本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着汽车工业的发展、人民生活水平的提高，节能环保的要求也是越来越高。汽车轻量化理念的设计与应用已成为一种潮流与趋势。在保证汽车安全性与舒适性的前提下，依靠轻量化技术，尽可能降低汽车重量，以达到高输出率、低噪声、低振动和良好的操纵性、高可靠性等。
目前汽车轻量化的方法包括轻量化材料、轻量化工艺和轻量化设计。聚丙烯作为一种质轻、价格低廉、耐化学性、易于加工成型、综合性能优良的热塑性树脂，是一种应用在汽车上重要的轻量化材料。同时，低密度聚丙烯、薄壁化注塑pp和微发泡pp是改性材料进行轻量化的主要方法。薄壁化注塑pp对材料性能要求较高，且需要配套的薄壁注塑模具，而微发泡pp材料在工艺上存在不确定性，产品质量不稳定。与前两者相比，低密度pp具有工艺简单、设备要求低，在不改变现有设备的情况下，可直接替代高密度pp应用的优点。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种低密度、低收缩的聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种聚丙烯复合材料，包含如下质量分数的成分：聚丙烯50～75％、低密度聚乙烯5～20％、增韧剂5～15％、填充剂4～12％、玻璃纤维粉3～8％、稳定剂0.3～1％和润滑剂0.2～2％。
低密度聚乙烯是聚乙烯树脂中最轻的品种，并且具有良好的柔韧性、延伸性和易加工性，其化学稳定性能较好，耐碱和一般有机溶剂；而玻璃纤维粉和填充剂有助于增加聚丙烯产品的硬度、抗压强度，降低收缩率。本发明申请人通过对低密度聚乙烯、增韧剂、填充剂、玻璃纤维粉的配比进行选择，使材料保持良好的刚韧平衡，制备出了具有良好的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等机械性能的聚丙烯复合材料，并且其收缩率较低。
优选地，所述聚丙烯复合材料包含如下质量分数的成分：聚丙烯52～70％、低密度聚乙烯8～18％、增韧剂6～13％、填充剂6.7～11％、玻璃纤维粉5～8％、稳定剂0.4～0.8％和润滑剂0.3～1.5％。
优选地，所述聚丙烯复合材料包含如下质量分数的成分：聚丙烯68％、低密度聚乙烯9％、增韧剂7％、填充剂7％、玻璃纤维粉8％、稳定剂0.6％和润滑剂0.4％。经实验证实，以所述配比制备的聚丙烯复合材料具有最优的综合性能。
优选地，所述玻璃纤维粉的长径比为10～50:1。玻璃纤维粉的长径比不同，机械性能也不相同，本发明申请人对玻璃纤维粉的长径比进行选择，使得制备出的聚丙烯既具有合适的韧性，又具有良好的拉伸强度。
优选地，所述聚丙烯在230℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率(mi)为5～100g/10min；所述低密度聚乙烯在190℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率≥1g/10min；所述增韧剂包含乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、丙烯基弹性体中的至少一种；所述填充剂包含滑石粉、白炭黑、二氧化硅、云母、硅灰石中的至少一种；所述稳定剂包含受阻酚类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂与受阻胺类光稳定剂中的至少一种；所述润滑剂包含硬脂酸钙、pe蜡，硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺中的至少一种。
优选地，所述聚丙烯在230℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率为10～60g/10min。
优选地，所述稳定剂为受阻酚类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂与受阻胺类光稳定剂的复配物；所述复配物中各成分的质量比为：受阻酚类热稳定剂：亚磷酸酯类热稳定剂：受阻胺类光稳定剂＝1：2：3。稳定剂的加入能有效延缓材料的氧化过程，达到延长使用寿命的效果。
优选地，所述受阻酚类热稳定剂选自热稳定剂1010、1076中的至少一种；所述亚磷酸酯类热稳定剂选自热稳定剂168、626中的至少一种；所述受阻胺类光稳定剂选自光稳定剂uv3808、v9900、uv783的至少一种。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸钙和pe蜡的复配物；所述复配物中硬脂酸钙与pe蜡的质量比为1:1。润滑剂的加入能有效降低材料在加工过程中的热损耗以及材料的热降解。
