本发明涉及聚丙烯材料技术领域，具体涉及一种耐刮擦耐划伤聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术：
近年来，随着汽车产业的迅猛发展，人们对汽车材料的要求也越来越高。聚丙烯具有密度低、力学性能优异、成本低以及易于回收利用等优点，汽车内外饰较多材料都是用矿物填充聚丙烯，但是矿物填充聚丙烯制备的内外饰件表面耐刮擦能力较差，在手指、钥匙、或其他硬物等触碰其表面的时候，容易发生划伤，划伤处色差变化大；更进一步的，对于有皮纹的汽车件，在受到刮擦力的作用时，皮纹被磨损，皮纹对于降低光泽度的效用失效，导致磨损处光泽度变高，肉眼可以感受到的破损更加明显，不利于乘客的坐车体验和汽车保值。
现有的研究有很多是基于汽车内饰的耐刮擦(刮擦前后色差变化，δl)研究，并有很多的解决方案；而对于汽车零件的耐划伤(划伤前后光泽度变化，δg)解决方案，未见有文献报道。
如公开号为cn104086881a的中国专利文献中公开了一种耐刮擦聚丙烯材料及其制备方法，包括是由聚丙烯40～100份、滑石粉0～60份、偶联剂0.1～0.5份、热稳定剂0.1～1份、润滑剂0～1份、白油0～0.5份、zrb20.1～1份制备而成。该专利将无机材料zrb2作为耐刮擦剂添加入聚丙烯材料中，其耐刮擦效果可达到五指刮擦一级，但未对材料刮擦引起的光泽度变化加以分析评价。
又如，公开号为cn106832573a的中国专利文献中公开了一种低密度耐刮擦抗发粘滑石粉填充聚丙烯材料，由，均聚聚丙烯30～60份；共聚聚丙烯5～25份；乙烯-辛烯共聚物5～15份；滑石粉2～8份；耐刮擦助剂1～5份；色母1～2份；主抗氧剂0.2～0.4份；辅助抗氧剂0.2～0.4份。该技术方案主要评价了耐刮擦的色差变化和抗发粘能力，也未见其对光泽度变化的评价。
因此，对于获得耐划伤聚丙烯的方法，仍然需要进一步的研究。
技术实现要素：
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种耐刮擦耐划伤聚丙烯材料，兼具优异的机械性能和耐刮擦耐划伤性能，可用于制备汽车内外饰件。
一种耐刮擦耐划伤聚丙烯材料，按重量份计，原料组成包括：
所述耐刮擦耐划伤助剂包括：
玄武岩纤维短切纱1～3份，
耐刮擦剂1～2份，
炭黑1～2份。
本发明将玄武岩纤维短切纱、耐刮擦剂和炭黑复配作为耐刮擦耐划伤助剂，应用于特定的聚丙烯材料配方体系中。在本发明的聚丙烯材料配方体系中，满足上述添加量和相互之间添加比例的玄武岩纤维短切纱、耐刮擦剂和炭黑可在发挥各自作用的同时又存在协同作用，最终实现只需少量耐刮擦耐划伤助剂的添加即可使得到的聚丙烯材料具有优异的机械性能和耐刮擦耐划伤性能。
所述耐刮擦耐划伤聚丙烯材料的耐刮擦-0.5≤δl≤0.5，耐划伤(光泽度变化)δg≤0.5。
进一步地，发明人经过大量试验意外发现，在所述玄武岩纤维短切纱、耐刮擦剂和炭黑的加入总量一定的情况下，所述玄武岩纤维短切纱、耐刮擦剂和炭黑的重量比优选为1:1:0.8，此比例下可发挥出三者最佳的协同作用，所得聚丙烯材料具有更加优异的机械性能和耐刮擦耐划伤性能。
作为优选，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯，230℃、2.16kg测试条件下熔体流动速率为1～100g/10min。
作为优选，所述弹性体为乙烯-辛烯共聚物，190℃、2.16kg测试条件下熔体流动速率为0.1～50g/10min。
作为优选，所述滑石粉，目数至少为1250目，750℃烧失量≤10％，盐酸不溶物≥90％，硅含量≥50％。
所述耐老化助剂优选为抗氧剂、光稳定剂中的至少一种，进一步优选为抗氧剂、光稳定剂的复配物。所述抗氧剂可选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯、硫代二丙酸双十八酯、硫代二丙酸双月桂酯、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或两种以上。所述光稳定剂可选自德国巴斯夫光稳定剂855。所述耐老化助剂优选为复配抗氧体系。
