本发明涉及聚丙烯复合材料
技术领域：
，具体涉及一种低线性膨胀系数的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：聚丙烯是一种综合性能优良的通用热塑性塑料，具有价格低廉、质量轻、耐溶剂、易回收、无毒等特点，是最重要的汽车轻质材料，它可减轻汽车零部件约40％的质量，已经广泛的应用在汽车内饰件上，如仪表板、门板、立柱、保险杠等。但聚丙烯也有易翘曲、后收缩率大、线性膨胀系数高，低温韧性差等缺点，因此影响了其在汽车大制件上的应用，如保险杠、门槛条、格栅、门板等都要求制件尺寸稳定性好，后收缩率小，线性膨胀系数低。目前，主要通过加入玻璃纤维、滑石粉等方法来大幅度降低材料的线性膨胀系数和收缩率，但玻璃纤维改性聚丙烯会导致制件容易翘曲，而滑石粉改性聚丙烯降低材料的收缩率和线性膨胀系数效果不是很明显。也有通过弹性体、晶须来降低材料收缩率和线性膨胀系数，但是进口弹性体和晶须的成本很高。申请公布号为CN101759934A(申请号为200810207579.3)的中国发明专利申请公布了一种高流动、高韧性、低收缩率填充改性聚丙烯材料，按以下重量百分比计的原料配制成：聚丙烯45～80％、粉状聚乙烯5～18％、无机填料8～25％、钙盐晶须5～12％、抗氧化剂0.1～1％、其他助剂0～2％。该技术方案通过粉状聚乙烯改善矿物分散能力、通过钙盐晶须填充达到降低收缩率和提高材料性能的办法，但是该聚丙烯复合物存在收缩率降低有限及低温冲击性能不高等问题。申请公布号CN105273301A(申请号为201410251238.1)的中国发明专利申请公布了一种低收缩率聚丙烯复合材料及其制备方法，该材料由如下质量分数的原料制成：59.5-89.95份的聚丙烯树脂、10～35份的茂金属线性低密度聚乙烯、1～5份的增韧剂、0.05～0.5份的滑石粉。该技术方案主要是通过茂金属线性低密度聚乙烯、增韧剂以及滑石粉的混合物与低收缩率的聚丙烯共混改性制得，该技术方案所制得的聚丙烯复合材料收缩率较低，但刚性差，弯曲模量低，难以用于汽车上要求有一定刚性的制件。技术实现要素：本发明提供了一种低线性膨胀系数的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，该复合材料具有优异的尺寸稳定性，可用于制备汽车内外饰制件，具体可应用于高档汽车保险杠、门槛条、通风盖板等长制件。一种低线性膨胀系数的聚丙烯复合材料，由以下重量百分含量的原料制成：本发明中，通过采用高径厚比、扁平形态的金云母粉填充改性，使得金云母粉在聚丙烯树脂基体中的产生取向效应，使得聚丙烯复合材料具有优异的尺寸稳定性、更高的弯曲模量、更低的线性热膨胀系数以及更低的翘曲率，通过加入靶向纳米增效功能母料明显改善了金云母粉在复合材料体系中的分散能力，进而提高了聚丙烯复合材料的力学性能，降低了聚丙烯复合材料的线性膨胀系数和收缩率。本发明通过特定组合含量的复配，特别是滑石粉、靶向纳米增效功能母料和金云母粉相互之间的共同作用，能够有效降低聚丙烯复合材料的线性膨胀系数和收缩率，并保证其优异的聚丙烯复合材料的力学性能。进一步优选，所述的低线性膨胀系数的聚丙烯复合材料，由以下重量百分含量的原料制成：所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，进一步优选，该共聚聚丙烯为丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯，其中，丙烯基摩尔百分含量为80％～90％，乙烯基摩尔百分含量为10％～20％。这类高乙烯基含量的丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯在常温下具有良好的冲击性能，可进一步改善聚丙烯改性材料的冲击性能。