一種高剛性汽車結構件用玻纖增強聚丙烯復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種高剛性汽車結構件用玻纖增強聚 丙烯復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯是一種廣泛應用的通用塑料，具有優良的綜合性能、良好的化學穩定性、較 好的成型加工型和相對低廉的價格，但也存在著模量、強度、硬度低，低溫沖擊性能差，成型 收縮率大，高溫易老化等性能缺陷，因此，加入無機增強材料如玻璃纖維GF不僅能有效彌 補聚丙烯的上述缺陷，且能有效降低材料的各項成本，進一步拓展其潛在的應用領域，增強 改性已成為聚丙烯改性的重要發展趨勢。
[0003] 以汽車的前端框架為例，該部件是汽車的次級結構性部件中率先實現"以塑代 鋼"的重要結構性部件之一，體現了當代汽車產業的"環保化、輕量化"發展趨勢。目前來 看，大型客車、貨運車大多采用鋁鎂合金、SMC、GMT等性能指標相對較高的材質，而性能要 求相對較低、產量更大的小型乘用車已逐步采用可注塑成型的玻璃纖維增強熱塑性的顆粒 料，其中的杰出范例就是長玻纖增強材料LFT，多用于乘用車中一些次級結構件如前端框 架、儀表板骨架、車門內飾板、中央通道骨架、天窗框架等，但由于粒子中所含纖維長度較長 (多8mm)，對部件成型時模具的澆口、流道、結構設計要求很高，且其自身加工產量偏低、成 本偏高，不利于在汽車上大規模推廣，而這些正是短玻纖增強材料SFT的優勢所在。
[0004] 專利申請號為CN201310465800. 6,公開號103739932A的中國專利申請一種高剛 性低翹曲玻纖增強聚丙烯材料公開了一種高剛性低翹曲玻纖增強聚丙烯材料，其原料按重 量份計分別為：聚丙烯、短切玻纖、玻纖粉、無機填料、相容劑、增韌劑、抗氧劑，其技術優勢 在于采用玻纖粉搭配無機填料來改善增強聚丙烯復合材料的翹曲現象，但無機增強體長徑 比的降低難免影響到其增強效果發揮，且單一的接枝物種類所其的界面增容效果也相對有 限。
[0005] 專利申請號為CN201210381373. 9,公開號102993559A的中國專利申請用于汽車 制動油壺玻纖增強聚丙烯復合物及其制備方法公開了本發明公開了一種用于汽車制動油 壺的玻纖增強聚丙烯復合物，按重量百分比計，包括均聚聚丙烯24~83%、高熔體強度聚 丙烯5~30%、相容劑2~10%、短切玻璃纖維10~36%，其重點在改善玻纖增強聚丙烯 的耐化學性能，特別是在油性溶劑浸泡時的環境開裂性能。
[0006] 當前汽車的輕量化、環保化的需求日益突出，"以塑代鋼"無疑是一種理想的解決 方案，這對纖維增強聚合物基復合材料是很好的機遇，碳纖維因其過于高昂的物料成本而 在短時期內難以大范圍推廣，高性能的玻璃纖維增強熱塑性復合材料就成為了當前汽車輕 量化的重要選材之一，尤其是高性價比的聚丙烯/玻璃纖維復合材料。其具有加工簡便、易 注塑、纖維分布均勻等應用特點，很適合用于汽車中形狀復雜的次承力結構部件注塑成型， 具有廣闊的發展前途。
【發明內容】
[0007] 本發明提供一種高剛性汽車結構件用玻纖增強聚丙烯復合材料及其制備方法，通 過界面改性相容劑的種類及用量復配，協同功能性嵌段共聚物的加入，使制得的聚丙烯復 合材料的剛性較常規材料有明顯的提高，同時復合材料的長期耐熱氧老化性能優良，能滿 足大眾、福特等主機廠的相關材料標準。
[0008] 本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
[0009] 一種高剛性汽車結構件用玻纖增強聚丙烯復合材料，包括以下重量百分比的原 料：
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[0012] 所述的復配型相容劑，由馬來酸酐接枝物MH聚丙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯 GM接枝物聚丙烯組成，馬來酸酐接枝物MH聚丙烯與甲基丙烯酸縮水甘油酯GM接枝物聚 丙烯的質量比為（2-4) :(3-5)。
[0013] 其中，所述的聚丙烯為均聚聚丙烯，分子量為80000-120000,在230°C、2. 16Kg的 測試條件下，其熔融指數為10~60g/min。優選均聚聚丙烯，結晶度Xe多59. 5%，韓國SK 化學。
[0014] 所述的馬來酸酐接枝物聚丙烯及甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝物聚丙烯的接枝率， 經化學滴定法測試均為0. 5~3 %，優選化學滴定法測試接枝率為0. 8~1 %。
[0015] 所述的短玻纖為玻璃纖維短切氈，其單絲直徑為13um，短切長度為3~4. 5mm。優 選泰山玻纖。
[0016] 所述的丙烯酸酯共聚物為乙烯-乙酸乙烯酯共聚物EVA、乙烯-丙烯酸酯共聚 物EAA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA的一種或幾種，丙烯酸酯共聚物熔融指數12~30g/ min(190°C、2. 16Kg)。
