一种低clte、免火焰处理的高模量材料及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于材料技术领域，涉及一种低clte、免火焰处理的高模量材料及其制备方法与应用。
背景技术：2.当前，汽车和家电领域对塑料零部件的使用量在不断的增大，特别是体积较大、尺寸结构复杂、表面喷涂的塑料零部件的使用在不断增加，如：汽车尾门外板、格栅、保险杠周边、电器壳体、电器底座。由于这类零部件功能化要求和使用环境要求材料本身具有尺寸稳定性好、线性膨胀系数低、强度模量高，所以成本较高且制备过程繁琐。现有技术中的材料由于零部件要求的尺寸大、结构复杂，导致现有材料受冷热时零部件尺寸变化大，从而影响零部件的装配和后续使用；并且材料的强度也不足以保证在高温或高强度受力时仍保持原有性状。此外，为了增加零部件外表美观，零部件通常需要进行表面喷涂，而传统喷涂工艺是在零部件喷涂之前还需进行火焰或电晕处理增加零部件表面极性和自由能，这些步骤均不利于工业生产，也不能实现大尺寸、复杂结构的塑料零部件的高效制备。中国专利申请文本(公开号：cn103665544a)公开了一种各向同性低线性膨胀系数聚丙烯组合物及其制备方法，其中原料包括20-98％的聚丙烯、2-20％的晶须、0-30％的矿物粉体、0-20％的增韧剂、0-5％的相容剂、0-5％的其它助剂；通过添加不同种类及不同含量的三维空间结构晶须，一定程度上影响产品表面外观，并且虽然使制得的聚丙烯组合物的线性膨胀系数最低为3.2
×
10-5
，但是三维空间结构晶须成本过高，为了适应工业化生产，通常需要采用低成本的原料。中国专利申请文本(公开号：cn114507399a)公开了一种聚丙烯材料及其制备方法与应用，其原料包括均聚聚丙烯60～70份、嵌段共聚聚丙烯10～15份、线性低密度聚乙烯10～30份、β-成核剂0.2～0.5份、抗氧剂0.5～1份、光稳定剂0.1～1份；制得的材料的悬臂梁缺口冲击强度较高但是弯曲模量较低，也并没有对材料的线性膨胀系数进行改进。
技术实现要素：3.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有低clte(线性膨胀系数)、免火焰处理、高强度模量、耐高温高压、尺寸稳定性好的复合材料。
4.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
5.一种低clte、免火焰处理的高模量材料，所述高模量材料包括以下重量份数的原料：基体树脂：50-75份，增韧剂：5-20份，矿物填充：25-40份，表面活性剂：1-10份，成核剂：0.2-1.5份，抗氧剂：0.2-1.5份，紫外吸收剂：0.2-2份，润滑剂：0.1-0.3份，分散剂：0.05-0.1份；所述基体树脂占原料总质量的55-60％，具体为质量比为(4-6)：(1-1.5)：1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、线性低密度聚乙烯。
6.共聚聚丙烯具有很好的冲击性，相对较低的收缩比，尺寸稳定性较好，同时共聚聚丙烯刚韧平衡性较好，占树脂总含量比例相对较高能发挥更好的综合效果。均聚聚丙烯具有较高模量，同时线性膨胀系数相对较低。线性低密度聚乙烯结晶度较高，降低材料线性膨
胀系数，具有较高的冲击性，起到增韧作用。将三者协同作用使基体树脂本身具有较好的低线性膨胀系数、高韧性、高稳定性。
7.作为优选，共聚聚丙烯、均聚聚丙烯的总质量与线性低密度聚乙烯的质量比为(6-7)：1。
8.作为优选，所述基体树脂中共聚聚丙烯占比为65-73％。
9.作为优选，共聚聚丙烯的分子量为20-23万，熔融指数为30g/10min(230℃/2.16kg)；均聚聚丙烯的分子量为15-20万，熔融指数为15g/10min(230℃/2.16kg)；线性低密度聚乙烯(lldpe)的分子量为10-15万，熔融指数为2g/10min(230℃/2.16kg)。
10.作为优选，增韧剂、成核剂的质量比为(9-11)：1。
11.作为优选，所述基体树脂、增韧剂的质量比为(5-100):1。
12.作为优选，所述增韧剂包括乙烯辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶中的一种或多种。
13.进一步优选，当增韧剂为乙烯辛烯共聚物时，基体树脂、增韧剂的质量比为(5-20)：1。
14.进一步优选，当增韧剂为热塑性聚氨酯弹性体时，基体树脂、增韧剂的质量比为(5-10)：1。
15.更进一步优选，当增韧剂为质量比为(0.5-2)：(0.5-2)的热塑性聚氨酯弹性体、乙烯辛烯共聚物的混合物时，基体树脂、增韧剂的质量比为(6-9)：1。
16.作为优选，所述表面活性剂包括马来酸酐、马来酸酐接枝物、金属氧化物、金属粉末中的一种或多种。
17.进一步优选，金属粉末包括铁粉、镍粉、钼粉、铜粉、铝粉中的一种或多种。
18.更进一步优选，所述金属粉末的粒径为1200目。
19.作为优选，所述矿物填充包括碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石、硫酸钡晶须中的一种或多种。
20.进一步优选，当矿物填充为硫酸钡晶须时，基体树脂、硫酸钡晶须的质量比为(1-5)：1。
21.表面活性剂、矿物填充的加入增加材料硬度的同时，降低了材料的冲击性能，而本发明中通过添加金属粉提高了材料表面活性，使材料增加硬度的同时，增加了弯曲模量和弯曲强度。
22.作为优选，所述成核剂包括脂肪羧酸金属化合物、山梨醇苄叉衍生物、芳香族羧酸金属化合物、有机磷酸盐、木质酸及其衍生物、苯甲酸钠和双(对叔丁基苯甲酸)羧基铝中的一种或多种。