作为优选，所述玄武岩纤维短切纱，单丝直径为5.5～25μm，长度6～100mm，表面涂有硅烷偶联剂。
作为优选，所述耐刮擦剂为硅酮类润滑剂、芥酸酰胺中的至少一种。
作为优选，所述炭黑为塑料调色用炭黑，粒径为10～100nm。
经研究发现，在满足上述各优选条件的情况下，所得聚丙烯材料具有最佳的机械性能和耐刮擦耐划伤性能。
本发明还提供了所述的耐刮擦耐划伤聚丙烯材料的制备方法，包括步骤：
(1)将所有原料按配比混合搅拌均匀，所述搅拌的转速为80～90rpm，时间为10～15min；
(2)将步骤(1)所得混合物从双螺杆挤出机主喂料口加入，经熔融挤出、造粒即得所述的耐刮擦耐划伤聚丙烯材料。
步骤(1)为混料阶段，混料时间(搅拌时间)太长，玄武岩纤维短切纱容易失去原有状态，变得像棉花一样交织在一起，分散度降低且不好下料；此外，由于玄武岩纤维短切纱表面涂有硅烷偶联剂，搅拌转速过大，同样会破坏玄武岩纤维短切纱间的粘结力，导致其混成棉花状。因此，本发明采用低速搅拌(转速仅为80～90rpm)，并且严格控制搅拌时间(混料时间)，从而避免破坏耐刮擦耐划伤助剂(主要是玄武岩纤维短切纱)的原有性状，进而保证所得聚丙烯材料具有优异的机械性能和耐刮擦耐划伤性能。
经试验发现，采用上述制备方法再配合上述配方组成可进一步改善聚丙烯材料的机械性能和耐刮擦耐划伤性能。
作为优选，步骤(2)中，所述主喂料的下料速度为20±5hz，所述熔融挤出的温度为170～240℃，所述双螺杆挤出机的主机转速为300～500转/分钟。
进一步优选，步骤(2)中，所述熔融挤出的温度具体分布为：一区180±10℃，二区200±10℃，三区220±10℃，四～九区230±10℃。
本发明还提供了所述的耐刮擦耐划伤聚丙烯材料在制备汽车内外饰件中的应用。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明通过对特定的车用聚丙烯材料配方体系进行优化，采用玄武岩纤维增加材料表面的硬度，同时辅以一定量的耐刮擦助剂和一定量的炭黑，利用三者的协同作用获得极其优越的耐刮擦和耐划伤性能，耐刮擦-0.5≤δl≤0.5，耐划伤δg≤0.5，符合现在高档汽车内外饰件更卓越的性能追求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
将61.7重量份聚丙烯，12重量份弹性体，20重量份滑石粉，2重量份玄武岩纤维短切纱，2重量份耐刮擦剂，1.5重量份炭黑，0.8重量份耐老化助剂在搅拌锅中低速搅拌(85rpm)10分钟，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～240℃制备得到耐刮擦耐划伤聚丙烯材料。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
将制得的聚丙烯材料在鼓风干燥箱，85℃干燥2小时，然后由注塑机注塑测试样条。密度测试按iso1183-1标准执行；弯曲强度和弯曲模量测试按iso178标准执行，速度为2mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按iso180标准执行，摆锤4j；熔体流动速率按iso1133标准执行，230℃、2.16kg；耐刮擦(δl)按大众pv3952标准执行，载荷10n；耐划伤(δg)按大众pv3974标准执行，载荷3n。测试性能数据结果见下表3，数据保留一定有效位数。
实施例2
将61.8重量份聚丙烯，15重量份弹性体，15重量份滑石粉，3重量份玄武岩纤维短切纱，2重量份耐刮擦剂，2重量份炭黑，1.2重量份耐老化助剂在搅拌锅中低速搅拌(85rpm)10分钟，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～240℃制备得到耐刮擦耐划伤聚丙烯材料。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
对比例1
