[发明专利]一种注塑级微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种注塑级微发泡聚丙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

轻量化、节能环保及高效、低成本地生产一直是汽车工业持续追求的目标。聚丙烯材料由于是一种具有很高性价比（较低的比重、良好的力学性能及可回收性、优良的成型特性以及低廉的价格）的材料，因此，一直以来在汽车塑料零部件上的应用被不断地拓展，当前已被广泛地应用在了保险杠、汽车仪表板、门板、中央通道、饰柱、行李箱等各主要的汽车塑料零部件上。

然而，自聚丙烯材料开始取代价格昂贵的工程塑料或笨重的金属材料的工作以来，经过几十年的技术发展，这种替代性的工作从某种程度而言可以说已经逐步接近极致，短期内从材料替代的角度而言，很难会有较大的进展。因此，在现有的材料体系下，如何进一步降低部件的重量，提高产品的生产效率，实现汽车轻量化、节能减排的更高目标，同时为主机厂带来更好的经济效益，成为国内外行业共同关注的热点。

基于汽车工业发展这样一种持续的需求及发展状况，如若能开发出一种可应用于注塑成型的聚丙烯微发泡材料，这种材料可以聚丙烯材料为基体，通过注塑工艺，在气体内压的作用下，使制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔而两侧有着致密的表皮结构，那么，这种材料技术无疑可以使得汽车塑料零部件实现进一步的省料和减重的目的。

但是，众所周知的是聚丙烯是一种结晶型聚合物，其发泡只能在结晶熔点附近进行，超过熔点，熔体粘度迅速下降。聚丙烯的这一特性使得其发泡成型非常困难。常规的聚丙烯材料在发泡成型时通常会出现大量的并孔、凹陷等现象，非常不适合用于发泡成型。为此，人们做了大量的工作，希望能找到一种适用于发泡成型的改性聚丙烯材料。目前这些工作主要集中在以下几方面：①熔体强度方面：专利CN201310727868.7报道了通过在聚丙烯基础配方中引入茂金属聚丙烯弹性体，改善了PP与POE的相容性，提高了材料的熔体强度，通过普通注塑成型，虽在力学性能有所优化，但密度降低不明显，只有14%，另外他使用了发泡剂ADC，其发泡分解产生环境污染的NH3，不适合推广应用；专利CN201511019983.4报道了在聚丙烯基础配方中引入C60改性的聚乙烯来提高材料的熔体强度，然后加入NaHCO₃系微胶囊发泡剂，制得的发泡材料，虽泡孔细小，密度降低，但冲击性能不理想，制作成本也昂贵，故也不适合推广应用；另外，专利JP 2001-226510 A报道通过在聚丙烯基础配方中引入交联剂或硅烷接枝热塑性树脂提高材料的熔体强度，而非交联聚丙烯通过辐射引入长支链来提供熔体强度；专利JP H09-188774 A报道了在聚丙烯基础配方中引入聚异戊二烯单体和引发剂，专利US 8552116也类似地报道了在基础配方中引入线性聚丙烯、共轭二烯单体和引发剂，通过自由基聚合来提高熔体强度，可以得到高膨胀率的泡沫塑料，但是，在熔融过程中树脂的粘度增加过多，导致注塑成型困难。此外，流痕，模塑缺陷等表观质量也会不佳。②粉体包覆方面：专利CN201410357528.4报道了，通过在高填充聚丙烯基础材料中加入包覆的发泡母粒，微发泡后虽降低了密度，降低了材料成本，但其缺口冲击性能和熔融指数较小，不适合应用在较大的塑料零部件成型上；专利CN201410112802.1报道了通过聚丙烯基础配方中加入包覆型发泡粉体，虽得到泡孔细小的微发泡材料，但发泡粉体制作过程繁琐，使用大量溶剂，不适合大规模生产。③成型方面：专利WO 2009/060792和WO 2005/026255报道了一种线性聚丙烯被引入到熔融指数≤30g/10 min、熔体张力≥5cN的聚丙烯中，提高了材料的流动性，优化了材料的成型性，但它遇到面积大于0.2m2的大型模具时，流动性仍不够；专利JP 2008-101060 A报道材料中引入聚烯烃蜡来提高材料的流动性，优化了材料的成型性，但是，蜡的过量使用会降低发泡材料的整体物理性能。

终上所述，目前在微发泡方面的报道比较零散单一，要么只考虑熔体强度的因素，要么只考虑发泡粉体的包覆或表面处理因素，要么考虑材料的成型流动性因素，它们都只解决了微发泡材料制作的部分问题，没有系统全面地解决微发泡注塑聚丙烯遇到的技术问题。然而，对于汽车注塑塑料零部件而言，能够应用于微发泡注塑成型的聚丙烯材料必须同时满足材料的可发泡性、材料的成型流动性、部件外观、材料的力学性能、环保性及成本等系统综合的因素。为此，若想将注塑级微发泡聚丙烯很好的推广应用，必须系统综合地解决材料的内在属性与材料的使用要求之间的技术问题。

发明内容