23.作为优选，成核剂包括质量比为(0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)的脂肪羧酸金属化合物、山梨醇苄叉衍生物、有机磷酸盐的混合物。
24.进一步优选，所述成核剂的加入量为基体树脂的0.8-1.8％。
25.作为优选，所述抗氧剂包括酚型抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或多种。
26.进一步优选，所述抗氧剂为质量比为(1-3):1的酚型抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂的混合物。
27.作为优选，所述紫外吸收剂包括水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯
腈类、三嗪类中的一种或多种。
28.作为优选，所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、有机硅化合物中的一种或多种。
29.作为优选，所述分散剂包括白油、矿物油、石蜡油、环烷油中的一种或多种。
30.本发明还公开了一种低clte、免火焰处理的高模量材料的制备方法，所述制备方法包括：将原料称重，先将原料中除粉体的组分加入到高速混合机中进行预混，得到预混料，然后加入粉体组分混匀，接着加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、冷却、切粒、烘干。
31.本发明也公开了一种低clte、免火焰处理的高模量材料在汽车零部件领域的应用。
32.作为优选，所述汽车零部件包括但不限于汽车尾门板、格栅、保险杠周边、电器外壳、电器底座。
33.由于本发明制得的材料具有高强度、高模量、低线性膨胀系数，可在高温和高负载苛刻环境下使用，环境温度变化对零部件尺寸变化影响小，避免如传统喷涂工艺需要火焰或电晕处理；并且在节约成本的同时提高生产效率；可以拓展应用至汽车尾门板、格栅、保险杠周边、电器外壳、电器底座等。
34.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
35.1、本发明在原料中同时加入共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、线性低密度聚乙烯三种类型的树脂，结合其他组分，使制得的材料不需采用传统的火焰处理就能具有高强度、高模量、高耐热性、尺寸稳定、线性膨胀系数低的性能。
36.2、本发明的基体树脂中共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、线性低密度聚乙烯三种类型的树脂的质量比为(4-6)：(1-1.5)：1，其中共聚聚丙烯占比为65-73％，使得制得的材料具有较好的综合性能。
37.3、本发明控制基体树脂的含量占原料总质量的55-60％以保证材料的性能。
38.4、本发明中增韧剂和成核剂的比值
39.5、本发明加入表面活性剂、矿物填充用来提升材料力学性能，特别是当表面活性剂为金属粉末、矿物填充为硫酸钡晶须时，能发挥最优的效果。
具体实施方式
40.以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
41.原料包括：
42.共聚聚丙烯：韩国sk、bh3820；
43.均聚聚丙烯：台塑宁波、1124；
44.线性低密度聚乙烯：埃克森美孚、1002kw；
45.其余原料均为常规的市售产品。
46.实施例1
47.将原料按如下比例称重，共聚聚丙烯40份、均聚聚丙烯10份、线性低密度聚乙烯8份，热塑性聚氨酯弹性体4份，乙烯辛烯共聚物3份，硫酸钡晶须30份，金属粉末(铝粉，1200
目)5份，成核剂(na11)0.7份，酚型抗氧剂(抗氧剂1010)0.2份、亚磷酸酯类抗氧剂(抗氧剂168)0.1份，紫外吸收剂(531)0.3份，润滑剂(硬脂酸钙)0.2份，分散剂(白油)0.05份。
48.然后先将原料中除粉体的组分加入到高速混合机中进行预混，得到预混料，然后加入粉体组分混匀，接着加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，温度为160-220℃，然后挤出、冷却、切粒、烘干。性能如表1所示。
49.实施例2
50.与实施例1相比，区别在于基体树脂为共聚聚丙烯38份、均聚聚丙烯12份、线性低密度聚乙烯8份。
51.实施例3
52.与实施例1相比，区别在于基体树脂为共聚聚丙烯42份、均聚聚丙烯8份、线性低密度聚乙烯8份。
53.实施例4
54.与实施例1相比，区别在于增韧剂仅为乙烯辛烯共聚物7份。
55.实施例5
56.与实施例1相比，区别在于增韧剂仅为热塑性聚氨酯弹性体7份。
57.实施例6
58.与实施例1相比，区别在于增韧剂仅为热塑性硫化橡胶7份。
59.实施例7
60.与实施例1相比，区别在于矿物填充为滑石粉。
61.实施例8
62.与实施例1相比，区别在于表面活性剂为马来酸酐。
63.实施例9
64.与实施例1相比，区别在于表面活性剂为金属氧化物(三氧化二锑)。
65.实施例10
66.与实施例1相比，区别在于成核剂的加入量为0.5份。
67.实施例11
68.与实施例1相比，区别在于成核剂的加入量为1份。
69.对比例1
70.与实施例1相比，区别在于基体树脂为共聚聚丙烯40份、均聚聚丙烯10份。
71.对比例2
72.与实施例1相比，区别在于基体树脂为共聚聚丙烯10份、均聚聚丙烯40份、线性低密度聚乙烯8份。
73.对比例3