优选地，所述填充剂为滑石粉，所述滑石粉的目数为2500～3500。
同时，本发明还公开了一种所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯、低密度聚乙烯、增韧剂混合，搅拌均匀，得到混合物a；
(2)在混合物a中加入稳定剂、润滑剂，搅拌均匀，得到混合物b；
(3)将玻璃纤维粉和填充剂混合，搅拌均匀，得到混合物c；
(4)将混合物b加入双螺杆挤出机的主喂料口，将混合物c加入双螺杆挤出机的侧喂料口，在惰性气体或氮气的保护下进行熔融共混，最后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
优选地，所述步骤(1)～(2)中，搅拌速率为800～1500rpm，搅拌时间为3～10min；所述步骤(3)中，搅拌速率为500～1000rpm，搅拌时间为2～5min；所述步骤(4)中，螺杆长径比为40～50：1，螺杆转速为200～500rpm，熔融共混温度为190～230℃。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过选择聚丙烯为基材，在低密度聚乙烯、玻璃纤维粉与填充剂的协同作用下，达到满足相关制件的使用要求，实现材料的轻量化目标。制备出的聚丙烯复合材料具有低密度、低收缩的特性；所述聚丙烯在低密度聚乙烯与增韧剂的协同作用下，同时添加复配剂和玻璃纤维粉使得材料保持良好的刚韧平衡，扩大材料的使用范围。并且本发明公开的制备方法简单，原料来源易得，工艺操作简单，易于实现。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1～5
本发明所述聚丙烯复合材料的实施例，实施例1～5所述聚丙烯复合材料的配方如表1所示，制备方法包括如下步骤：
(1)将聚丙烯、低密度聚乙烯(ldpe)、增韧剂混合，于1000rpm下搅拌5min，得到混合物a；
(2)在混合物a中加入稳定剂、润滑剂，于1000rpm下搅拌5min，得到混合物b；
(3)将玻璃纤维粉和填充剂混合，于800rpm下搅拌3min，得到混合物c；
(4)将混合物b加入双螺杆挤出机的主喂料口，将混合物c加入双螺杆挤出机的侧喂料口，所述双螺杆挤出机的长径比为44:1，螺杆转速为300rpm，在惰性气体或氮气的保护下进行熔融共混，温度为200℃，最后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
对比例1
一种聚丙烯复合材料，其配方如表1所示，制备方法与实施例1～5相同。
表1实施例1～5及对比例1的配方表(wt.％)
表1中所用原料的说明如下：
聚丙烯：共聚聚丙烯bh975mo，mi为38g/10min(230℃/2.16kg)，弯曲模量为1400mpa，北欧化工；共聚聚丙烯k9026，mi为26g/10min(230℃/2.16kg)，缺口冲击强度为56kj/m2，中石化；两者的配比比例为4:1。
低密度聚乙烯：ldpedfda-7042，mi为1.9g/10min(190℃、2.16kg)，中石化；
增韧剂：poeexacttm8150，mi为0.5g/10min(190℃/2.16kg)，埃克森美孚；
填充剂：滑石粉bhs-1250a，泉州市旭丰粉体原料有限公司；
玻璃纤维粉：xgfa1150，玻纤直径为11um，平均玻纤长度为300um，深圳市仙姑高科技有限公司。
稳定剂：热稳定剂1010、热稳定剂168和光稳定剂uv3808以质量比1：2：3组成的复配物；
润滑剂：硬脂酸钙、pe蜡以质量比1:1组成的复配物。
对比例2
一种聚丙烯复合材料，以密度为0.93g/cm2的中密度聚乙烯替代实施例3中的低密度聚乙烯，其余配方及制备方法与实施例3相同。
对比例3
一种聚丙烯复合材料，与实施例3相比，不含玻璃纤维粉，填充剂的质量百分数为15％，其余配方及制备方法均与实施例3相同。
对比例4
一种聚丙烯复合材料，与实施例3相比，不含低密度聚乙烯，聚丙烯的质量百分数为77％，其余配方及制备方法均与实施例3相同。
对比例5
一种聚丙烯复合材料，与实施例3相比，不含低密度聚乙烯和玻璃纤维粉，聚丙烯的质量百分数为85％，其余配方及制备方法均与实施例3相同。
对比例6
一种聚丙烯复合材料，与实施例3相比，不含低密度聚乙烯和玻璃纤维粉，聚丙烯的质量百分数为72％，填充剂的质量百分数为20％，其余配方及制备方法均与实施例3相同。
性能测试
对实施例1～5和对比例1～6进行性能测试，各指标的测试标准如下，测试结果如表2所示。
测试标准：