[0017] 上述的高剛性汽車結構件用玻纖增強聚丙烯復合材料的制備方法，包括以下步 驟：
[0018] (1)按所述的重量百分比稱取聚丙烯、復配型相容劑及丙烯酸酯共聚物，混合均 勻，得到混合原料；
[0019] (2)將干燥后的混合原料放置于緊密嚙合同向雙螺桿擠出機的主喂料倉中，經喂 料螺桿加入到擠出機的機筒內，將短玻纖從側喂料口加入到擠出機中，擠出機螺桿直徑為 35mm，長徑比L/D為40,筒的各分區溫度（從加料口到機頭出口）設定為：60°C、160°C、 190 °C、195 °C、200 °C、210 °C、210 °C，主機轉速為250轉/分鐘，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干 處理等工序后得到產品。
[0020] 有益效果
[0021] 通過本發明的技術方案制備得到的增強聚丙烯復合材料，較好兼顧了聚丙烯PP 基體、增強纖維以及界面特性等三個方面，重點突出了界面相的狀況改善對聚丙烯復合材 料剛性的提尚。復合材料的拉伸、彎曲性能$父常規材料有20%~30%的提尚幅度，且材料 的無缺口沖擊強度更高，將玻纖增強體所具有的"高剛性、高抗沖、低形變"的性能特征較好 地體現在聚丙烯復合材料之中，且復合材料在高溫（150°C )、長期（1000 h及以上）條件下 的熱氧老化性能滿足國內主要的主機廠材料標準，能廣泛應于小型乘用車的前端框架、儀 表板骨架、車門內飾板、中央通道骨架、天窗框架、音響及備胎支架等結構性復合材料部件。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過具體的實施方式對本發明做進一步的說明，所述實施例僅用于說明本發 明而不是對本發明的限制。
[0023] 本發明實施例所用原料：
[0024] PP-1:均聚丙烯，結晶度Xc彡99. 5%，韓國SK化學，熔融指數10g/min(230°C、 2. 16Kg) 〇
[0025] ΡΡ-2:均聚丙烯，結晶度Xe彡99. 5%，韓國SK化學，熔融指數60g/min(230°C、 2. 16Kg) 〇
[0026] 相容劑-I :馬來酸酐MH接枝聚丙烯5001-C，化學滴定法測試接枝率為I. 0%，購 自南通日之升新材料公司。
[0027] 相容劑_2 :甲基丙烯酸縮水甘油酯GM接枝物聚丙烯，化學滴定法測試接枝率為 0. 8%，通過雙螺桿擠出機，由過氧化物引發劑引發GM/苯乙烯St混合物接枝熔融態聚丙 烯而得。
[0028] 相容劑-3 :馬來酸酐MH接枝聚丙烯1001，化學滴定法測試接枝率為1. 0%，購自 上海莊景化工有限公司。
[0029] 相容劑_4 :甲基丙烯酸縮水甘油酯GM接枝物聚丙烯，化學滴定法測試接枝率為 3. 0%，通過雙螺桿擠出機，由過氧化物引發劑引發GM/苯乙烯St混合物接枝熔融態聚丙 烯而得。
[0030] 相容劑-5 :馬來酸酐MH接枝聚丙烯GPM200A，化學滴定法測試接枝率為3%，購 自寧波能之光新材料公司。
[0031] 相容劑-6 :甲基丙烯酸縮水甘油酯GM接枝物聚丙烯，化學滴定法測試接枝率為 0. 5%，通過雙螺桿擠出機，由過氧化物引發劑引發GM/苯乙烯St混合物接枝熔融態聚丙 烯而得。
[0032] 短玻纖-1 :連續玻璃纖維短切氈，直徑13um，短切長度4. 5mm，泰山玻纖。
[0033] 短玻纖-2 :連續玻璃纖維短切毯，直徑13um，短切長度3mm，泰山玻纖。
[0034] 丙烯酸酯共聚物-1 :乙烯-乙酸乙酯共聚物EVA，日本三井化學，熔融指數30g/ min(190°C、2. 16Kg)。
[0035] 丙烯酸酯共聚物-2 :乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA，美國杜邦公司，熔融指數12g/ min(190°C、2. 16Kg)。
[0036] 丙烯酸酯共聚物-3 :乙烯-丙烯酸酯共聚物EAA，美國杜邦公司，熔融指數12g/ min(190°C、2. 16Kg)。
[0037] 產品性能測試：
[0038] 拉伸性能：按IS0527-2標準進行，測試速率為5mm/min。
[0039] 彎曲性能：按IS178標準進行，跨距為64mm，測試速率為2mm/min。
[0040] 沖擊性能：按IS0179-1標準在簡支梁沖擊試驗機上進行，樣條無缺口。
[0041] 老化性能：按IS0188標準所示方法，將標準拉伸、沖擊樣條放置于鼓風干燥箱中， 升溫至150°C，于有氧條件下放置1000h，取出后放置標準環境（23°C、24h)下24h，觀測樣條 表面狀況，并測試拉伸、沖擊性能，計算相對應的性能保持率。
[0042] 實施例1
[0043] 按照表1中實施例1的數據稱取馬來酸酐MH接枝聚丙烯、甲基丙烯酸縮水甘油 酯GM接枝物聚丙烯，攪拌混合均勻，即可制得復配型相容劑。
[0044] 實施例2
[0045] 按照表1中實施例2的數據稱取馬來酸酐MH接枝聚丙烯、甲基丙烯酸縮水甘油 酯GM接枝物聚丙烯，攪拌混合均