74.与实施例1相比，区别在于基体树脂为共聚聚丙烯30份、均聚聚丙烯20份、线性低密度聚乙烯8份。
75.对比例4
76.与实施例1相比，区别在于基体树脂为共聚聚丙烯20份、均聚聚丙烯20份、线性低密度聚乙烯8份。
77.对比例5
78.与实施例1相比，区别在于不加入成核剂。
79.表1、性能数据表
[0080][0081]
从表中数据可知，当实施例1-3中的基体树脂含量在57.2％，且时的综合性能高于对比例1中基体树脂含量在53.5％时的综合性能，也高于对比例2-4中三种树脂比例改变时的综合性能；采用复配的增韧剂能获得更优异的线性膨胀系数等性能；硫酸钡晶须由于其本身的特性相比于常规矿物填充更适用于高性能树脂的制备；金属粉末作为表面活性剂时会进一步提升弯曲强度等性能；成核剂的含量为基体树脂的0.8-1.8％时，可以获得较好的弯曲模量同时不影响缺口冲击性能。
[0082]
综上所述，本发明中基体树脂占原料总质量的55-60％，并且同时包括共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、线性低密度聚乙烯三种类型的树脂，结合其他组分，使制得的材料不需采用传统的火焰处理就能具有高强度、高模量、高耐热性、尺寸稳定、线性膨胀系数低的性能。
[0083]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
技术特征：1.一种低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，所述高模量材料包括以下重量份数的原料：基体树脂：50-75份，增韧剂：5-20份，矿物填充：25-40份，表面活性剂：1-10份，成核剂：0.2-1.5份，抗氧剂：0.2-1.5份，紫外吸收剂：0.2-2份，润滑剂：0.1-0.3份，分散剂：0.05-0.1份；所述基体树脂占原料总质量的55-60％，基体树脂为质量比为(4-6)：(1-1.5)：1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、线性低密度聚乙烯的混合树脂。2.根据权利要求1所述的低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，所述基体树脂、增韧剂的质量比为(5-100):1。3.根据权利要求1或2所述的低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，所述增韧剂包括乙烯辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性硫化橡胶中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，当增韧剂为乙烯辛烯共聚物和热塑性聚氨酯弹性体的混合物时，基体树脂、热塑性聚氨酯弹性体的质量比为(6-9)：1。5.根据权利要求1所述的低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，所述表面活性剂包括马来酸酐、马来酸酐接枝物、金属氧化物、金属粉末中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，所述矿物填充包括碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石、硫酸钡晶须中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，所述成核剂包括脂肪羧酸金属化合物、山梨醇苄叉衍生物、芳香族羧酸金属化合物、有机磷酸盐、木质酸及其衍生物、苯甲酸钠和双(对叔丁基苯甲酸)羧基铝中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的低clte、免火焰处理的高模量材料，其特征在于，所述成核剂的加入量为基体树脂的1-1.8％。9.一种如权利要求1所述的低clte、免火焰处理的高模量材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将原料称重，先将原料中除粉体的组分加入到高速混合机中进行预混，得到预混料，然后加入粉体组分混匀，接着加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、冷却、切粒、烘干。10.一种如权利要求1所述的低clte、免火焰处理的高模量材料在汽车零部件领域的应用。
技术总结本发明涉及一种低CLTE、免火焰处理的高模量材料及其制备方法与应用，属于材料技术领域。本发明公开了一种低CLTE、免火焰处理的高模量材料，所述高模量材料包括以下重量份数的原料：基体树脂：50-75份，增韧剂：5-20份，矿物填充：25-40份，表面活性剂：1-10份，成核剂：0.2-1.5份，抗氧剂：0.2-1.5份，紫外吸收剂：0.2-2份，润滑剂：0.1-0.3份，分散剂：0.05-0.1份；所述基体树脂占原料总质量的55-60％，具体为质量比为(4-6)：(1-1.5)：1的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、线性低密度聚乙烯。本发明公开了其制备方法与其在汽车零部件领域的应用。制备方法与其在汽车零部件领域的应用。
技术研发人员：赵先国 胡益男 王益 张乐福 鲁佳腾 冉青荣 叶国强
受保护的技术使用者：宁波信泰机械有限公司
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
