一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用与流程

本发明属于聚丙烯材料领域，具体涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来随着汽车工业的飞速发展，轻量化、品质化、节能环保、功能化等已成为当前汽车工业的主要目标。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、耐溶性、易回收、无毒等特点，是最重要的汽车轻质材料之一，它可减轻汽车零部件约40％的质量，已广泛应用在汽车装饰件上。而功能化的聚丙烯材料在汽车上的运用也越来越多。

2、在汽车制造领域，燃油箱特指用柴油机或汽油机驱动的机器上储放燃料油的装置。为了实现汽车的轻量化，现有的汽车制造过程中大都采用了塑料燃油箱来装放汽油。用作塑料燃油箱的材料需要对燃油具有较好的阻隔性或者低渗透性。而且，汽车燃油箱长期处于路况颠簸所造成的振荡条件下，需长期装载温度较高的含各种不同成分的汽车燃油，在长期处于如此复杂的使用环境中，对材料的耐环境应力开裂性能也有较高的要求。

3、专利文献cn115584087a公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，该聚丙烯复合材料按重量份数计，包括以下组分，聚丙烯树脂42～76份；低密度聚乙烯10～20份；尼龙树脂10～30份；相容剂3～5份；加工助剂1～3份；所述聚丙烯树脂的熔体强度为90～200mn，测试条件为210℃；所述尼龙树脂达到吸湿平衡后的断裂伸长率为≥80％，吸湿平衡的测试条件：温度为-40℃，相对湿度为50％，存放时间为72h。该材料通过一定熔体强度的聚丙烯、低密度聚乙烯树脂和尼龙树脂的协同作用，聚丙烯复合材料不但具有优异的燃油阻隔性，还有效提升了聚丙烯复合材料的耐环境应力开裂性能。然而，上述技术方案中，即使加入了相容剂，由于本身尼龙树脂和聚乙烯的相容性较差，油箱长期使用中，由于箱内的油蒸汽压、外界的颠簸的应力环境，油箱会出现明显的性能下降，包括材料老化、脆化和损坏，从而导致油箱的实际使用寿命缩短。

技术实现思路

1、针对上述现有技术涉及的聚丙烯复合材料中的组分相容性差、实际使用寿命缩短等技术问题，本发明的目的在于提供一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用，本发明的聚丙烯组合物材料本身内部具有良好的相容性性能，同时，其能满足耐环境应力开裂方面的性能。

2、为实现上述目的，具体包括以下技术方案：

3、一种聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂55～80份，长链支化低密度聚乙烯树脂10～20份，填料5～15份，相容剂2-10份，加工助剂1～5份。

4、长链支化低密度聚乙烯是一种具有特殊结构和性能的聚合物材料，其由低密度聚乙烯经过长链支化反应形成长链支化结构制得。本发明当中的长链支化低密度聚乙烯树脂通过rlldpe引发基体lldpe的长链支化反应制得，由于其长链上的支化结构有利于更好的缠绕，不容易发生分相结构，在整体结构中显得更加分散均匀，所以该长链支化低密度聚乙烯树脂能够在聚丙烯的基体中形成均匀的分散相，避免了分相和相分离现象的发生。发明人经过实验研究分析，这种均匀的分散相结构有助于提高聚丙烯组合物的抗裂纹扩展性和耐环境应力开裂性能，而且由于rlldpe和lldpe进行长链支化反应制得的长链支化结构的存在，该长链支化低密度聚乙烯树脂在相同分子量下表现出比普通的lldpe具有更高的强度和韧性，这种强度和韧性的提高能够进一步使得聚丙烯组合物抵抗环境应力和开裂倾向程度更大。

5、填料的添加可以增加聚丙烯组合物的刚性和强度，进一步改善该组合物的机械性能，这有助于减少塑料燃油箱在应力环境下的开裂倾向。

6、通过调整聚丙烯树脂与长链支化低密度聚乙烯树脂这两种树脂的配比，可以在聚丙烯组合物中实现更为良好的相容性和相互作用，以满足改性材料的优化需求。

7、优选地，所述长链支化低密度聚乙烯树脂在190℃、10kg负载下的熔体流动速率m1和在190℃、2.16kg负载下的熔体流动速率m2的比值为m1/m2＝10-20。

8、进一步优选地，所述长链支化低密度聚乙烯树脂在190℃、10kg负载下的熔体流动速率m1和在190℃、2.16kg负载下的熔体流动速率m2的比值为m1/m2＝13-18。

