本發(fā)明涉及一種功能性聚丙烯材料及其制備方法，尤其涉及一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，屬于聚丙烯
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：聚丙烯因其具有密度小，性價比高且具有優(yōu)異的耐熱性和易于成型加工等特點，現(xiàn)已成為車用塑料中用量最大，發(fā)展速度最快的塑料品種之一。近年來，隨著聚丙烯復(fù)合材料改性技術(shù)的日漸成熟和塑料成型加工技術(shù)的發(fā)展，使用聚丙烯改性材料來制造汽車保險杠已占到80％以上，且未來還將進一步增加。然而近年來隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，輕量化、品質(zhì)化、節(jié)能環(huán)保、低成本已成為當(dāng)前汽車工業(yè)的主要目標。以聚丙烯復(fù)合材料車用保險杠為例其單件產(chǎn)品尺寸大(長度可達1m以上)，克重高(可達3Kg以上)是當(dāng)前汽車輕量化研究的熱點，其中實現(xiàn)輕量化的最有效方式就是對樣件進行薄壁化設(shè)計，但是樣件壁厚的降低無疑會對其力學(xué)性能、高低溫尺寸穩(wěn)定性等應(yīng)用性能產(chǎn)生一系列的不利影響，為改善上述缺陷國內(nèi)外的聚丙烯材料改性專家們提出了一系列的改進方法，目前主要有以下兩種：一、通過側(cè)向喂料等方式添加具有一定長徑比的玻璃纖維、礦物晶須等纖維狀填充物來進一步降低復(fù)合材料的線性膨脹系數(shù)以及收縮率，增加材料剛性以此來達到薄壁化保險杠復(fù)合材料的新要求，但是該方法一方面由于晶須等纖維狀填充物的原料成本較貴導(dǎo)致復(fù)合材料的成本增加，另一方面由于晶須等纖維狀填充物的添加破壞了復(fù)合材料的沖擊韌性同時由于玻纖等纖維狀填充物容易外露也會造成樣件的外觀質(zhì)量下降明顯，如專利CN105778297A公開了一種通過添加15～35％的纖維狀無機粉體與滑石粉形成復(fù)配型無機增強體系制備而來的具有高模量低收縮應(yīng)用于汽車薄壁保險杠的聚丙烯復(fù)合材料。二、通過添加新型增韌劑改變復(fù)合材料增韌體系的方式來降低材料收縮率，增加復(fù)合材料的韌性但該方法所制備的復(fù)合材料的剛性往往不高并不能滿足薄壁化保險杠的應(yīng)用需求只適用于常規(guī)厚度的汽車保險杠產(chǎn)品，同時添加的橡膠組分價格昂貴，增加了復(fù)合材料的成本不利于市場競爭，如專利CN104893106A公開了一種高抗沖擊汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料及其方法，通過采用熱塑性聚氨酯彈性體與丁腈橡膠替代目前常用的乙丙橡膠、POE、SBS等增韌劑來達到降低材料收縮率，增加材料韌性的目的。綜上所述對于汽車保險杠的薄壁化設(shè)計并不能簡單的從降低原材料的收縮率，提升原材料剛韌性來實現(xiàn)保險杠樣件的薄壁化而需要在綜合考慮原材料剛韌性與尺寸穩(wěn)定性的前提下進一步提升原材料的可加工性，以此來保證樣件具有優(yōu)異的外觀品質(zhì)，從而才能更好的滿足汽車輕量化，品質(zhì)化的設(shè)計需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。該方法主要采用具有大徑厚比，片層完整度高并經(jīng)特定的硅烷類功能分散粉體表面處理后的改性特種滑石粉作為聚丙烯復(fù)合材料的填充改性組分與聚丙烯、彈性體、抗氧劑、光照助劑等經(jīng)雙螺桿擠出機擠出造粒制備而來。本發(fā)明通過使用具有高規(guī)整度，大徑厚比并經(jīng)特定的硅烷類功能超細分散粉體表面處理后的特種改性滑石粉，一方面能有效的提升復(fù)合材料的剛性，降低材料線性膨脹系數(shù)及收縮率，進而在保證薄壁化樣件的尺寸穩(wěn)定性和相應(yīng)的力學(xué)性能的同時使得復(fù)合材料具有很高的沖擊韌性，另一方面，本發(fā)明所采用的特種滑石粉是經(jīng)硅烷類超細分散劑表面改性處理后將滑石粉表面由親水轉(zhuǎn)變成疏水，提升了滑石粉與聚丙烯樹脂的相容性，對復(fù)合材料的流動性有著很大的提升作用，從而對于提升復(fù)合材料的加工性，改善產(chǎn)品的表觀質(zhì)量尤其是對于薄壁化免噴涂保險杠這類大型注塑件的外觀品質(zhì)的改善起到很大的促進作用；故使用該款改性滑石粉制備的復(fù)合材料的特點具體表現(xiàn)在高抗沖、高模量、高流動性、低線性熱膨脹系數(shù)及收縮率。為達上述發(fā)明目的，本發(fā)明主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料，由下列按照重量份計的原料制備而成：聚丙烯：50～80份，改性特種滑石粉：10～30份，彈性體：8～20份，抗氧劑：0.1～1.0份，其他助劑：0～3份。進一步的，所述的聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg條件下材料的流動速度在0.5～60g/10min聚丙烯的一種或幾種的混合物。所述的彈性體為乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物的一種或幾種的混合物，密度為0.80～1.0g/cm3。所述的抗氧劑為抗氧劑1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羥基苯基)季戊四醇脂)、抗氧劑168(三(2,4—二叔丁基苯基)亞磷酸酯、抗氧劑DSTP(硫代二丙酸雙十八醇酯)其中的一種或者幾種混合物。所述的其他助劑為光穩(wěn)定劑V703、5589、531，乙烯基雙硬酯酰胺(EBS)等。所述的改性特種滑石粉由下列成分按照重量份數(shù)制備而成：大徑厚比、高完整度滑石粉：95～98份；硅烷類超細功能性分散劑：2～5份。所述的硅烷類超細功能性分散劑采購于美國陶氏化學(xué)有限公司，其具體化學(xué)成分為聚烯烴有機硅類共聚物。