一种低密度聚丙烯材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种低密度聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯(pp)，化学式为(c3h6)n，是丙烯通过加聚反应而成的聚合物，系白色蜡状材料，外观透明而轻，密度为0.89～0.91g/cm3，易燃，熔点189℃，在155℃左右软化，使用温度范围为-30～140℃。聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，广泛应用于汽车等生产领域。

2、目前，新能源汽车成为了汽车业的发展趋势，在新能源汽车领域，塑料材料凭借其低成本、高性能的明显优势，从最初的内饰件逐步发展到外饰件、发动机周边部件等，应用范围逐步扩大，在汽车材料中用量比重不断提高。塑料材料的应用，在促进新能源汽车轻量化和特种零部件生产方面发挥了重要作用。由于全球汽车产量的稳定增长和汽车轻量化的需求，使得改性塑料用量增加，汽车业已成为塑料需求增长最快的领域之一，从汽车用改性塑料占比来看，改性聚丙烯是汽车用改性塑料应用最广的细分类别，占到46％。

3、汽车轻量化在塑料材料方面的主要体现有：用长玻纤材料替代金属；使用低密度材料、发泡材料和碳纤维材料等；部件用料薄壁化设计、蜂窝板结构设计等。同时在保险杠、汽车仪表板、门板、中央通道、饰柱等部件上，也主要采用矿物填充的聚丙烯材料，填充含量多在15％-40％之间，矿物填充后虽然有效地增加了材料的刚性和耐热性，但也导致材料的密度增加，增加了重量；而对于汽车内饰材料的选取，则要着重考虑材料本身的气味性和voc的挥发性，因此，如何在满足汽车轻量化的同时，还能使材料具备低气味性和低voc的特点，成为了现有新能源汽车内饰生产所面临的难题。

4、现有的低密度聚丙烯复合材料可参考专利号为cn201911301956.4的中国发明专利申请文件，其公开了一种低密度聚丙烯复合材料，以不同粒径和长径比的滑石粉作为填充材料，制备得到的聚丙烯复合材料的密度低至0.92～1.00g/cm3。其中，滑石粉t中位粒径d50为1.0μm～3.0μm，长径比为3.1～4.8，片层厚度更薄、数目更多，片层的覆盖范围广，滑石粉k中位粒径d50为4.5μm～6.5μm，长径比为1～2，分布在滑石粉t形成的刚性层中，当材料受到冲击时，粒径较大的滑石粉k能够更有效阻碍裂纹的发展，从而保持材料的韧性。这种改性方式所描述的最终结果，是理想状态下才能达到的，因为滑石粉本身与聚丙烯是不相容的，滑石粉填充生产主要是通过螺杆将滑石粉均匀的混合到聚丙烯当中，而长径比大的片状的滑石粉t在螺杆中受双螺杆的剪切，其结构会被大幅度破坏，难以达到其所描述的结果，而另一种滑石粉k的加入，在挤出过程中难以定向的分散于材料的某一片层中。

5、现有的低气味聚丙烯复合材料可参考专利号为cn201811491012.3的中国发明专利申请文件，其公开了一种低气味聚丙烯复合材料及其制备方法，采用除味剂母粒来进行除味，在材料高温熔融加工的过程中，利用除味剂母粒中酒精水溶液的易挥发性及其互溶性，携裹材料中的有机小分子在一定的抽真空条件下被抽提出来，此种方式存在以下弊端，首先此种除味剂母粒不易保存，其有效成分酒精极易挥发，存放过程容易造成部分失效；其次此种除味剂母粒的使用存在安全隐患，存储过程和使用过程都会大量的酒精挥发，存在起火或者爆燃的安全隐患；最后，工业用酒精本身就有较大的刺鼻气味，使用此种本身就有较大气味的除味母粒来进行降低气味，其结果很难制得具备优秀气味的pp材料。

6、现有的低密度低voc耐刮擦改性聚丙烯复合材料可参考专利号为cn201810505226.5的中国发明专利申请文件，其公开了一种低密度低voc耐刮擦改性聚丙烯复合材料及制备方法，将纳米蛭石和硅藻土在80℃下烘烤4h后，将纳米蛭石和硅藻土在高速混合机中混合直至纳米蛭石均匀分布到硅藻土微孔中，之后将偶联剂均匀的喷洒在搭载了纳米蛭石的硅藻土表面继续混合5分钟，然后与乙烯-辛烯共聚物(poe)、相容剂在高速混合机中混合均匀，得到增韧-voc吸附复合助剂，其降低气味的本质是利用搭载了纳米蛭石的硅藻土来作为voc吸附剂吸附挤出过程中产生的小分子物质来达到降低voc的目的，这属于吸附类除味剂，这种具备特殊结构的物质再吸附了voc后最终仍停留在聚丙烯复合材料当中，其吸附小分子存在二次挥发的隐患，尤其是在进行注塑使用时，在注塑机中材料再次受热熔融，尤其在高压高速注射时，非常容易导致其结构不稳定，使小分子再次挥发，这不但会导致制品气味和voc超标，并且大概率会导致料花、气痕、银丝等注塑质量问题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种低密度聚丙烯材料及其制备方法，密度低，具有低气味和低voc的特性，在满足汽车轻量化的同时，可以提高汽车内部整体的空气质量。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种低密度聚丙烯材料，按质量份数由以下材料组成：

