本發(fā)明涉及聚丙烯復合材料
技術領域：
，具體涉及一種低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復合材料及其制備方法和應用。
背景技術：
：聚丙烯是一種綜合性能優(yōu)良的通用熱塑性塑料，具有價格低廉、質(zhì)量輕、耐溶劑、易回收、無毒等特點，是最重要的汽車輕質(zhì)材料，它可減輕汽車零部件約40％的質(zhì)量，已經(jīng)廣泛的應用在汽車內(nèi)飾件上，如儀表板、門板、立柱、保險杠等。但聚丙烯也有易翹曲、后收縮率大、線性膨脹系數(shù)高，低溫韌性差等缺點，因此影響了其在汽車大制件上的應用，如保險杠、門檻條、格柵、門板等都要求制件尺寸穩(wěn)定性好，后收縮率小，線性膨脹系數(shù)低。目前，主要通過加入玻璃纖維、滑石粉等方法來大幅度降低材料的線性膨脹系數(shù)和收縮率，但玻璃纖維改性聚丙烯會導致制件容易翹曲，而滑石粉改性聚丙烯降低材料的收縮率和線性膨脹系數(shù)效果不是很明顯。也有通過彈性體、晶須來降低材料收縮率和線性膨脹系數(shù)，但是進口彈性體和晶須的成本很高。申請公布號為CN101759934A(申請?zhí)枮?00810207579.3)的中國發(fā)明專利申請公布了一種高流動、高韌性、低收縮率填充改性聚丙烯材料，按以下重量百分比計的原料配制成：聚丙烯45～80％、粉狀聚乙烯5～18％、無機填料8～25％、鈣鹽晶須5～12％、抗氧化劑0.1～1％、其他助劑0～2％。該技術方案通過粉狀聚乙烯改善礦物分散能力、通過鈣鹽晶須填充達到降低收縮率和提高材料性能的辦法，但是該聚丙烯復合物存在收縮率降低有限及低溫沖擊性能不高等問題。申請公布號CN105273301A(申請?zhí)枮?01410251238.1)的中國發(fā)明專利申請公布了一種低收縮率聚丙烯復合材料及其制備方法，該材料由如下質(zhì)量分數(shù)的原料制成：59.5-89.95份的聚丙烯樹脂、10～35份的茂金屬線性低密度聚乙烯、1～5份的增韌劑、0.05～0.5份的滑石粉。該技術方案主要是通過茂金屬線性低密度聚乙烯、增韌劑以及滑石粉的混合物與低收縮率的聚丙烯共混改性制得，該技術方案所制得的聚丙烯復合材料收縮率較低，但剛性差，彎曲模量低，難以用于汽車上要求有一定剛性的制件。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復合材料及其制備方法和應用，該復合材料具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，可用于制備汽車內(nèi)外飾制件，具體可應用于高檔汽車保險杠、門檻條、通風蓋板等長制件。一種低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復合材料，由以下重量百分含量的原料制成：本發(fā)明中，通過采用高徑厚比、扁平形態(tài)的金云母粉填充改性，使得金云母粉在聚丙烯樹脂基體中的產(chǎn)生取向效應，使得聚丙烯復合材料具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、更高的彎曲模量、更低的線性熱膨脹系數(shù)以及更低的翹曲率，通過加入靶向納米增效功能母料明顯改善了金云母粉在復合材料體系中的分散能力，進而提高了聚丙烯復合材料的力學性能，降低了聚丙烯復合材料的線性膨脹系數(shù)和收縮率。本發(fā)明通過特定組合含量的復配，特別是滑石粉、靶向納米增效功能母料和金云母粉相互之間的共同作用，能夠有效降低聚丙烯復合材料的線性膨脹系數(shù)和收縮率，并保證其優(yōu)異的聚丙烯復合材料的力學性能。進一步優(yōu)選，所述的低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復合材料，由以下重量百分含量的原料制成：所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，進一步優(yōu)選，該共聚聚丙烯為丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯，其中，丙烯基摩爾百分含量為80％～90％，乙烯基摩爾百分含量為10％～20％。這類高乙烯基含量的丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯在常溫下具有良好的沖擊性能，可進一步改善聚丙烯改性材料的沖擊性能。所述的共聚聚丙烯的熔體流動速率在230℃×2.16kg條件下為10g/10min～100g/10min，進一步優(yōu)選為15g/10min～60g/10min。所述的熱塑性彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度低于-50℃。