9、长链支化低密度聚乙烯树脂在同一温度不同负载条件下的熔体流动速率比是判断材料长链支化和剪切敏感性的一项常用指标。本发明中，选择的是按照gb/t3682-2000，190℃下10kg负载和2.16kg负载的熔体流动速率m1和m2作为指标，熔体流动速率比定义为m1/m2。该比值越高，说明材料含有的长支链越多，并且对剪切作用越敏感。长链支化程度提高在一定程度上可以提高组合物的韧性和抗冲击性能。通过引入分支结构，聚合物链的运动受到限制，使得材料在受力时能够更好地吸收能量并延展变形，从而提高抗冲击性能。但是长链支化数值过高会导致材料的熔融黏度增加，熔体流动性变差，从而引起在注塑或挤出过程中的熔融不均匀性、气泡生成、瑕疵和缺陷的增加，从而降低成型品质，成型品质的下降也会对最终燃油箱的使用效果具有不良影响。

10、优选地，所述长链支化低密度聚乙烯树脂由rlldpe和lldpe进行长链支化反应制得，所述rlldpe与lldpe的质量比为(0.1-3)：(9.9-7)。

11、进一步优选地，所述rlldpe与lldpe的质量比为(0.5-2)：(8-9.5)。

12、进一步优选地，所述rlldpe与lldpe的质量比为(1-1.5)：(8.5:9)。

13、优选地，按照gb/t 3682-2000标准在190℃、2.16kg条件下进行测试，所述lldpe的熔体流动速率为0.5～3g/10min。

14、进一步优选地，所述lldpe的熔体流动速率在190℃、2.16kg条件下为1～2.5g/10min。

15、在上述的熔体流动速率(mfr值)范围下可以减少熔体在注塑或挤出过程中的热分解和气泡生成，从而减少瑕疵和缺陷的产生；同时，也可以提供更好的填充和保持力，有助于形成均匀、致密的制品结构。

16、优选地，所述加工助剂包括成核剂、润滑剂中的至少一种。

17、优选地，所述成核剂包括β晶型成核剂。

18、β晶型成核剂的引入有助于提高组合物的耐环境应力开裂性能。通过促进晶化行为，可以改善材料的结晶结构，减少裂纹扩展的速率和程度，提高材料的抗裂性能。

19、加工助剂中通过添加润滑剂之类的可以改善组合物的加工性能和流动性，确保在生产过程中获得均匀的物料分布和良好的成型性能。这有助于减少制造过程中引入的缺陷和应力集中，从而降低环境应力开裂的风险。

20、优选地，所述相容剂包括聚丙烯接枝马来酸酐。

21、聚丙烯接枝马来酸酐具有良好的相容性，可以在聚丙烯和其他组分之间形成良好的界面相互作用，能够有效地降低聚丙烯与其他组分之间的界面张力，增加它们之间的相容性。这有助于改善聚丙烯与其他组分(如填料、树脂等)的相容性，提高材料的均匀性和一致性。

22、优选地，所述填料包括沉淀硫酸钡、沉淀碳酸钡中的至少一种。

23、优选地，所述填料的目数为1000-3000目。

24、沉淀硫酸钡具有较高的熔点和热稳定性，可以在组合物基体中起到一定的燃油阻隔作用。通过添加沉淀硫酸钡填料，可以提高组合物材料的耐热性和抗高温性能。此外，1000-3000目的沉淀硫酸钡具有较小的颗粒尺寸和狭窄的颗粒分布范围，这有助于提供材料的尺寸稳定性。填料颗粒的均匀分散可以减少材料的收缩和膨胀，提高制品的尺寸精度和一致性。

25、本发明还提供一种聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：

26、(1)由60co源γ射线或电子束对lldpe原料进行辐照处理，得到rlldpe；

27、(2)将所述rlldpe和lldpe按比例混合后加入到挤出机中进行反应挤出，挤出温度为160-200℃，得到长链支化低密度聚乙烯树脂；

28、(3)将聚丙烯树脂、长链支化低密度聚乙烯树脂、填料、相容剂、加工助剂混合均匀，经过熔融共混、挤出造粒、干燥，得到所述聚丙烯组合物。

29、优选地，所述辐照的剂量为5～8kgy/h。

30、优选地，所述辐照的时间为0.5-5h。

31、本发明控制rlldpe的受辐照剂量在5～8kgy范围内为适量的范围，适量的辐照剂量可以实现合适的交联程度，提高材料的强度和耐久性，同时避免过度交联引起的脆性或性能下降，可以实现较好的辐照效果。

32、优选地，为了提高预处理效率，所述lldpe原料作粉料处理。

33、优选地，所述挤出造粒的温度为200℃-230℃。

34、上述聚丙烯组合物在制备汽车燃油箱材料中的应用也在本发明的保护范围内。

35、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

36、(1)本发明的聚丙烯组合物以长链支化低密度聚乙烯树脂作为增加耐环境应力开裂性能的原料，以长链支化低密度聚乙烯树脂、填料作为增强的原料，该体系具有良好的相容性，使得该聚丙烯组合物的耐环境应力开裂性能强，且力学性能优异；

37、(2)本发明的技术方案相较于尼龙材料的选择其成本较低，制备方法简单易行，且生产工艺简单、适合大批量生产。