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CN104086896A - 一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料 - Google Patents

一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其是由以下组份按重量份制备而成：共聚聚丙烯45-85份、增强剂10-50份、增韧剂1-15份、偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、光稳剂0.1-0.5、其他助剂0-5份。本发明的聚丙烯复合材料降低了基体树脂的收缩率，提高了材料的尺寸稳定性；同时提高了材料的尺寸稳定性，从而可以替代ASA用于生产电动工具的外壳。

Description

一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料
技术领域
 本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料。
 
技术背景
随着锂电池技术的快速发展，从而使电池的电容量不断提升，价格逐渐降低，这为电动工具的快速发展打下了坚实基础。为了满足电动工具的安全、便携、耐用的市场需要，结构设计灵活、色泽美观、持久耐用、价格低廉的高分子材料ASA树脂逐步成为替代金属外壳的首选。ASA树脂是由苯乙烯、丙烯腈和压克力橡胶共聚合而成的，具有焊角强度高、着色性好、色彩丰富、耐候优良等特点，可用于电动工具外壳、电子电器的外壳等外观件。但是ASA容易被划伤，耐温性较低，且原材料成本高等因素的限制，而电动工具做为精密仪器，其对外壳材料的尺寸稳定性、表面耐划伤、耐候性能有较高的要求。故需要积极开发新的性价比高的材料替代其在一些领域的使用。
聚丙烯（PP）材料由于密度小、耐热优异、抗弯曲疲劳性好且价格低，其用途广泛。但是PP的结晶度较高、尺寸稳定性差、耐候性能低限制了其在电动工具外壳方面的应用。为了扩展PP的在该领域的应用，积极开发收缩率低、耐候持久、尺寸稳定的聚丙烯复合材料成为一个亟待解决的问题。然而，目前该类聚丙烯复合材料在国内仍然处于空白状态。
中国发明专利CN 102391575 A公布了一种模塑收缩率低的聚丙烯合金材料及其制备方法。本专利采用碱式硫酸镁晶须作为聚丙烯尺寸稳定性的改善剂，的确降低了材料的收缩率，提高了材料的尺寸稳定性。但是加工过程中必须保持晶须的长径比，这样材料的加工窗口较窄，工艺控制难度较高，产品的稳定性差，同时因为碱式硫酸镁的存在，该材料的耐候性很低，同时材料韧性较差，不能满足电动工具对材料的要求；
中国发明专利CN 102250413 A公布了一种高光泽、低收缩的改性聚丙烯复合材料及其制备方法。本专利采用低收缩的苯乙烯与聚丙烯共混制备低收缩的聚丙烯复合材料，该材料的收缩率得到了改善。但是因为苯乙烯与PP结构差异较大，相容性较低，两种材料容易出现分层，导致产品稳定性差，同时因为PP和苯乙烯的耐候性你均较差，所以该复合材料的耐候性能也较低。
 
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种适用于工业化批量生产替代ASA来用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料。
    为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，由以下组份按重量份制备而成：共聚聚丙烯45-85份、增强剂10-50份、增韧剂1-15份、偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、光稳剂0.1-0.5、其他助剂0-5份。
进一步，所述的共聚聚丙烯为在230℃/2.16Kg条件下的熔融指数大于10g/10min、在拉伸速度为50mm/min情况下拉伸强度大于19MPa、悬臂梁缺口冲击强度8KJ/m2。
所述的增强剂为滑石粉、碳酸钙、无碱玻纤中的至少一种。
所述滑石粉和碳酸钙的粒径为大于800目，无碱玻纤的直径为10-16um。
所述的增韧剂为三元乙丙橡胶（EPDM）、乙烯辛烯共聚物（POE）或顺丁橡胶（BR）。
所述抗氧剂为四(β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯 基)丙酸)季戊四醇酯（抗氧剂1010）、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯（抗氧剂168）、硫代二丙酸双十八醇酯（抗氧剂DSTDP）中的至少一种。
所述的偶联剂优选γ―氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）或钛酸酯偶联剂异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）。
所述的光稳剂为受阻胺类复配光稳剂，优选美国氰特公司的光稳剂V703。
所述的其它助剂包括润滑剂、相容剂中的至少一种；所述润滑剂优选N,N’-乙撑双硬脂酰胺(EBS)或硅酮粉，所述相容剂优选马来酸酐接枝聚丙烯（PP-G）或乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐（POE-G）。
    本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明利用共聚聚丙烯和增韧剂复配，降低了基体树脂的收缩率，提高了材料的尺寸稳定性；同时利用增强剂提高材料强度的同时，进一步提高了材料的尺寸稳定性，从而使改性后的聚丙烯复合材料可以替代ASA。
   2、本发明制备的低收缩、尺寸稳定聚丙烯复合材料具有优异的耐候性能，户外使用时间是ASA的两倍以上，同时具有良好的耐热性能，与ASA长期使用上限温度80℃相比，该复合材料可以在100℃环境中长期使用。
3、本发明制备的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，加工工艺可控，产品性能稳定，且原材料成本仅为ASA的一半，可替代ASA作为电动工具的外壳。
 