通過選擇玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低的該類彈性體，可提高共聚聚丙烯改性材料的低溫沖擊性能。所述的熱塑性彈性體的熔體流動速率一般在190℃×2.16kg條件下為0.3g/10min～20g/10min，密度一般為0.855g/cm3～0.871g/cm3，彎曲模量一般為5MPa～12MPa。所述的滑石粉的粒徑為10微米～50微米，其中SiO2重量百分含量大于60％，優(yōu)選60％～99％。高目數(shù)滑石粉填充聚丙烯使得材料的結(jié)晶度提高，此外，選擇SiO2重量百分含量高于60％的滑石粉可進一步增強聚丙烯材料的剛性。所述的滑石粉的重量百分含量為10％-20％。所述的金云母粉優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑改性的金云母粉，為一種具有高徑厚比(50-120)的礦物，且表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理的粉料。該金云母粉是一種高徑厚比的片層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，可在聚丙烯樹脂基體中產(chǎn)生取向效應，使得聚丙烯復合材料具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、高彎曲模量、更低的線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)以及更低的翹曲率。所述的復合光熱穩(wěn)定劑選自本領域常用的熱氧穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑中的一種或兩種。所述的熱氧穩(wěn)定劑可選用酚類抗氧劑(如：瑞士汽巴精化生產(chǎn)的Irganox1010)、亞磷酸酯輔助抗氧劑(如：瑞士汽巴精化生產(chǎn)的Irganox168)中的一種或兩種。所述的光穩(wěn)定劑可選用受阻胺類光穩(wěn)定劑(如：瑞士汽巴精化生產(chǎn)的Tinuvin770和Chimassorb944)。熱氧穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑均可選用市售產(chǎn)品。聚丙烯的耐候性較差，易降解，為了有效利用資源、延長聚丙烯壽命，添加復合熱穩(wěn)定劑是必須的，這種復合光熱穩(wěn)定劑能防止料在生產(chǎn)過程中的降解，同時提高產(chǎn)品在使用過程中的耐熱性、耐光性及變色性，且能有效滿足汽車飾件材料的耐候性能。所述的靶向納米增效功能母料主要成分為以聚丙烯或聚乙烯為載體的有機物成核劑和潤滑劑。即所述的靶向納米增效功能母料為負載有有機物成核劑和潤滑劑的聚丙烯或聚乙烯母粒。如北京泰納科新材料科技有限公司生產(chǎn)的PP改性用靶向納米增效功能母料NanopecM2005，為負載有有機物成核劑和潤滑劑的聚丙烯母粒。該母料應用于聚丙烯體系中，能起到分子潤滑與分子成核的作用，從而有效地消除分子間內(nèi)聚力，實現(xiàn)聚丙烯結(jié)晶形態(tài)重組，提高礦物等填充增強與聚丙烯樹脂的分散性與相容性，從而提高聚丙烯產(chǎn)品的性能。所述的著色劑優(yōu)選為0.2％-2％，用于改善材料的顏色。所述的著色劑可根據(jù)需要選用本領域通用的著色劑。所述的低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復合材料的制備方法，采用雙螺桿擠出機，雙螺桿擠出機由進料段到機頭共分為十個工作段，包括以下步驟：(1)將聚丙烯、復合光熱穩(wěn)定劑、熱塑性彈性體以及選擇性添加的著色劑，混合均勻，得到混合物料A，從第一工作段的下料口加入；將滑石粉和靶向納米增效功能母料，混合均勻，得到混合物料B，由第五工作段的下料口加入；將金云母粉和靶向納米增效功能母料，混合均勻，得到混合物料C，由第七工作段的下料口加入；(2)經(jīng)雙螺桿擠出機中熔融擠出，經(jīng)冷卻、干燥、切粒，得到低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復合材料。其中，雙螺桿擠出機由進料段到機頭的溫度依次為：190℃-200℃、200℃-220℃、210℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃，模頭的溫度為220℃-240℃(優(yōu)選為230℃)。所述的雙螺桿擠出機選用本領域常用的通用設備即可。本發(fā)明低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯復合材料具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、更高的彎曲模量、更低的線性熱膨脹系數(shù)以及更低的翹曲率，可用于制備汽車內(nèi)外飾制件，具體可應用于高檔汽車保險杠、門檻條、通風蓋板等長制件。