烯，改善專用料的極性，提高了耐應(yīng)力開裂性。晶須的加入能夠使當(dāng)收到外力作用時(shí)吸收沖擊振動(dòng)能量。同時(shí)，裂紋在擴(kuò)展中遇到晶須便會(huì)受阻，裂紋得以抑制，從而起到增強(qiáng)作用，同時(shí)加入晶須后使斷裂表面能提高，使脆性降低，韌性增大。LDPE加入，使材料中的柔性鏈和剛性鏈連接起來，起到“連接橋”的作用，使各組分結(jié)合更緊密，降低了界面能，使體系中的各種分子鏈擴(kuò)散的更均勻，減小了相區(qū)尺寸，提高了耐應(yīng)力開裂性能，改善了綜合力學(xué)性能，高數(shù)目的無機(jī)增強(qiáng)劑提高了產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度和耐熱性等性能。采用兩種抗氧劑的復(fù)配，大大提高復(fù)合材料的抗熱氧化能力。氧化聚乙烯蠟的加入，一方面提高材料的極性和金屬嵌件的黏合性，另一方面進(jìn)一步提聞材料的流動(dòng)性。偶聯(lián)劑的加入，可提聞滑石粉與PP的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而提高材料的力學(xué)性能。
[0039]本發(fā)明制備的聚丙烯復(fù)合材料生產(chǎn)的產(chǎn)品表面光澤均與，顏色均勻，手感舒適，有較好的耐應(yīng)力開裂性能，綜合力學(xué)性能良好。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0041]如無特別說明，組份的份數(shù)均為重量份。
[0042]實(shí)施例3
[0043]( I)按表1的配比稱取各組分原料，加入高速混合機(jī)中進(jìn)行低速混合，混合時(shí)間為lmin，混合溫度為40°C ；
[0044](2)擠出造粒:將混合好的物料投入擠出機(jī)中加熱擠出，冷卻切粒，得到所述聚丙烯復(fù)合材料。其中擠出機(jī)加熱溫度依次為:155°C，175°C，195°C，215°C，225°C，機(jī)頭220°C。螺桿轉(zhuǎn)速320r/min，得到所述聚丙烯復(fù)合材料。
[0045]將步驟(2)制得的聚丙烯復(fù)合材料用作汽車方向盤材料的用途，包括如下步驟:將步驟(2)中制備的聚丙烯復(fù)合材料 加入注塑機(jī)中，同時(shí)將金屬骨架放入注塑模具中，注射包封，注射溫度依次為225 °C、230、°C >235 °C >240 °C ;注射壓力為55Mpa，保壓壓力50Mpa，注射時(shí)間6s，保壓時(shí)間8s，冷卻時(shí)間20s，模溫40°C，制得汽車方向盤成品。
[0046]其中，所述共聚聚丙烯的熔融指數(shù)范圍為24g/10min ;所述的均聚聚丙烯的熔融指數(shù)范圍為lg/10min ;實(shí)施例f 3中氧化聚乙烯蠟相對(duì)分子質(zhì)量分別為1500、2000、2500，酸值>25，其中PP-g-MAH的接枝率為2.0-3.0%，金屬骨架分別為鋼制金屬骨架、鎂合金金屬骨架和鋁合金金屬骨架。
[0047]表1
【權(quán)利要求】
1.一種聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:由包含以下重量份的組分制成: 聚丙烯80~100份， 熱塑性彈性體10-20份， 低密度聚乙烯8~12份， 無機(jī)填充料8~12份， 晶須
51份， 抗氧劑0.3^0.6份， 氧化聚乙烯蠟0.3、0.6份， 聚丙烯接枝馬來酸酐 2~4份， 偶聯(lián)劑0.1-0.3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的聚丙烯為共聚聚丙烯和均聚聚丙烯兩種復(fù)配，優(yōu)選的，所述共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的重量份之比為3:2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的共聚聚丙烯的熔融指數(shù)為24~35g/10min,所述的均聚聚丙烯的熔融指數(shù)為l~4g/10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的熱塑性彈性體為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚烯烴彈性體或三元乙丙橡膠； 或所述的無機(jī)填充料為滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、玻璃微珠、硫酸鋇、硅灰石或云母中的一種或一種以上； 或所述的晶須為碳酸鈣晶須、鈦酸鉀晶須、硫酸鈣晶須或氫氧化鎂晶須； 或所述的抗氧劑為四[β_ (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯兩種抗氧劑復(fù)配，優(yōu)選的四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯的重量份之比為1:2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于:所述的氧化聚乙烯蠟相對(duì)分子質(zhì)量為1500-2500，酸值>25 ； 或所述的聚丙烯接枝馬來酸酐的接枝率為2.0-3.0% ； 或所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑；其中所述的硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選為乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三氯硅烷；所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑優(yōu)選為三異硬脂?；佀岙惐セ蛉王；佀岙惐ァ?br> 6.一種上述權(quán)利要求1-5中任一所述的聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (O按權(quán)利要求1所述的配比稱取以下重量份的原料:聚丙烯80-100份、熱塑性彈性體10-20份、低密度聚乙烯8~12份、無機(jī)填充料8~12份、晶須5~8份、抗氧劑0.3^0.6份、氧化聚乙烯蠟0.3^0.6份、聚丙烯接枝馬來酸酐2~4份、偶聯(lián)劑0.1-0.3份，加入高速混合機(jī)中進(jìn)行低速混合； (2)將混合好的物料投入擠出機(jī)中加熱擠出，冷卻切粒，得到所述聚丙烯復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(1)中低速混合時(shí)間為I~3min，混合溫度為3(T40°C ； 或所述的步驟(2)中雙螺桿擠出機(jī)分六段加熱，加熱溫度依次為:15(T16(TC，17(Tl80°C，190^200°C，210^220°C，220^230°C，機(jī)頭 215~225°C ;螺桿轉(zhuǎn)速 200~400r/min。
8.—種上述權(quán)利要求1-5中任一所述的聚丙烯復(fù)合材料用作汽車方向盤材料的用途。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用途，其特征在于:包括以下步驟:將所述的聚丙烯復(fù)合材料加入注塑機(jī)中，同時(shí)將金屬骨架放入注塑模具中，注射包封，制得汽車方向盤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用途，其特征在于:所述的注射溫度依次為225~235°C、230~240°C>235~245°C>240^250°C ;注射壓力為 45~55Mpa,保壓壓力 40~50Mpa，注射時(shí)間3~6s，保壓時(shí)間4~8s，冷卻時(shí)間20~30s，模溫40~60°C ； 或所述的金屬骨架選自鋼制金屬骨架、鎂合金金屬骨架、鋁合金金屬骨架或鈦合金金屬骨架。
【文檔編號(hào)】C08K7/08GK103571059SQ201210273502
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月2日
【發(fā)明者】孫俊山 申請(qǐng)人:遼寧遼杰科技有限公司