本發(fā)明屬于高分子材料技術領域，具體是一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
中國是全球最大的汽車生產國和市場，但汽車數量的快速增長帶來了嚴重問題，尤其是污染，其中罪歸禍首是汽車尾氣。汽車自重直接影響著油耗，研究表明，汽車每減少10％的自重可減少5％的油耗。在保證汽車性能與品質的前提下，減小車體質量，進而達到降低油耗，成為汽車廠商爭相研究的課題，稱為“汽車輕量化技術”。微發(fā)泡材料因其獨特的微孔結構，具有質輕、高比強度、韌性好、力學性能優(yōu)異、隔音隔熱、成本低、尺寸穩(wěn)定好等優(yōu)勢，使得微發(fā)泡技術逐漸被關注，順勢成為汽車輕量化材料行業(yè)的潮流，成為了風靡全球的汽車輕量化一種解決方案。聚丙烯材料作為車用材料使用量最大、品種最多的材料之一，研究聚丙烯微發(fā)泡技術顯得尤為重要。但是普通線性聚丙烯屬于半結晶型聚合物，當溫度高于其熔融溫度，粘度急劇下降，熔體強度極低，在發(fā)泡過程中，泡孔壁無法支撐氣體膨脹而產生的應力，泡孔發(fā)生并泡塌陷，泡孔變大而分布不均，因此嚴重限制聚丙烯微發(fā)泡的工業(yè)化應用。普通線性聚丙烯引入長支鏈結構形成交聯(lián)結構能提高聚丙烯的熔體強度。超高摩爾質量聚乙烯(uhwmpe)是一種線性結構，具有磨耗低、耐沖擊、耐腐蝕、耐低溫、自潤滑等性能，是一種優(yōu)異性能的熱塑性塑料，其分子量一般超過150萬，熔融指數極低，基本呈不流動狀態(tài)，難以加工限制，無法直接采用注射成型，但其極高的熔體黏度，獲得了較大的熔融張力，也具有優(yōu)異的抗熔垂性。利用超高摩爾質量聚乙烯分子鏈與聚丙烯分子鏈相互纏結，提高聚丙烯的熔體強度，改善其發(fā)泡特性，成為研究者熱衷的課題。但是超高摩爾質量聚乙烯與聚丙烯分子量差異大，相容性差，分子量小的分子鏈很難進入超高分子量的分子鏈的內部，難以直接增容超高摩爾質量聚乙烯，因此也難以提高線性聚丙烯的熔體強度，需要選擇合適的增容聚合物，降低超高摩爾質量聚乙烯分子鏈的纏結，從而能提高聚丙烯與超高摩爾質量聚乙烯相容性。
技術實現(xiàn)要素：
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為了解決線性聚丙烯在熔融溫度以上，熔體強度急劇下降，發(fā)泡過程中分解產生的泡孔容易并泡，嚴重限制聚丙烯化學微發(fā)泡的工業(yè)化應用，也解決聚丙烯分子量與超高摩爾質量聚乙烯差異太大，彼此不相容，聚丙烯分子量無法進入pe鏈段中，無法與超高摩爾質量聚乙烯的分子鏈纏結，限制聚丙烯在新領域的應用?；诮鉀Q以上問題，本發(fā)明目的在于制備出一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料及其制備方法。
一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料，由下列原料按重量百分比制備而成：
聚丙烯復合材料96-99％
碳酸氫鈉發(fā)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：
進一步方案，所述聚丙烯為嵌段共聚聚丙烯，在230℃，2.16kg的測試條件下，熔體流動速率為30-120g/10min。
進一步方案，所述超高摩爾質量聚乙烯(uhmwpe)數均分子量在150萬以上。
進一步方案，所述hdpe，在190℃，2.16kg的測試條件下，熔體流動速率為1-10g/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，所述抗氧劑選自受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑中的至少一種，所述受阻酚類抗氧劑為抗氧劑1010，所述亞磷酸酯類抗氧劑為抗氧劑168；所述的光穩(wěn)定劑是受阻胺類光穩(wěn)定劑。
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、抗靜電劑或著色劑的至少一種。
制備所述的一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料的方法，包括以下步驟：
(1)將共聚pp55-65份、hdpe10-20份、uhmwpe5-10份、滑石粉15-20份、抗氧劑0.2-0.4份、潤滑劑0.5-1份、光穩(wěn)定劑0.5-1份及其他助劑0-1份在高速混合機中攪拌均勻，然后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；
(2)將96-99％的聚丙烯復合材料與1-4％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝注塑發(fā)泡成型。
進一步方案，步驟(1)所述擠出機的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa；步驟(2)所述成型溫度為220-230℃。本發(fā)明具有如下有效地效果：
1、以pp、hdpe、uhmwpe選擇合適的配比，hdpe進入uhmwpe鏈段中，解纏結分子鏈段，增加鏈段的活動能力，起到分散潤滑的作用。uhmwpe被解纏結后，增大了較小分子量的聚丙烯進入uhmwpe鏈段內部的幾率，讓復合體系中分子量呈現(xiàn)合理的分布，鏈段相互纏結，達到極好的相容性，三種不同分子量的鏈段呈無規(guī)則纏繞，形成三維網狀的網絡結構，達到連續(xù)相結構。另一方面滑石粉片層能限制分子鏈的纏結，降低uhmwpe的纏結，提高uhmwpe熔體的流動性，進一步讓uhmwpe與pp鏈段相互纏結，聚丙烯鏈段進入晶格被阻礙，降低其結晶速率，提高其熔體強度，有助于二氧化碳溶解到基體中，也有利于發(fā)泡過程中熔體破裂導致的氣體逃逸，減少泡孔的合并與破裂，從而改善聚丙烯發(fā)泡特性，獲得泡孔小而細膩的泡孔，保證復合材料的優(yōu)異的性能。
2、泡孔細小而均勻：復合材料具有較高的熔體強度，在發(fā)泡過程中有效阻止二氧化碳的逃逸，使更多的氣體用于氣泡成核，從而增大其泡孔密度，另一方面，較高的熔體強度也對分解的二氧化碳均勻包覆，有效束縛泡孔的長大及擴散，也減少泡孔破裂而導致的泡孔合并，塌陷，讓聚丙烯復合材料的泡孔直徑平均在66μm，泡孔分布均勻。
3、具有優(yōu)異的性能：聚丙烯復合材料微發(fā)泡呈現(xiàn)明顯的三明治結構，兩端是結皮，中間是發(fā)泡芯層，該復合材料密度小，比強度高，根據國標檢測標準復合材料懸臂梁缺口強度達32kj/m2、彎曲模量達1800mpa，表明本發(fā)明復合材料具有優(yōu)異的機械性能，能夠滿足汽車行業(yè)的制件使用的標準，可以廣泛應用于汽車內外飾制件中，降低汽車零部件的重量，將在汽車輕量化中扮演重要的角色。該復合材料成本低，操作簡便，機械性能優(yōu)異，實現(xiàn)很好的減重效果，有效降低制件的重量，實現(xiàn)部件的輕量化，可以廣泛應用于汽車的車門內襯板、儀表板、后門內襯板、底護板等部位。