3、多相共聚高结晶聚丙烯：60-80份，高密度聚乙烯：0-5份，高熔高抗冲聚丙烯：0-20份，无机矿粉：0-10份，增韧剂：5-15份，抗刮擦剂：1-3份,抗氧剂:0.1-0.5份，去离子水：1-3份，其它助剂：1-2份；

4、优选的，所述无机矿粉为滑石粉、硅灰石、云母,所述无机矿粉粒径选择d50≤3um；所述增韧剂为聚烯烃弹性体，所述聚烯烃弹性体的熔指为0.5-30g/10min；所述抗刮擦剂为聚硅氧烷、芥酸酰胺制作的以pp为载体的母粒。

5、本发明提供该低密度聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

6、s1：将多相共聚高结晶聚丙烯、高密度聚乙烯、高熔高抗冲聚丙烯、增韧剂、抗刮擦剂、抗氧剂和其它助剂通过失重称同时加入挤出机进行共混，形成混合料一；

7、s2：将无机矿粉从侧喂料口加入挤出机，与所述混合料一进行混合，形成混合料二；

8、s3：将去离子水注入挤出机，与所述混合料二混合，形成混合料三，随后对所述混合料三进行真空脱挥，继而将去离子水再次注入挤出机，与所述混合料三混合，形成混合料四，随后对所述混合料四进行真空脱挥；

9、s4：挤出机将所述混合料四挤出，挤出的料条冷却至室温，通过切粒机造粒，造粒后经负压吸料，进入烘料除味系统，在130℃条件下烘料5-8小时，冷却后放料。

10、优选的，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40：1-56：1。

11、优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为44：1或48：1。

12、优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为48：1。

13、优选的，所述步骤s1为喂料输送段和排气段，共四个温区，具体为：一段180℃；二段200-220℃；三段200-220℃；四段200-220℃；

14、所述步骤s2为侧喂段，共三个温区，具体为：五段200-220℃；六段180-200℃；七段180-200℃；

15、所述步骤s3为第一注水段、第一真空段、第二注水段和第二真空段，共五个温区，具体为：八段180-200℃，九段180-200℃；十段180-200℃；十一段180-200℃；十二段180-200℃；

16、优选的，所述喂料输送段按原料输送路径依次包括1个56/56a元件、3个96/96元件、3个72/72元件、1个56/56元件、1个30°/7/72元件、1个45°/5/56元件、1个60°/4/56元件和1个56/28l元件；

17、所述排气段按原料输送路径依次包括2个72/72元件和2个96/96元件；

18、所述侧喂段按原料输送路径依次包括3个144/72元件、1个96/96元件、2个72/72元件、2个45°/5/56元件、2个45°/5/36元件、2个56/56元件和1个96/96元件；

19、所述第一注水段按原料输送路径依次包括1个72/72元件、2个45°/5/56元件、1个60°/4/56元件和1个45°/5/36l元件；

20、所述第一真空段按原料输送路径依次包括4个144/72元件和1个72/72元件；

21、所述第二注水段按原料输送路径依次包括1个56/56元件、2个45°/5/56元件、1个90°/5/36元件和1个56/28l元件；

22、所述第二真空段按原料输送路径依次包括4个144/72元件、2个72/72元件和3个56/56元件。

23、本发明的有益效果为：

24、(1)本发明的新能源汽车内饰的低密度聚丙烯材料，其材料特点是密度低，密度范围在0.9～1.0g/cm3，具备高刚性和高韧性的综合力学性能，在外观方面满足耐刮擦要求并且具有良好的成型性，符合汽车轻量化趋势，同时由于其本身具备的低气味、低voc特点，本材料的气味等级2.0-2.5级可满足几乎所有汽车内饰件对气味的要求，材料本身较高的流动性和好的综合力学性能也可一定程度的降低制件的壁厚，在低密度减重基础上，通过薄壁化进一步减重，满足了多种汽车内饰件的性能要求，具备更强的市场竞争力。

25、(2)发明的新能源汽车内饰的低密度聚丙烯材料的制备方法，可以在挤出后对成品进行处理，使其达到低气味、低voc的要求，不会发生后续注塑过程产生料花等缺陷的情况。