拉伸强度：gb/t1040.1-2006；
弯曲强度：gb/t9341-2008；
弯曲模量：gb/t9341-2008；
悬臂梁缺口冲击强度：gb/t1843-2008；
收缩率：gb/t15585-1995。
表2性能测试结果
从上述实施例以及对比例的性能测试数据可知，玻纤粉以及低密度聚乙烯的加入能有效改善材料的收缩率，达到少填充低收缩的效果，同时玻纤的加入能有效增强材料的模量。低密度聚乙烯以及增韧剂的配合能有效提高材料韧性。由此可知，以聚丙烯为基材，通过低密度聚乙烯、玻璃纤维粉与填充剂的协同改性，可实现材料的轻量化。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包含如下质量分数的成分：聚丙烯50～75％、低密度聚乙烯5～20％、增韧剂5～15％、填充剂4～12％、玻璃纤维粉3～8％、稳定剂0.3～1％和润滑剂0.2～2％。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，包含如下质量分数的成分：聚丙烯52～70％、低密度聚乙烯8～18％、增韧剂6～13％、填充剂6.7～11％、玻璃纤维粉5～8％、稳定剂0.4～0.8％和润滑剂0.3～1.5％。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，包含如下质量分数的成分：聚丙烯68％、低密度聚乙烯9％、增韧剂7％、填充剂7％、玻璃纤维粉8％、稳定剂0.6％和润滑剂0.4％。
4.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维粉的长径比为10～50：1。
5.如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯在230℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率为5～100g/10min；所述低密度聚乙烯在190℃，2.16kg测试条件下的熔体流动速率≥1g/10min；所述增韧剂包含乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、丙烯基弹性体中的至少一种；所述填充剂包含滑石粉、白炭黑、二氧化硅、云母、硅灰石中的至少一种；所述稳定剂包含受阻酚类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂与受阻胺类光稳定剂中的至少一种；所述润滑剂包含硬脂酸钙、pe蜡，硬脂酸锌、乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺中的至少一种。
6.如权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述稳定剂为受阻酚类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂与受阻胺类光稳定剂的复配物；所述复配物中各成分的质量比为：受阻酚类热稳定剂：亚磷酸酯类热稳定剂：受阻胺类光稳定剂＝1：2：3。
7.如权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙和pe蜡的复配物；所述复配物中硬脂酸钙与pe蜡的质量比为1:1。
8.如权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填充剂为滑石粉，所述滑石粉的目数为2500～3500。
9.一种如权利要求1～8任一项所述聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯、低密度聚乙烯、增韧剂混合，搅拌均匀，得到混合物a；
(2)在混合物a中加入稳定剂、润滑剂，搅拌均匀，得到混合物b；
(3)将玻璃纤维粉和填充剂混合，搅拌均匀，得到混合物c；
(4)将混合物b加入双螺杆挤出机的主喂料口，将混合物c加入双螺杆挤出机的侧喂料口，在惰性气体或氮气的保护下进行熔融共混，最后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
10.如权利要求9所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)～(2)中，搅拌速率为800～1500rpm，搅拌时间为3～10min；所述步骤(3)中，搅拌速率为500～1000rpm，搅拌时间为2～5min；所述步骤(4)中，螺杆长径比为40～50：1，螺杆转速为200～500rpm，熔融共混温度为190～230℃。
技术总结