具體實施方式：
下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
實施例1
本實施例中的一種可直接注塑化學微發(fā)泡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)將共聚pp65份、hdpe10份、uhmwpe5份、滑石粉20份、抗氧劑10100.2份、抗氧劑1680.2份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤滑劑pe蠟1份在高速混合機中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為230-250℃，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％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料，其中成型溫度為220-230℃。
實施例2
本實施例中的一種可直接注塑化學微發(fā)泡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)將共聚pp55份、hdpe20份、uhmwpe10份、滑石粉20份、抗氧劑10100.1份、抗氧劑1680.1份、光穩(wěn)定劑1份、潤滑劑pe蠟0.5份在高速混合機中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為230-250℃，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％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料，其中成型溫度為220-230℃。
實施例3
本實施例中的一種可直接注塑化學微發(fā)泡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)將共聚pp60份、hdpe20份、uhmwpe5份、滑石粉15份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤滑劑pe蠟0.75份在高速混合機中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為230-250℃，螺桿轉速為350-400r/min，真空度為-0.06—-0.08mpa。
(2)將97wt％的一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料與3wt％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料，其中成型溫度為220-230℃。
實施例4
本實施例中的一種可直接注塑化學微發(fā)泡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)將共聚pp55份、hdpe15份、uhmwpe10份、滑石粉20份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤滑劑硬脂酸鈣0.75份、著色劑1份在高速混合機中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為230-250℃，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％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種可直接注塑化學微發(fā)泡聚丙烯復合材料，其中成型溫度為220-230℃。
對比例
本對比例中的一種可直接注塑化學微發(fā)泡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)將共聚pp60份、hdpe20份、滑石粉20份、抗氧劑10100.15份、抗氧劑1680.15份、光穩(wěn)定劑0.5份、潤滑劑硬脂酸鈣0.75份在高速混合機中攪拌均勻，然后投入同向雙螺桿擠出機后，經過熔融擠出，造粒，制得一種聚丙烯復合材料；其中擠出機的擠出溫度為230-250℃，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％的碳酸氫鈉發(fā)泡劑混合均勻后，采用二次開模工藝注塑發(fā)泡成型，得到一種聚丙烯化學微發(fā)泡復合材料材料，其中成型溫度為220-230℃。
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(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：
1、泡孔細小而均勻：以pp、hdpe、uhmwpe選擇合適的配比，讓復合體系中分子量呈現(xiàn)合理的分布，鏈段相互纏結，達到極好的相容性，三種不同分子量的鏈段呈無規(guī)則纏繞，形成三維網狀的網絡結構，達到連續(xù)相結構，有效改善線性聚丙烯的熔體強度。hdpe對uhmwpe起到明顯的增容、潤滑作用。uhmwpe明顯改善聚丙烯的發(fā)泡特性，隨著其含量的增加，熔體強度越增強，泡孔直徑越細小，但是復合體系的熔融指數也隨之降低。
2、環(huán)境友好型碳酸氫鈉發(fā)泡劑：本文發(fā)明選擇以碳酸氫鈉的發(fā)泡母粒，分散產生二氧化碳，綠色環(huán)保，不增加材料的氣味，是一種環(huán)境友好型碳酸氫鈉發(fā)泡劑。
3、具有優(yōu)異的性能：復合微發(fā)泡材料泡孔直徑66μm以下，可實現(xiàn)20％以上的減重，仍然保留有很好的機械性能，根據國標檢測標準復合材料懸臂梁缺口強度達32kj/m2、彎曲模量達1800mpa，極好的滿足汽車行業(yè)的制件使用的標準，可以廣泛應用于汽車內外飾制件中，降低汽車零部件的重量，將會完美的助力汽車輕量化技術。
如在本發(fā)明的制備組份中添加紫外光吸收劑、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(fā)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(fā)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(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。