所述的共聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃×2.16kg条件下为10g/10min～100g/10min，进一步优选为15g/10min～60g/10min。所述的热塑性弹性体的玻璃化转换温度低于-50℃。通过选择玻璃化转变温度低的该类弹性体，可提高共聚聚丙烯改性材料的低温冲击性能。所述的热塑性弹性体的熔体流动速率一般在190℃×2.16kg条件下为0.3g/10min～20g/10min，密度一般为0.855g/cm3～0.871g/cm3，弯曲模量一般为5MPa～12MPa。所述的滑石粉的粒径为10微米～50微米，其中SiO2重量百分含量大于60％，优选60％～99％。高目数滑石粉填充聚丙烯使得材料的结晶度提高，此外，选择SiO2重量百分含量高于60％的滑石粉可进一步增强聚丙烯材料的刚性。所述的滑石粉的重量百分含量为10％-20％。所述的金云母粉优选为硅烷偶联剂改性的金云母粉，为一种具有高径厚比(50-120)的矿物，且表面经过硅烷偶联剂处理的粉料。该金云母粉是一种高径厚比的片层状结构硅酸盐矿物，可在聚丙烯树脂基体中产生取向效应，使得聚丙烯复合材料具有优异的尺寸稳定性、高弯曲模量、更低的线性热膨胀系数(CLTE)以及更低的翘曲率。所述的复合光热稳定剂选自本领域常用的热氧稳定剂、光稳定剂中的一种或两种。所述的热氧稳定剂可选用酚类抗氧剂(如：瑞士汽巴精化生产的Irganox1010)、亚磷酸酯辅助抗氧剂(如：瑞士汽巴精化生产的Irganox168)中的一种或两种。所述的光稳定剂可选用受阻胺类光稳定剂(如：瑞士汽巴精化生产的Tinuvin770和Chimassorb944)。热氧稳定剂、光稳定剂均可选用市售产品。聚丙烯的耐候性较差，易降解，为了有效利用资源、延长聚丙烯寿命，添加复合热稳定剂是必须的，这种复合光热稳定剂能防止料在生产过程中的降解，同时提高产品在使用过程中的耐热性、耐光性及变色性，且能有效满足汽车饰件材料的耐候性能。所述的靶向纳米增效功能母料主要成分为以聚丙烯或聚乙烯为载体的有机物成核剂和润滑剂。即所述的靶向纳米增效功能母料为负载有有机物成核剂和润滑剂的聚丙烯或聚乙烯母粒。如北京泰纳科新材料科技有限公司生产的PP改性用靶向纳米增效功能母料NanopecM2005，为负载有有机物成核剂和润滑剂的聚丙烯母粒。该母料应用于聚丙烯体系中，能起到分子润滑与分子成核的作用，从而有效地消除分子间内聚力，实现聚丙烯结晶形态重组，提高矿物等填充增强与聚丙烯树脂的分散性与相容性，从而提高聚丙烯产品的性能。所述的着色剂优选为0.2％-2％，用于改善材料的颜色。所述的着色剂可根据需要选用本领域通用的着色剂。所述的低线性膨胀系数的聚丙烯复合材料的制备方法，采用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机由进料段到机头共分为十个工作段，包括以下步骤：(1)将聚丙烯、复合光热稳定剂、热塑性弹性体以及选择性添加的着色剂，混合均匀，得到混合物料A，从第一工作段的下料口加入；将滑石粉和靶向纳米增效功能母料，混合均匀，得到混合物料B，由第五工作段的下料口加入；将金云母粉和靶向纳米增效功能母料，混合均匀，得到混合物料C，由第七工作段的下料口加入；(2)经双螺杆挤出机中熔融挤出，经冷却、干燥、切粒，得到低线性膨胀系数的聚丙烯复合材料。其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃-200℃、200℃-220℃、210℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃，模头的温度为220℃-240℃(优选为230℃)。所述的双螺杆挤出机选用本领域常用的通用设备即可。本发明低线性膨胀系数的聚丙烯复合材料具有优异的尺寸稳定性、更高的弯曲模量、更低的线性热膨胀系数以及更低的翘曲率，可用于制备汽车内外饰制件，具体可应用于高档汽车保险杠、门槛条、通风盖板等长制件。