所述的改性特種滑石粉為1250目到10000目的具有大徑厚比、高規(guī)整度滑石粉粉體材料，本發(fā)明專利優(yōu)選由泉州旭豐粉體原料有限公司提供的粒徑為6.5-7.0um，白度91±1％，徑厚比30:1的特種改性滑石粉。上述薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下制備步驟：(1)改性特種滑石粉的制備：按重量份數(shù)，將由經(jīng)過挑選的特種滑石，采用特定工藝制備的具有大徑厚比，片層完整度高的滑石粉裸粉95～99份干燥后與硅烷類超細功能性分散劑2～5份，一起加入到高速混煉機中高速混合制備而成。(2)薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料及其制備：按重量份數(shù)，將步驟(1)中制備的改性特種滑石粉10～30份與聚丙烯50～80份，彈性體8～20份，抗氧劑0.1～1份，其他助劑0～3份一起加入到高速混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為155℃，185℃，210℃，215℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為450～550r/min，水槽溫度20℃～50℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)優(yōu)勢：(1)本發(fā)明采用具有高規(guī)整度、大徑厚比的新型特種滑石粉作為復(fù)合材料的填充組分，所制備出的聚丙烯復(fù)合材料具有更小的線性熱膨脹系數(shù)和更好的尺寸穩(wěn)定性以滿足薄壁化車用保險杠的零縫隙以及在較寬的溫度范圍內(nèi)不變形，不翹曲的產(chǎn)品應(yīng)用要求。(2)本發(fā)明所采用的特種滑石粉是經(jīng)硅烷類超細分散劑表面改性處理后將滑石粉表面由親水轉(zhuǎn)變成疏水，提升了滑石粉與聚丙烯樹脂的相容性，在進一步的提升復(fù)合材料沖擊韌性，彎曲模量的同時對復(fù)合材料的流動性也有著很大的提升作用，對于提升復(fù)合材料的加工性，改善產(chǎn)品的表觀質(zhì)量尤其是對于薄壁化免噴涂保險杠這類大型注塑件的外觀品質(zhì)的改善起到很大的促進作用，其特點具體表現(xiàn)在高抗沖、高模量、高流動性、低線性熱膨脹系數(shù)及收縮率。(3)本發(fā)明所采用的新型改性特種滑石粉具有原料成本低，來源廣，直接與聚丙烯、彈性體等共混擠出即可制備聚丙烯復(fù)合材料，制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低具有很強的市場競爭力。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本
發(fā)明內(nèi)容。應(yīng)該強調(diào)的是，這些實施例僅用于對本發(fā)明的進一步說明，而不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明所述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1(1)改性特種滑石粉的制備：按重量份數(shù)，將目數(shù)為3000目，徑厚比為30:1的特種滑石粉98份；硅烷類分散劑2份，一起加入到高速混練機中高速混合3小時，轉(zhuǎn)速500r/min。(2)一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的制備：按重量份數(shù)，將步驟(1)中制備的改性特種滑石粉30份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯60份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為500r/min，水槽溫度38℃。實施例2(1)改性特種滑石粉的制備：按重量份數(shù)，將目數(shù)為3000目，徑厚比為30:1的特種滑石粉98份；硅烷類分散劑2份，一起加入到高速混練機中高速混合3小時，轉(zhuǎn)速500r/min。(2)一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的制備：按重量份數(shù)，將步驟(1)中制備的改性特種滑石粉20份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯70份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為500r/min，水槽溫度38℃。實施例3(1)改性特種滑石粉的制備：按重量份數(shù)，將目數(shù)為3000目，徑厚比為30:1的特種滑石粉98份；硅烷類分散劑2份，一起加入到高速混練機中高速混合3小時，轉(zhuǎn)速500r/min。(2)一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的制備：按重量份數(shù)，將步驟(1)中制備的改性特種滑石粉10份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯80份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為500r/min，水槽溫度38℃。實施例4(1)改性特種滑石粉的制備：按重量份數(shù)，將目數(shù)為3000目，徑厚比為30:1的特種滑石粉95份；硅烷類分散劑5份，一起加入到高速混練機中高速混合3小時，轉(zhuǎn)速500r/min。(2)一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的制備：按重量份數(shù)，將步驟(1)中制備的改性特種滑石粉30份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯60份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為500r/min，水槽溫度38℃。