一种可直接注塑外饰用高透光显色低密度高性能玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料，尤其是涉及一种可直接注塑外饰用高透光显色低密度高性能玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车的高速发展，汽车内外饰零部件的表面光学设计成为新的开发方向，如内饰仪表板和门板部件中的透光饰板，外饰透光保险杠和格栅等。传统透光高分子材料一般以低填充改性材料为主，基体通常为聚碳酸酯(pc)和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。其中，pc流动性较差，大型制件注塑时流动速度慢导致不易填满；pmma韧性较差，同时无法通过填充改性满足大多制件碰撞要求，否则会损失材料透明性。作为汽车内外饰零件中使用最多且性价比较高的改性聚丙烯(pp)材料，应用的多为非透光性产品。目前市场已出现透光pp材料，以未填充改性的均聚聚丙烯原料为主，透光率可以达到70％以上。但是，这类pp材料冲击性能差(约为4kj/m2)，耐热性较差，高温存放时变形严重，尺寸稳定性较差。因此该类产品只能应用于尺寸较小的透光类装饰条，如内饰氛围灯导光条等，而无法应用于对产品刚韧平衡性能和尺寸稳定性要求较高的大型透光制件上，如保险杠、格栅等部件。

2、cn202410052634.5公开一种透光聚丙烯复合物及其制备方法及应用。该专利使用无水硫酸钙晶须作为光扩散剂使用，但是该材料对pp的性能提升有限，不适合应用于性能要求较高的领域。cn202310463537.0公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。该专利以聚丙烯树脂、乙烯类共聚弹性体复配，同时引入特定的主抗氧剂和辅助抗氧剂等组分。该复合材料关注透光效果，对pp材料的力学性能提升效果不明显。cn202210782617.8公开了一种高雾度高透光聚丙烯组合物及其制备方法和应用。该专利通过使用共聚聚丙烯和β晶型成核剂形成树脂的基体，以纳米硫酸钡为辅、以纳米氧化锌为主，并且限定了纳米氧化锌的粒径范围作为填料改性，从而制备高透光高雾度聚丙烯组合物。该复合材料关注透光效果，对pp材料的力学性能提升效果不明显。上述专利中的透光聚丙烯材料需要跟油漆匹配方能呈现出较好的光学外观效果。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种可直接注塑外饰用高透光显色低密度高性能玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。填充高透光pp材料体系中各组分的分散对透光效果影响较大。该发明中使用中高碱纤维母粒填充pp材料，通过进一步加强纤维在pp中的分散，从而降低纤维对pp材料透光率影响。相比较其他填充物，纤维对pp材料的力学性能和收缩率具有非常显著的改善效果。相比较pp材料而言，苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物对玻纤浸润性更好。在苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物体系中加入马来酸酐，可以使少量的共聚物接枝马来酸酐，提升共聚物的极性，更好的改善玻纤和共聚物的相容性，进一步加强共聚物对玻纤材料的浸润性。通过特殊的结构螺杆，在共聚物熔融进入前将游离的马来酸酐真空脱除，从而得到分散良好的纤维母粒。

2、二氧化硅是由于堆积密度低，常规生产工艺下含量超过5％以后分散比较困难，二氧化硅的分散直接影响pp材料的透光率。加入少量的自来水，在高速搅拌机下润湿二氧化硅表面，提高二氧化硅的堆积密度，从而更易于做高浓度的二氧化硅母粒。通过加入高浓度二氧化硅母粒，可以改善玻纤增强pp材料的翘曲，同时不影响pp材料的透光性。

3、常规的乙烯-辛烯共聚物或者乙烯-丁烯共聚物基本不透明，加入后大大降低pp材料的透光率。透明增韧剂基本是无定型态聚合物，在pp材料体系中对其透光率无明显影响，同时还能起到很好的增韧和降低收缩率的效果。

4、由于目前透光聚丙烯材料需要喷涂油漆，通过镭雕等造型设计展现出较好的光学外观效果。通过加入特定含量和粒径的色粉体系，在不影响pp材料透光率基础上，提升透光聚丙烯的显色性能，直接注塑即可呈现出较好的光学外观效果。

