本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是全球最大的汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)和市場(chǎng)，但汽車(chē)數(shù)量的快速增長(zhǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重問(wèn)題，尤其是污染，其中罪歸禍?zhǔn)资瞧?chē)尾氣。汽車(chē)自重直接影響著油耗，研究表明，汽車(chē)每減少10％的自重可減少5％的油耗。在保證汽車(chē)性能與品質(zhì)的前提下，減小車(chē)體質(zhì)量，進(jìn)而達(dá)到降低油耗，成為汽車(chē)廠商爭(zhēng)相研究的課題，稱為“汽車(chē)輕量化技術(shù)”。微發(fā)泡材料因其獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)輕、高比強(qiáng)度、韌性好、力學(xué)性能優(yōu)異、隔音隔熱、成本低、尺寸穩(wěn)定好等優(yōu)勢(shì)，使得微發(fā)泡技術(shù)逐漸被關(guān)注，順勢(shì)成為汽車(chē)輕量化材料行業(yè)的潮流，成為了風(fēng)靡全球的汽車(chē)輕量化一種解決方案。聚丙烯材料作為車(chē)用材料使用量最大、品種最多的材料之一，研究聚丙烯微發(fā)泡技術(shù)顯得尤為重要。但是普通線性聚丙烯屬于半結(jié)晶型聚合物，當(dāng)溫度高于其熔融溫度，粘度急劇下降，熔體強(qiáng)度極低，在發(fā)泡過(guò)程中，泡孔壁無(wú)法支撐氣體膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力，泡孔發(fā)生并泡塌陷，泡孔變大而分布不均，因此嚴(yán)重限制聚丙烯微發(fā)泡的工業(yè)化應(yīng)用。普通線性聚丙烯引入長(zhǎng)支鏈結(jié)構(gòu)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)能提高聚丙烯的熔體強(qiáng)度。超高摩爾質(zhì)量聚乙烯(uhwmpe)是一種線性結(jié)構(gòu)，具有磨耗低、耐沖擊、耐腐蝕、耐低溫、自潤(rùn)滑等性能，是一種優(yōu)異性能的熱塑性塑料，其分子量一般超過(guò)150萬(wàn)，熔融指數(shù)極低，基本呈不流動(dòng)狀態(tài)，難以加工限制，無(wú)法直接采用注射成型，但其極高的熔體黏度，獲得了較大的熔融張力，也具有優(yōu)異的抗熔垂性。利用超高摩爾質(zhì)量聚乙烯分子鏈與聚丙烯分子鏈相互纏結(jié)，提高聚丙烯的熔體強(qiáng)度，改善其發(fā)泡特性，成為研究者熱衷的課題。但是超高摩爾質(zhì)量聚乙烯與聚丙烯分子量差異大，相容性差，分子量小的分子鏈很難進(jìn)入超高分子量的分子鏈的內(nèi)部，難以直接增容超高摩爾質(zhì)量聚乙烯，因此也難以提高線性聚丙烯的熔體強(qiáng)度，需要選擇合適的增容聚合物，降低超高摩爾質(zhì)量聚乙烯分子鏈的纏結(jié)，從而能提高聚丙烯與超高摩爾質(zhì)量聚乙烯相容性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：
為了解決線性聚丙烯在熔融溫度以上，熔體強(qiáng)度急劇下降，發(fā)泡過(guò)程中分解產(chǎn)生的泡孔容易并泡，嚴(yán)重限制聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡的工業(yè)化應(yīng)用，也解決聚丙烯分子量與超高摩爾質(zhì)量聚乙烯差異太大，彼此不相容，聚丙烯分子量無(wú)法進(jìn)入pe鏈段中，無(wú)法與超高摩爾質(zhì)量聚乙烯的分子鏈纏結(jié)，限制聚丙烯在新領(lǐng)域的應(yīng)用?；诮鉀Q以上問(wèn)題，本發(fā)明目的在于制備出一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料，由下列原料按重量百分比制備而成：
聚丙烯復(fù)合材料96-99％
碳酸氫鈉發(fā)泡劑1-4％
其中所述的聚丙烯復(fù)合材料由下列原料按重量份制備而成：
進(jìn)一步方案，所述聚丙烯為嵌段共聚聚丙烯，在230℃，2.16kg的測(cè)試條件下，熔體流動(dòng)速率為30-120g/10min。
進(jìn)一步方案，所述超高摩爾質(zhì)量聚乙烯(uhmwpe)數(shù)均分子量在150萬(wàn)以上。
進(jìn)一步方案，所述hdpe，在190℃，2.16kg的測(cè)試條件下，熔體流動(dòng)速率為1-10g/10min。
進(jìn)一步方案，所述滑石粉，粒徑目數(shù)在10000目以上。
進(jìn)一步方案，所述抗氧劑選自受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑中的至少一種，所述受阻酚類抗氧劑為抗氧劑1010，所述亞磷酸酯類抗氧劑為抗氧劑168；所述的光穩(wěn)定劑是受阻胺類光穩(wěn)定劑。
進(jìn)一步方案，所述潤(rùn)滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、褐煤蠟、戊四醇硬脂酸酯中的至少一種。
進(jìn)一步方案，所述其他助劑為紫外光吸收劑、表面光亮劑、抗靜電劑或著色劑的至少一種。
制備所述的一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：
(1)將共聚pp55-65份、hdpe10-20份、uhmwpe5-10份、滑石粉15-20份、抗氧劑0.2-0.4份、潤(rùn)滑劑0.5-1份、光穩(wěn)定劑0.5-1份及其他助劑0-1份在高速混合機(jī)中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過(guò)熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復(fù)合材料；
