本發明屬于高分子材料技術領域，具體是一種聚丙烯注塑化學微發泡復合材料及其制備方法。
技術背景：
近年來，能源與環境的危機加速了各國政府對汽車行業的產品能耗和排放的嚴格控制。到2020年，除美國之外的全球主要的汽車生產與消費國家和地區對乘用車燃油油耗的要求都將嚴格限制在5l/100km以下的水平，而且碳排放也更為嚴格。汽車輕量化已經成為汽車主機廠迫切的需求，設計者在追尋汽車輕量化技術開發問題上，一直聚焦致力于尋找材料的替代減重和設計變更來降重。聚丙烯微發泡內部含有從幾十微米到幾百微米尺寸，不僅能降低聚丙烯制品密度，較傳統材料在部件上實現最高50％的減重，也可以改善制品表面尺寸穩定性，降低產品翹曲，此外還能隔熱、降噪、緩沖性能，這些優點發揮著巨大的優勢，將聚丙烯微發泡推向行業前沿，成為汽車輕量化材料的必選之一。但是聚丙烯屬于半結晶線性聚合物，達到熔點后，熔體強度迅速降低，較低的熔體強度無法克服發泡氣源在發泡瞬間快速溢出所產生的瞬間壓力，導致分解產生的氣體在熔體成長過程極易破孔而出，引起泡孔合并、塌陷，在復合材料中形成的泡孔大小不一、泡孔分布不均等缺陷，當材料受力時易在這些缺陷上形成宏觀裂紋，降低材料的綜合性能，因此限制了聚丙烯微發泡的應用。聚丙烯微發泡要想助力汽車輕量化技術，首要解決如何提高聚丙烯的熔體強度，因為較高熔體強度能夠在氣體長大的過程中有效束縛氣泡的生長，保證聚丙烯發泡芯層泡孔直徑小，分布均勻而致密，獲得性能優異的聚丙烯微發泡材料。
技術實現要素：
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針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種聚丙烯注塑化學微發泡復合材料及其制備方法，解決現有技術發泡過程中聚丙烯達到熔點后，熔體強度迅速降低，導致復合體系中發泡過程難以控制，氣泡并泡塌陷嚴重，嚴重影響聚丙烯微發泡的性能，限制聚丙烯微發泡在汽車行業的應用等問題。
一種聚丙烯注塑化學微發泡復合材料，由下列原料按重量百分比制備而成：
聚丙烯復合材料96-99％
化學發泡劑1-4％
其中所述的聚丙烯復合材料由下列原料按重量份制備而成：
聚丙烯份57-63份
滑石粉20-25份
增韌劑10-15份
樹枝狀大分子母粒2-8份
抗氧劑0.2-0.4份
潤滑劑0.5-1份
其他助劑0-3份
進一步方案，所述聚丙烯為共聚聚丙烯，在230℃，2.16kg的測試條件下，熔體流動速率為10-120g/10min。
進一步方案，所述滑石粉粒徑目數在10000目以上。
進一步方案，所述增韌劑為poe，在230℃，2.16kg的測試條件下，熔體流動速率為0.5-30g/10min。
進一步方案，所述樹枝狀大分子母粒以共聚聚丙烯為載體，樹枝狀大分子含量20％-40％。
進一步方案，所述抗氧劑選自受阻酚類抗氧劑、硫代硫酸酯類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑中的至少一種。
更進一步地，所述受阻酚類抗氧劑為抗氧劑1010，所述硫代硫酸酯類抗氧劑為抗氧劑dltp，所述亞磷酸酯類抗氧劑為抗氧劑168。
進一步方案，所述潤滑劑為聚乙烯蠟、硬脂酸鈣，硬脂酸鋅、褐煤蠟、戊四醇硬脂酸酯中的至少一種。
進一步方案，所述其他助劑為紫外光吸收劑、表面光亮劑、光穩定劑、抗靜電劑或著色劑。
制備所述聚丙烯注塑化學微發泡復合材料的方法，包括以下步驟：
(1)將聚丙烯57-63份、滑石粉0.1-25份、增韌劑0.1-20份、樹枝狀大分子母粒2-10份、抗氧劑0.2-0.4份、潤滑劑0.5-1份、以及其他助劑0-3份投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將96-99wt％的聚丙烯復合材料與1-4wt％的發泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機進行微發泡成型，其中加工溫度為180-200℃。
本發明的有益效果
1、樹枝狀大分子母粒中心有核，內部有空腔，外圍有大量支化單元，形成特殊的樹枝狀結構，表面分布大量呈三維舒展狀態的柔性長鏈結構，在體系中與聚丙烯分子鏈的相互作用，相互纏結，形成空間三維網狀結構，有效阻止聚丙烯分子鏈的滑移，繼而提升復合體系的熔體強度。此外樹枝狀結構還能對填料表面形成交聯點，改善填料與聚丙烯的界面作用，海島效應增強，進一步提高復合體系的熔體強度。隨著樹枝狀增韌劑含量的增加，復合體系的熔體強度增加，與未加入樹枝狀增韌劑相比，聚丙烯發泡芯層泡孔直徑小，分布均勻，減重效果明顯。
2、優異的性能：聚丙烯微發泡復合材料泡孔細小、均勻致密，材料性能的保持率高，根據國標檢測標準復合材料懸臂梁缺口強度達23kj/m2以上、彎曲模量達1800mpa以上，表明本發明復合材料具有優異的綜合性能，此外內部均勻的泡孔還能隔熱、降噪、緩沖性能，將受到了汽車行業廣泛的、關注，也成為汽車輕量化材料的必選之一。
具體實施方式：
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