与现有技术相比，本发明的优点是：1、本发明通过加入靶向纳米增效功能母料明显改善了金云母粉在符合材料体系中的分散能力，进而提高了聚丙烯复合材料的力学性能，降低了聚丙烯复合材料的线性膨胀系数和收缩率。2、通过采用高径厚比、扁平形态的金云母粉填充改性，使得金云母粉在聚丙烯树脂基体中的产生取向效应，使得聚丙烯复合材料具有优异的尺寸稳定性、更高的弯曲模量、更低的线性热膨胀系数以及更低的翘曲率。3、通过侧向喂料的方法，将金云母粉加入到挤出机中，避免过分的螺杆剪切损害了金云母粉的片层状结构，侧喂料添加使得金云母粉保持了原有的高厚径比特性，这样才能发挥了金云母粉的优势，从而提高复合材料的性能和降低线性膨胀系数。本发明采用特定的原料、矿物、助剂制得了能够表现出低线性膨胀系数的聚丙烯材料，尺寸稳定性好，可应用于高档汽车保险杠、门槛条、通风盖板等长制件，完全可以替代进口材料，是汽车材料国产化发展趋势，市场前景广阔。附图说明图1为本发明中双螺杆挤出机中十个工作段的结构示意图。具体实施方式实施例1～4以及对比例1～2双螺杆挤出机由进料段到机头共分为十个工作段，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。将聚丙烯、复合光热稳定剂、热塑性弹性体以及选择性添加的着色剂组分按表1中重量份的配比在混料机中混合均匀，得到混合物料A，由第一工作段1的下料口加入。将滑石粉和靶向纳米增效功能母料按表1中重量份的配比在混料机中混合均匀，得到混合物料B，由第五工作段5的下料口加入。将金云母粉和靶向纳米增效功能母料按表1中重量份的配比在混料机中混合均匀，得到混合物料C，由第七工作段7的下料口加入。双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃-200℃、200℃-220℃、10℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃，模头的温度为230℃。经过双螺杆高速(螺杆转速为800r/min)剪切、混炼，由机头挤出、拉条、风冷、切粒、干燥和包装，制得聚丙烯改性材料成品。表1组份实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2共聚聚丙烯140Kg40Kg40Kg40Kg40Kg40Kg共聚聚丙烯221Kg21Kg21.8Kg21Kg22.3Kg22.3Kg弹性体POE88428Kg8Kg8Kg8Kg8Kg8Kg弹性体POE81808Kg8Kg8Kg8Kg8Kg8Kg金云母粉010Kg20Kg20Kg020Kg滑石粉20Kg10Kg0020Kg0靶向纳米增效功能母料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实施例1～4以及对比例1～2中所用的原料来源以及主要性能指标如表2：表2性能测试将上述实施例1～4以及对比例1～2制得的聚丙烯改性材料粒料由注射成型机制备成测试样条。线性膨胀系数，按ISO11359-2进行；缺口冲击强度，按ISO179，采用Ⅰ型试样进行；密度，按ISO1183进行；弯曲模量，按ISO178，采用标准试样，即80mm×10mm×4mm进行；拉伸强度，按ISO527-2进行，采用Ⅰ型试样进行；收缩率通过样板尺寸变化进行评判，试样尺寸200*150*3mm。进行性能测试，结果见表3：表3实施例1由于未加滑石粉，可以作为对比例3，相对于对比例1～3，实施例2～4均加入了金云母粉和靶向纳米增效功能母料，实施例2～4的线性膨胀系数(-30℃～80℃)要明显低于对比例1～3，具有更低的线性热膨胀系数，同时收缩率也明显低于对比例1～3，说明实施例2～4尺寸稳定性好，此外，力学性能也更为优异，可见，本发明中，金云母粉和靶向纳米增效功能母料能够产生协同作用。当前第1页1 2 3