(2)將96-99％的聚丙烯復(fù)合材料與1-4％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開(kāi)模工藝注塑發(fā)泡成型。
進(jìn)一步方案，步驟(1)所述擠出機(jī)的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa；步驟(2)所述成型溫度為220-230℃。本發(fā)明具有如下有效地效果：
1、以pp、hdpe、uhmwpe選擇合適的配比，hdpe進(jìn)入uhmwpe鏈段中，解纏結(jié)分子鏈段，增加鏈段的活動(dòng)能力，起到分散潤(rùn)滑的作用。uhmwpe被解纏結(jié)后，增大了較小分子量的聚丙烯進(jìn)入uhmwpe鏈段內(nèi)部的幾率，讓復(fù)合體系中分子量呈現(xiàn)合理的分布，鏈段相互纏結(jié)，達(dá)到極好的相容性，三種不同分子量的鏈段呈無(wú)規(guī)則纏繞，形成三維網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到連續(xù)相結(jié)構(gòu)。另一方面滑石粉片層能限制分子鏈的纏結(jié)，降低uhmwpe的纏結(jié)，提高uhmwpe熔體的流動(dòng)性，進(jìn)一步讓uhmwpe與pp鏈段相互纏結(jié)，聚丙烯鏈段進(jìn)入晶格被阻礙，降低其結(jié)晶速率，提高其熔體強(qiáng)度，有助于二氧化碳溶解到基體中，也有利于發(fā)泡過(guò)程中熔體破裂導(dǎo)致的氣體逃逸，減少泡孔的合并與破裂，從而改善聚丙烯發(fā)泡特性，獲得泡孔小而細(xì)膩的泡孔，保證復(fù)合材料的優(yōu)異的性能。
2、泡孔細(xì)小而均勻：復(fù)合材料具有較高的熔體強(qiáng)度，在發(fā)泡過(guò)程中有效阻止二氧化碳的逃逸，使更多的氣體用于氣泡成核，從而增大其泡孔密度，另一方面，較高的熔體強(qiáng)度也對(duì)分解的二氧化碳均勻包覆，有效束縛泡孔的長(zhǎng)大及擴(kuò)散，也減少泡孔破裂而導(dǎo)致的泡孔合并，塌陷，讓聚丙烯復(fù)合材料的泡孔直徑平均在66μm，泡孔分布均勻。
3、具有優(yōu)異的性能：聚丙烯復(fù)合材料微發(fā)泡呈現(xiàn)明顯的三明治結(jié)構(gòu)，兩端是結(jié)皮，中間是發(fā)泡芯層，該復(fù)合材料密度小，比強(qiáng)度高，根據(jù)國(guó)標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合材料懸臂梁缺口強(qiáng)度達(dá)32kj/m2、彎曲模量達(dá)1800mpa，表明本發(fā)明復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能，能夠滿足汽車(chē)行業(yè)的制件使用的標(biāo)準(zhǔn)，可以廣泛應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)外飾制件中，降低汽車(chē)零部件的重量，將在汽車(chē)輕量化中扮演重要的角色。該復(fù)合材料成本低，操作簡(jiǎn)便，機(jī)械性能優(yōu)異，實(shí)現(xiàn)很好的減重效果，有效降低制件的重量，實(shí)現(xiàn)部件的輕量化，可以廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的車(chē)門(mén)內(nèi)襯板、儀表板、后門(mén)內(nèi)襯板、底護(hù)板等部位。
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
本實(shí)施例中的一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將共聚pp65份、hdpe10份、uhmwpe5份、滑石粉20份、抗氧劑10100.2份、抗氧劑1680.2份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤(rùn)滑劑pe蠟1份在高速混合機(jī)中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過(guò)熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將99wt％的聚丙烯復(fù)合材料與1wt％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開(kāi)模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料，其中成型溫度為220-230℃。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中的一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將共聚pp55份、hdpe20份、uhmwpe10份、滑石粉20份、抗氧劑10100.1份、抗氧劑1680.1份、光穩(wěn)定劑1份、潤(rùn)滑劑pe蠟0.5份在高速混合機(jī)中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過(guò)熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將97wt％的聚丙烯復(fù)合材料與3wt％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開(kāi)模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料，其中成型溫度為220-230℃。