[发明专利]一种高耐热低密度高性能车用聚丙烯组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于改性材料技术领域，具体涉及一种高耐热低密度高性能聚丙烯组合物及其制备方法。

背景技术

塑料在满足汽车美观、舒适、安全、防腐、轻量化及设计自由度大等方面起着其它材料无法替代的作用。在汽车用诸多塑料品种中，改性PP材料在汽车上的开发与应用，一直是汽车工业和塑料工业关注的焦点。通过各种改性加工手段可以获得满足各种汽车部件不同功能要求的改性PP材料，加之其优异的性价比，使各种增韧、填充、增强PP材料在汽车各大总成系统中获得了广泛应用。随着人们对于节能环保的关注，高性能轻量化材料具有越来越重要的意义。高性能材料成型汽车零部件重量的降低，能够降低油耗以及减少二氧化碳排量。研究发现，汽车每减轻100KG，油耗减少0.3-0.6L/100公里，二氧化碳排量减少5g/100公里。

通过无机矿物填充聚丙烯获得低成本高性能的改性聚丙烯材料，是制备高性能复合材料的经济有效的途径之一，另外在改善材料强度、刚性、热变形温度以及尺寸稳定性方面获得了良好的效果。而用于制作汽车部件的改性PP材料，良好的耐热性能也是必须的，特别是用于保险杠材料以便在喷漆的高烘烤温度能保持尺寸稳定。

热变形温度是表征材料耐热性能的重要指标之一。聚合物材料的耐热性能主要取决于高分子链的刚性、 结晶性及其活动度。对于填充聚合物复合材料，除基体树脂的特性外，还与填料的特性、几何形状和含量密切相关。在高分子基体中填充碳酸钙(CaCO₃)、滑石粉、二氧化硅(SiO₂)、硫酸钡、粘土、刚性中空微球（如空心玻璃微珠、 空心陶瓷微珠、 硬质空心塑料微珠等）、玻纤等无机填料在改善聚合物的热变形温度方面获得了成功。近年来随着无机刚性粒子填充理论、纳米技术、无机改性剂表面处理技术的发展，改变了以往用无机填料填充改性必须牺牲某些力学性能为代价、复合材料的冲击随填充量增加而降低的情况，使利用无机材料作为改性剂制备高强高韧性复合材料成为可能。对于常用的无机改性剂，尺寸越小，所得到的复合材料性能越均衡：长径比越大越有利于增强增刚和提高热变形温度，且添加少量就可以起到理想的效果，从而能使复合材料低密度高性能化，实现汽车部件的轻量化。一般而言，在相同的分散情况下，相同长径比的无机材料尺寸越小，所制备的复合材料的综合性能越好，能够在大幅度提高材料的刚性、强度和耐热性的同时，具有较好的冲击性能和加工性能。

滑石粉化学组成为3MgO₄SiO·H₂O，其结构呈片状或鳞片状，属单斜晶系，在已知矿物中滑石粉的硬度最小，莫氏硬度为1，对塑料加工设备使用寿命有利。滑石粉应用于塑料制品，在提高刚性的同时，耐热性也相应的得到了提高，从而使热变形温度增加。但是对于滑石粉填充聚丙烯，随着滑石粉含量的增加，共混物拉伸强度下降，这是由于基体树脂分子间作用力较强，其本身有一定的拉伸强度，随着滑石粉的加入，片状滑石粉填充到高分子物间隙中，防碍了高聚物分子间的作用力，从而导致填充材料拉伸强度下降。此外，滑石粉的加入使冲击韧性和光泽下降明显。

晶须是一种纤维状的单晶材料，其晶体结构完整，内部缺陷较少，纯度高，直径细小，其强度和模量均接近完整晶体材料的理论值，目前发现的固体的最强形式，不仅具有高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、轻量等特性，而且在电、光、磁学等方面也表现出不同的性能，广泛用于各种高性能先进复合材料。亚微观尺寸的晶须填充聚合物时，不但与聚合物复合能产生显著的增强效果，而且对高分子基体材料的成型工艺性影响较小，加工流动性好，减少加工设备磨损，可以实现制品显微增强、各向同性、高表面质量，有利于制作形状复杂、尺寸稳定、薄壁、表面光洁的精密件。截至目前为止，已合成了约近百种晶须，但实际投入工业化生产的仅有SiC、Si₃N₄、TiN、Al₂O₃、K₂Ti ₆O₁₃、CaSO₄、ZnO 、碱式硫酸镁(MgSO₄·5Mg(OH)₂·3H₂O)晶须等少量品种。

目前对于单一晶须改性 PP力学性能的研究常见报道，但对晶须复配滑石粉改性PP，高耐热同时兼顾冲击性能的研究较少。