5、本发明目的通过以下技术方案实现：

6、本发明的一种可直接注塑外饰用高透光显色低密度高性能玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下重量份原料组成：

7、玻璃纤维母粒：10～25wt％；

8、二氧化硅母粒4-20wt％；

9、增韧剂：1～30wt％

10、色粉：0.01-0.5wt％；

11、其他助剂：0.1～1wt％

12、聚丙烯：余下组份。

13、优选的，增韧剂为透明的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或硅橡胶等其中一种。

14、优选的，玻璃纤维母粒由以下重量份原料组成：

15、连续玻璃纤维：40-60wt％；

16、润滑剂：0.05～5wt％；

17、马来酸酐：2～6wt％；

18、引发剂：0.01～0.1wt％

19、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物：余下组份

20、优选的，玻璃纤维为连续中高碱纤维，碱金属氧化物含量≥12％；

21、优选的，纤维母粒中润滑剂为硬脂酸盐，如硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、乙烯基双硬脂酰胺等其中一种。

22、优选的，纤维母粒中引发剂为过氧化物引发剂其中一种；

23、优选的，纤维母粒中苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，gpc重均分子量mw≤150000g/mol，230℃@5kg测试条件下熔体流动速率1～30g/10min，其中苯乙烯含量10～30wt％。

24、优选的，纤维母粒生产步骤如下：

25、(1)按照重量配比称取原料：苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、引发剂、润滑剂和马来酸酐，将称取后的原料投入到高速搅拌机中混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机中熔融混炼，挤出加工温度160～200℃，主机转速为400～700rpm，具体螺杆结构图如图1所示。其中螺杆长径比≥52，靠近浸渍模腔末端，设置两段真空排气口，通过抽真空将未反应的马来酸酐抽提出来。混合挤出得到的混合物通入到特殊结构的浸渍模腔中。

26、(2)连续玻璃纤维同步进入浸渍模腔，采用挤拉工艺，使得穿过模腔的长玻璃纤维表面均匀浸润包括苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，将浸润好的连续玻纤通过水槽冷却，牵引切粒，得到长度9～15mm玻璃纤维母粒。

27、优选的，二氧化硅母粒由以下重量份

28、二氧化硅：30-50wt％；

29、润滑剂：0.05～5wt％；

30、聚丙烯：余下组份；

31、优选的，二氧化硅为气相二氧化硅，粒径≤1μm。

32、优选的，二氧化硅母粒生产步骤如下：

33、(1)将二氧化硅、润滑剂和聚丙烯树脂按照重量配比称取原料，称取后投入到高速搅拌机中，同时还加入相对原料重量5～8％重量的自来水投入到高速搅拌机中搅拌30～40min，搅拌结束后加入到如图1所示的结构的双螺杆挤出机中挤出。200～230℃，主机转速300～400rpm，水下切粒即可获得二氧化硅母粒。

34、优选的，所述的色粉为有机或者无机色粉，如酞青蓝、荧光增白剂、群青、炭黑等，粒径≤100nm。

35、优选的，其他助剂为抗氧剂和光稳定剂其中一种或者几种组合物，抗氧剂如受阻酚、亚磷酸酯和硫代硫酸酯的几种组合物。光稳定剂为受阻胺和紫外线吸收剂三嗪类的几种混合物

36、优选的，聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂，230℃@2.16kg测试条件下熔体流动速率≥30g/10min，可见光透光率(3.2mm)≥60％，雾度(3.2mm)≥90％。

37、优选的，可直接注塑外饰用高透光显色低密度高性能玻纤增强聚丙烯复合材料生产步骤如下：

38、(1)按照重量配比称取原料：聚丙烯、二氧化硅母粒、增韧剂、色粉、其他助剂，将称取后的原料投入到高速搅拌机中混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机主喂料口中熔融混炼；

39、(2)按照重量配比称取相应分数的玻璃纤维母粒，然后投入到双螺杆挤出机的侧喂料口。侧喂料口位于螺杆1/3处后。挤出温度为200～230℃，螺杆转速为200～600rpm。经熔融挤出、冷却、造粒、均化后得到可直接注塑外饰用高透光显色低密度高性能玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。