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中的一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將共聚pp60份、hdpe20份、uhmwpe5份、滑石粉15份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤(rùn)滑劑pe蠟0.75份在高速混合機(jī)中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過(guò)熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將97wt％的一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料與3wt％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開(kāi)模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料，其中成型溫度為220-230℃。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中的一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將共聚pp55份、hdpe15份、uhmwpe10份、滑石粉20份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣0.75份、著色劑1份在高速混合機(jī)中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過(guò)熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將96wt％的聚丙烯復(fù)合材料與4wt％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開(kāi)模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料，其中成型溫度為220-230℃。
對(duì)比例
本對(duì)比例中的一種可直接注塑化學(xué)微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將共聚pp60份、hdpe20份、滑石粉20份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣0.75份在高速混合機(jī)中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機(jī)后，經(jīng)過(guò)熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復(fù)合材料；其中擠出機(jī)的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將97wt％的聚丙烯復(fù)合材料與3wt％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開(kāi)模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種聚丙烯化學(xué)微發(fā)泡復(fù)合材料材料，其中成型溫度為220-230℃。
將上述實(shí)施例1-4以及對(duì)比例制得的聚丙烯復(fù)合材料主要物性指標(biāo)根據(jù)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，其密度、泡孔平均直徑，拉伸強(qiáng)度、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)結(jié)果如下表所示：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：
1、泡孔細(xì)小而均勻：以pp、hdpe、uhmwpe選擇合適的配比，讓復(fù)合體系中分子量呈現(xiàn)合理的分布，鏈段相互纏結(jié)，達(dá)到極好的相容性，三種不同分子量的鏈段呈無(wú)規(guī)則纏繞，形成三維網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到連續(xù)相結(jié)構(gòu)，有效改善線性聚丙烯的熔體強(qiáng)度。hdpe對(duì)uhmwpe起到明顯的增容、潤(rùn)滑作用。uhmwpe明顯改善聚丙烯的發(fā)泡特性，隨著其含量的增加，熔體強(qiáng)度越增強(qiáng)，泡孔直徑越細(xì)小，但是復(fù)合體系的熔融指數(shù)也隨之降低。
2、環(huán)境友好型碳酸氫鈉發(fā)泡劑：本文發(fā)明選擇以碳酸氫鈉的發(fā)泡母粒，分散產(chǎn)生二氧化碳，綠色環(huán)保，不增加材料的氣味，是一種環(huán)境友好型碳酸氫鈉發(fā)泡劑。
3、具有優(yōu)異的性能：復(fù)合微發(fā)泡材料泡孔直徑66μm以下，可實(shí)現(xiàn)20％以上的減重，仍然保留有很好的機(jī)械性能，根據(jù)國(guó)標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合材料懸臂梁缺口強(qiáng)度達(dá)32kj/m2、彎曲模量達(dá)1800mpa，極好的滿足汽車(chē)行業(yè)的制件使用的標(biāo)準(zhǔn)，可以廣泛應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)外飾制件中，降低汽車(chē)零部件的重量，將會(huì)完美的助力汽車(chē)輕量化技術(shù)。
如在本發(fā)明的制備組份中添加紫外光吸收劑、抗靜電劑、著色劑等功能助劑，使復(fù)合材料具有相應(yīng)特性亦受本發(fā)明保護(hù)。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。