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：1、本發(fā)明通過加入靶向納米增效功能母料明顯改善了金云母粉在符合材料體系中的分散能力，進而提高了聚丙烯復合材料的力學性能，降低了聚丙烯復合材料的線性膨脹系數(shù)和收縮率。2、通過采用高徑厚比、扁平形態(tài)的金云母粉填充改性，使得金云母粉在聚丙烯樹脂基體中的產(chǎn)生取向效應，使得聚丙烯復合材料具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、更高的彎曲模量、更低的線性熱膨脹系數(shù)以及更低的翹曲率。3、通過側(cè)向喂料的方法，將金云母粉加入到擠出機中，避免過分的螺桿剪切損害了金云母粉的片層狀結(jié)構(gòu)，側(cè)喂料添加使得金云母粉保持了原有的高厚徑比特性，這樣才能發(fā)揮了金云母粉的優(yōu)勢，從而提高復合材料的性能和降低線性膨脹系數(shù)。本發(fā)明采用特定的原料、礦物、助劑制得了能夠表現(xiàn)出低線性膨脹系數(shù)的聚丙烯材料，尺寸穩(wěn)定性好，可應用于高檔汽車保險杠、門檻條、通風蓋板等長制件，完全可以替代進口材料，是汽車材料國產(chǎn)化發(fā)展趨勢，市場前景廣闊。附圖說明圖1為本發(fā)明中雙螺桿擠出機中十個工作段的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式實施例1～4以及對比例1～2雙螺桿擠出機由進料段到機頭共分為十個工作段，第一工作段1、第二工作段2、第三工作段3、第四工作段4、第五工作段5、第六工作段6、第七工作段7、第八工作段8、第九工作段9、第十工作段10。將聚丙烯、復合光熱穩(wěn)定劑、熱塑性彈性體以及選擇性添加的著色劑組分按表1中重量份的配比在混料機中混合均勻，得到混合物料A，由第一工作段1的下料口加入。將滑石粉和靶向納米增效功能母料按表1中重量份的配比在混料機中混合均勻，得到混合物料B，由第五工作段5的下料口加入。將金云母粉和靶向納米增效功能母料按表1中重量份的配比在混料機中混合均勻，得到混合物料C，由第七工作段7的下料口加入。雙螺桿擠出機由進料段到機頭的溫度依次為：190℃-200℃、200℃-220℃、10℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃，模頭的溫度為230℃。經(jīng)過雙螺桿高速(螺桿轉(zhuǎn)速為800r/min)剪切、混煉，由機頭擠出、拉條、風冷、切粒、干燥和包裝，制得聚丙烯改性材料成品。表1組份實施例1實施例2實施例3實施例4對比例1對比例2共聚聚丙烯140Kg40Kg40Kg40Kg40Kg40Kg共聚聚丙烯221Kg21Kg21.8Kg21Kg22.3Kg22.3Kg彈性體POE88428Kg8Kg8Kg8Kg8Kg8Kg彈性體POE81808Kg8Kg8Kg8Kg8Kg8Kg金云母粉010Kg20Kg20Kg020Kg滑石粉20Kg10Kg0020Kg0靶向納米增效功能母料1.3Kg1.3Kg0.5Kg1.3Kg00Irganox10100.2Kg0.2Kg0.2Kg0.2Kg0.2Kg0.2KgIrganox1680.3Kg0.3Kg0.3Kg0.3Kg0.3Kg0.3KgTinuvin7700.1Kg0.1Kg0.1Kg0.1Kg0.1Kg0.1KgChimassorb9440.1Kg0.1Kg0.1Kg0.1Kg0.1Kg0.1Kg黑色母1.0Kg1.0Kg1.0Kg1.0Kg1.0Kg1.0Kg實施例1～4以及對比例1～2中所用的原料來源以及主要性能指標如表2：表2性能測試將上述實施例1～4以及對比例1～2制得的聚丙烯改性材料粒料由注射成型機制備成測試樣條。線性膨脹系數(shù)，按ISO11359-2進行；缺口沖擊強度，按ISO179，采用Ⅰ型試樣進行；密度，按ISO1183進行；彎曲模量，按ISO178，采用標準試樣，即80mm×10mm×4mm進行；拉伸強度，按ISO527-2進行，采用Ⅰ型試樣進行；收縮率通過樣板尺寸變化進行評判，試樣尺寸200*150*3mm。進行性能測試，結(jié)果見表3：表3實施例1由于未加滑石粉，可以作為對比例3，相對于對比例1～3，實施例2～4均加入了金云母粉和靶向納米增效功能母料，實施例2～4的線性膨脹系數(shù)(-30℃～80℃)要明顯低于對比例1～3，具有更低的線性熱膨脹系數(shù)，同時收縮率也明顯低于對比例1～3，說明實施例2～4尺寸穩(wěn)定性好，此外，力學性能也更為優(yōu)異，可見，本發(fā)明中，金云母粉和靶向納米增效功能母料能夠產(chǎn)生協(xié)同作用。當前第1頁1 2 3