在實施例和對比例的復合材料配方中，所用的聚丙烯為韓國巴塞爾生產的嵌段共聚聚丙烯，商品名為ea5076，熔體流動速率100/10min(測試條件：230℃*2.16kg)；乙烯辛烯嵌段共聚物為陶氏化學，商品名8407，熔體流動速率，30/10min(測試條件：190℃*2.16kg)；樹枝狀大分子母粒為威海晨源分子材料，商品名為cyd-6100，此外，使用10000目的滑石粉。
實施例1
本實施例中的一種聚丙烯注塑化學微發泡復合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將制備的聚丙烯63份、滑石粉20份、增韌劑15份、樹枝狀大分子母粒2份、抗氧劑10100.2份、抗氧劑1680.2份、潤滑劑硬脂酸鈣0.5份投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將99wt％的聚丙烯復合材料與1wt％的發泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機進行微發泡成型，其中加工溫度為180-200℃。
實施例2
本實施例中的一種可用于微發泡的聚丙烯復合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將制備的聚丙烯61份、滑石粉20份、、增韌劑15份、樹枝狀大分子母粒4份、抗氧劑10100.1份、抗氧劑1680.1份、潤滑劑硬脂酸鈣1份投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將97wt％的聚丙烯復合材料與3wt％的發泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機進行微發泡成型，其中加工溫度為180-200℃。
實施例3
本實施例中的一種可用于微發泡的聚丙烯復合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將制備的聚丙烯59份、滑石粉20份、增韌劑15份、樹枝狀大分子母粒6份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、潤滑劑pe蠟0.8份投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將97wt％的聚丙烯復合材料與3wt％的發泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機進行微發泡成型，其中加工溫度為180-200℃。
實施例4
本實施例中的一種可用于微發泡的聚丙烯復合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將制備的聚丙烯57份、滑石粉25份、增韌劑10份、樹枝狀大分子母粒8份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑dstp0.15份、潤滑劑硬脂酸鈣0.5份、光穩定劑0.5份、著色劑1份、抗靜電劑1份、表面光亮劑0.5份投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將96wt％的聚丙烯復合材料與4wt％的發泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機進行微發泡成型，其中加工溫度為180-200℃。
對比例：
本對比例中的一種可用于微發泡的聚丙烯復合材料是由下列原料按照重量份組成：
具體制備方法包括以下步驟：
(1)將制備的聚丙烯65份、滑石粉20份、增韌劑15份、抗氧劑0.2份、潤滑劑硬脂酸鈣0.5份投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得碳納米管增強阻燃聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為180-200℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將97％的聚丙烯復合材料與3％的發泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝，在注塑機進行微發泡成型，其中加工溫度為180-200℃。
將上述實施例1-4以及對比例制得的聚丙烯復合材料主要物性指標根據相關檢測標準測試，其密度、泡孔平均直徑，拉伸強度、懸臂梁缺口沖擊強度、彎曲強度、彎曲模量的檢測標準與檢測結果如下表所示：
與現有技術相比，本發明具有如下優勢：
聚丙烯復合材料發泡芯層泡孔直徑小而致密，材料性能優異，根據國標檢測標準測試復合材料懸臂梁缺口強度達23kj/m2以上、彎曲模量達1800mpa以上，表明本發明復合材料具有優異的綜合性能，此外內部均勻的泡孔還能隔熱、降噪、緩沖性能，這將成為汽車輕量化材料首選之一。
如在本發明的制備組份中添加紫外光吸收劑、光穩定劑、抗靜電劑、著色劑等功能助劑，使復合材料具有相應特性亦受本發明保護。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。