實施例5(1)改性特種滑石粉的制備：按重量份數(shù)，將目數(shù)為3000目，徑厚比為30:1的特種滑石粉95份；硅烷類分散劑5份，一起加入到高速混練機中高速混合3小時，轉(zhuǎn)速500r/min。(2)一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的制備：按重量份數(shù)，將步驟(1)中制備的改性特種滑石粉20份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯70份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為500r/min，水槽溫度38℃。實施例6(1)改性特種滑石粉的制備：按重量份數(shù)，將目數(shù)為3000目，徑厚比為30:1的特種滑石粉95份；硅烷類分散劑5份，一起加入到高速混練機中高速混合3小時，轉(zhuǎn)速500r/min。(2)一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的制備：按重量份數(shù)，將步驟(1)中制備的改性特種滑石粉10份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯80份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為160℃，185℃，205℃，205℃，215℃，225℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為500r/min，水槽溫度38℃。為與實施例1～6形成對照，更好的體現(xiàn)本發(fā)明一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料的高沖擊韌性、高模量、高流動性，相應(yīng)的對比例1～3與實施例1～6采用相同目數(shù)(3000目)的常規(guī)滑石粉作為填充組分，其他組分含量及制備工藝條件與實施例1～6相同來制備滑石粉填充聚丙烯復(fù)合材料。對比例1按重量份數(shù)，將常規(guī)3000目滑石粉30份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯60份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為550r/min，水槽溫度37℃。對比例2按重量份數(shù)，將常規(guī)3000目滑石粉20份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯70份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為550r/min，水槽溫度37℃。對比例3按重量份數(shù)，將常規(guī)3000目滑石粉10份與流動速度為17.5g/min的K9820H聚丙烯80份，彈性體8份，DSTP168抗氧劑0.1份，其他助劑：潤滑劑白油，乙烯基雙硬酯酰胺1.9份一起加入到混料機中混合均勻后，再加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融、擠出、冷卻、切粒制備成保險杠用聚丙烯復(fù)合材料。所述的雙螺桿擠出機的I～X區(qū)加工溫度依次為155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺桿轉(zhuǎn)速為550r/min，水槽溫度37℃。將上述實施例1～6及其相應(yīng)的對比例1～3所制備的一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料均按照統(tǒng)一工藝注塑成相應(yīng)的測試樣條，按照下表1中的測試標準及條件進行性能測試，測試數(shù)據(jù)如表2所示。表1薄壁化保險杠用聚丙烯復(fù)合材料性能測試標準及條件序號檢驗指標檢驗方法單位測試條件1密度GB/T1033.1g/cm^32拉伸強度GB/T1040.2MPa50mm/min3斷裂伸長率GB/T1040.2％4缺口沖擊強度GB/T1043kJ/m^223℃5熔體流動速率GB/T3682g/10min230℃×2.16kg6材料收縮率GB/T17037.4％表2實施例1～6及其對比例薄壁化保險杠用聚丙烯復(fù)合材料性能測試數(shù)據(jù)表2中實施例1～6為根據(jù)本發(fā)明專利一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料中的部分代表性實施方案制備的改性聚丙烯復(fù)合材料的測試結(jié)果，為更好的體現(xiàn)本發(fā)明一種薄壁化保險杠用聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法的突出性能，相應(yīng)的對比例1～3作為相應(yīng)實施例的對照。從表2中可以得出以下結(jié)論：由于本發(fā)明一種薄壁化汽車保險杠用聚丙烯復(fù)合材料是通過使用具有高規(guī)整度，大徑厚比的特種改性滑石粉來達到提升復(fù)合材料的剛性和沖擊韌性，降低材料收縮率，進而保證薄壁化樣件的尺寸穩(wěn)定性和相應(yīng)的力學(xué)性能的同時運用硅烷類超細分散劑對該滑石粉進行表面處理，使得處理后的改性特種滑石粉的表面由親水轉(zhuǎn)變成疏水，提升了滑石粉與聚丙烯樹脂的相容性，進一步的提升了復(fù)合材料沖擊韌性同時對復(fù)合材料的流動性也有著很大的提升作用，從而對于提升復(fù)合材料的加工性改善產(chǎn)品的外觀品質(zhì)尤其是對于薄壁化免噴涂保險杠這一類大型注塑件的外觀品質(zhì)的改善起到很大的促進作用；故使用該款改性滑石粉制備的復(fù)合材料的特點具體表現(xiàn)在高沖擊、高模量、低線性膨脹系數(shù)、低收縮、高流動性。當(dāng)前第1頁1 2 3