具体实施方式：
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。 
    一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料的制备方法是常规方法，主要是：按重量份称量聚丙烯、增强剂、增韧剂、抗氧剂、偶联剂、光稳剂与其他助剂一起加入高混机中混合均匀；然后将混合均匀的混合物经挤出机熔融挤出后造粒。 其中挤出机的温度从下料口到模口的温度分别为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、转速为50-80rpm，真空度为0.1-0.5MPa。
 
实施例1
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯K7926(上海赛科) 45份、碳酸钙20份、滑石粉30粉、抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂DSTDP为0.1份、增韧剂POE为5份、润滑剂EBS(N,N’-乙撑双硬脂酰胺)0.2份、偶联剂KH550为0.5份、光稳剂V703为0.1份、相容剂PP-G为2分，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为50rpm，真空度为0.3MPa。
实施例2
按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯K9016(燕山石化)为50份、无碱玻纤ER14-1000-988A为20份、滑石粉25粉、抗氧剂1010为0.1份、增韧剂EPDM为8份、抗氧剂DSTDP为0.1份、抗氧剂168为0.2，润滑剂EBS(N,N’-乙撑双硬脂酰胺)0.2份、光稳剂V703为0.2份、偶联剂KH550为0.3份、相容剂PP-G为2分，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为60rpm，真空度为0.5MPa。
实施例3
 按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯YPJ1215C(扬子石化)为55份、无碱玻纤ER14-1000-988A为15份、滑石粉30粉、抗氧剂1010为0.2份、抗氧剂DSTDP为0.1份、抗氧剂168为0.2，光稳剂V703为0.3份、增韧剂BR为6份、润滑剂EBS(N,N’-乙撑双硬脂酰胺)0.2份、偶联剂KH550为0.3份、相容剂PP-G为2分，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为60rpm，真空度为0.5MPa。
实施例4
     按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯K9015(燕山石化)为65份、滑石粉35份、抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂168为0.1份、增韧剂POE为1份、光稳剂V703为0.4份、润滑剂EBS(N,N’-乙撑双硬脂酰胺)0.2份、偶联剂钛酸酯偶联剂异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）为0.2份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为60rpm，真空度为0.2MPa。
实施例5
    按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯K9015(燕山石化)为70份、滑石粉15份、抗氧剂1010为0.1份、润滑剂硅酮粉0.4份、光稳剂V703为0.5份、增韧剂POE为15份、偶联剂KH550为0.2份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为60rpm，真空度为0.1MPa。
实施例6
     按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯EA5075 (韩国PolyMirae)为75份、滑石粉20份、抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂168为0.3份、润滑剂EBS(N,N’-乙撑双硬脂酰胺)0.5份、增韧剂POE为3份、偶联剂KH550为0.2份，光稳剂V703为0.1份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为60rpm，真空度为0.1MPa。
实施例7
    按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯EP200R(韩国大林)为85份、滑石粉10份、光稳剂V703为0.2份、抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂168为0.3份、增韧剂EPDM为5份、偶联剂KH550为0.2份、相容剂乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐（POE-G）为5份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为80rpm，真空度为0.1MPa。
实施例8