将63.7重量份聚丙烯，12重量份弹性体，20重量份滑石粉，2重量份耐刮擦剂，1.5重量份炭黑，0.8重量份耐老化助剂在搅拌锅中低速搅拌(85rpm)10分钟，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～240℃制备得到聚丙烯材料。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
对比例2
将63.2重量份聚丙烯，12重量份弹性体，20重量份滑石粉，2重量份玄武岩纤维短切纱，0.5重量份耐刮擦剂，1.5重量份炭黑，0.8重量份耐老化助剂在搅拌锅中低速搅拌(85rpm)10分钟，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～240℃制备得到聚丙烯材料。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
对比例3
将62.7重量份聚丙烯，12重量份弹性体，20重量份滑石粉，2重量份玄武岩纤维短切纱，2重量份耐刮擦剂，0.5重量份炭黑，0.8重量份耐老化助剂在搅拌锅中低速搅拌(85rpm)10分钟，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～240℃制备得到聚丙烯材料。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
实施例3
将50重量份聚丙烯，20重量份弹性体，30重量份滑石粉，1重量份玄武岩纤维短切纱，1重量份耐刮擦剂，1重量份炭黑，0.3重量份耐老化助剂在搅拌锅中低速搅拌(85rpm)10分钟，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～240℃制备得到耐刮擦耐划伤聚丙烯材料。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
实施例4
将80重量份聚丙烯，5重量份弹性体，10重量份滑石粉，3重量份玄武岩纤维短切纱，2重量份耐刮擦剂，2重量份炭黑，1.2重量份耐老化助剂在搅拌锅中低速搅拌(85rpm)10分钟，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～240℃制备得到耐刮擦耐划伤聚丙烯材料。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
表1
表2
表3
上表3为各实施例与对比例分别制备的聚丙烯材料性能测试结果，其中实施例1～4中，在添加特定含量、特定比例的玄武岩纤维短切纱、耐刮擦剂、炭黑，三者共同作用下制备得到的聚丙烯材料，其综合力学性能良好，并且能获得极其优异的耐刮擦和耐划伤性能，耐刮擦色差变化-0.5≤δl≤0.5，耐划伤光泽度变化δg≤0.5，可用于高耐刮擦耐划伤要求的车用聚丙烯专用料。
除此以外，超出原料配比范围的对比例1～3，综合性能虽然良好，但耐刮擦耐划伤性能下降，超出-0.5≤δl≤0.5和δg≤0.5的范围。对比例1缺少玄武岩纤维短切纱，材料耐划伤性能明显降低。对比例2耐刮擦剂不足，导致材料耐刮擦性能明显降低，同时伴随着耐划伤性能有所下降。对比例3炭黑不足，也导致材料耐刮擦性能明显降低。比较对比例2、3和实施例3可知，玄武岩纤维短切纱、耐刮擦剂和炭黑中只要有一种组分不在合理范围内，即使增加其余两种组分含量，所得材料仍无法同时获得优异的耐刮擦耐划伤性能。
综合对比各实施例和对比例，聚丙烯在添加一定比例的玄武岩纤维短切纱、耐刮擦剂、炭黑时，三者能互相作用，产生极强的协同作用，其中，玄武岩纤维短切纱增强了材料表面的硬度，耐刮擦剂降低了材料表面的摩擦系数，而足量的炭黑减弱了划伤后内层与材料表面的色差和光泽度变化，三者复配又能产生协同效果，获得的聚丙烯材料具备极优异的耐刮擦和耐划伤性能，可用于高耐划伤要求的高档汽车内外饰件。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。