    按重量配比分别称取干燥的共聚聚丙烯K9016(燕山石化)为70份、滑石粉10份、无碱玻纤ER14-1000-988A为10份、增韧剂为13份、抗氧剂1010为0.1份、抗氧剂168为0.3份、偶联剂KH550为0.1份、光稳剂V703为0.3份、相容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-G）为5份，将上述材料加入高速混合机中混合均匀，然后将混合均匀的混合加入挤出机中，经水冷后切粒。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为180℃，190℃， 195℃， 195℃， 200℃，205℃、主机转速为60rpm，真空度为0.1MPa。
将上述实施例1-8中的样品按照统一工艺注塑成国标样条，按照表1中所列的测试标准和条件对其分别进行机械性能测试，测试数据如下表2所示。
表1：复合材料的性能测试标准和条件
测试项目                                          单位 试验方法
拉伸强度                                      Mpa GB/T1040.1
断裂伸长率 % GB/T1040.1
简支梁缺口冲击强度(23℃)                 KJ/m2 GB/T 1043.1
熔指 g/10min GB/T3682
收缩率 % GB/T 17037.4
氙灯老化 △E GB/T16422.2
表2： 实施例1~8中各复合材料的性能测试结果
实施例 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率% 缺口冲击强度KJ/m2 500h,△E 熔指g/10min 收缩率%
实施例1 20 20 8 0.5 15 0.6/0.5
实施例2 30 5 8 0.6 6 0.5/0.6
实施例3 30 7 15 0.7 7 0.5/0.6
实施例4 15 50 30 0.3 12 0.5/0.5
实施例5 16 50 25 0.7 13 0.5/0.6
实施例6 22 45 35 0.6 40 0.6/0.6
实施例7 16 100 50 0.4 18 0.6/0.5
实施例8 17 80 30 0.6 12 0.5/0.6
     从表2中的数据可以看出，随着聚丙烯牌号的不同，材料的熔指和缺口冲击强度虽有变化，但是材料的收缩率均在0.5-0.6之间，表明材料的尺寸稳定性较高，同时该收缩率与ASA的收缩率相当。因此，本发明制备的聚丙烯复合材料以替代ASA作为生产电动工具的外壳制件而不会有尺寸问题。
另外，分析表2中500小时氙灯加速老化后的色差，可以看出氙灯老化前后样板的色差值均小于1，表明本发明制备的聚丙烯复合材料具有优良的耐候性能，可以很好的满足电动工具外壳的户外耐候使用的要求。
    综上实施例数据分析可以得出，本发明的低收缩、高耐候的聚丙烯复合材料可以代替ASA作为生产电动工具的外壳制件，用于满足户外紫外老化要求。

Claims (9)

1.一种用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下组份按重量份制备而成：共聚聚丙烯45-85份、增强剂10-50份、增韧剂1-15份、偶联剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.5份、光稳剂0.1-0.5、其他助剂0-5份。
2.根据权利要求1所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的共聚聚丙烯为在230℃/2.16Kg条件下的熔融指数大于10g/10min、在拉伸速度为50mm/min情况下拉伸强度大于19MPa、悬臂梁缺口冲击强度8KJ/m2。
3.根据权利要求1所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增强剂为滑石粉、碳酸钙、无碱玻纤中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述滑石粉和碳酸钙的粒径为大于800目，无碱玻纤的直径为10-16um。
5.根据权利要求1所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯辛烯共聚物或顺丁橡胶。
6.根据权利要求1所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四(β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯 基)丙酸)季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂优选γ―氨丙基三乙氧基硅烷或钛酸酯偶联剂异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）。
8.根据权利要求1所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的光稳剂为受阻胺类复配光稳剂。
9.根据权利要求1所述的用于电动工具外壳的低收缩、高耐候聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的其它助剂包括润滑剂、相容剂中的至少一种；所述润滑剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺或硅酮粉，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐。
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