本發明屬于高分子化學領域，涉及一種合金材料，具體來說是一種汽車輪轂飾蓋用的合金材料及其制備方法。

背景技術：

聚酰胺PA是一種常見的工程塑料，其力學性能高，抗沖擊、耐熱性能好，常用于汽車發動機周邊制件、汽車內外飾等制件；但由于其所含的酰胺基團具有較強的極性，易與水分子形成氫鍵作用，導致材料的力學性能大幅度降低、制件變形嚴重，通常的解決方法是加入一定量的無機礦物填料，在一定程度上降低其吸水性，但這不可避免會對材料的強度帶來負面影響。

聚丙烯PP是非極性的通用塑料，其分子鏈中不含極性基團，因而吸水性、耐溶劑性均明顯優于聚酰胺，且由于其微結構規則，容易規則堆砌而形成結晶，因此，具有比常規的烯烴類聚合物更好的力學性能，且保留了聚烯烴材料良好的加工流動性及成本低廉的優勢。

隨著近年來汽車工業的不斷發展，輕量化、環保化的發展理念日益深入人心，對汽車零部件用材料的性能也提出新的要求。聚酰胺的加工穩定高(250～260℃以上)、且加工窗口較窄，一旦溫度過高則容易導致聚合物降解，制件也隨之報廢，從而產生材料、能源上的雙重浪費。汽車輪轂飾蓋是安裝于汽車輪轂外側的裝飾性部件，其力學性能要求并不像發動機周邊部件用聚酰胺材料那么高，且從各大主機廠的性能標準來看，聚酰胺的濕態力學性能指標還是較低的，這為聚丙烯類合金材料替代聚酰胺材料提供了良好的先決條件。從已有的聚丙烯/聚酰胺合金材料來看，由于兩者在化學性質上的巨大差異，其分散相的分布狀況及相間相容性一直是未能有效解決的技術性。CN201510618103所記述的耐水解耐老化聚酰胺/聚丙烯合金材料就是通過相容劑、界面穩定劑來改善合金材料的力學性能及耐水解耐老化性能，但合金體系中聚丙烯含量較少，耐化學穩定性改進的意義相對更大，類似的研究還可見于CN201110062768所述的低吸水性PA66聚丙烯合金材料。綜上來看，真正意義上的高性能聚丙烯/聚酰胺合金一直是當前相關研究所較少涉及的領域，若能在力學性能、制件外觀及尺寸、耐候性能等方面有所突破，其必將在汽車用輕量化、環保化新材料開發及應用中獲得廣泛應用。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種汽車輪轂飾蓋用的合金材料及其制備方法，所述的這種汽車輪轂飾蓋用的合金材料及其制備方法要解決現有技術中的車輪轂飾蓋用的合金材料其力學性能和化學穩定性不佳的技術問題。

本發明提供了一種汽車輪轂飾蓋用的合金材料，包括以下重量百分比的原料：

所述的聚丙烯為均聚丙烯，其在230℃、2.16Kg的測試條件下，其熔融指數為30～100g/10min；

所述的復配型界面增容劑由聚丙烯接枝物和丙烯酸類多嵌段共聚物組成，所述的聚丙烯接枝物和丙烯酸類多嵌段共聚物的質量比為5～10：5～15；

所述的聚丙烯接枝物為馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH、或者甲基丙烯酸甲酯接枝PP-GMA中的任意一種或兩種的組合，經化學法測定接枝率為0.8～1.5％；

所述的丙烯酸類多嵌段共聚物為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、乙烯-乙酸乙烯共聚物EVA、乙烯-甲基丙烯酸共聚物EMA、或者甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯三元共聚物MBS中的任意一種或兩種以上的組合；

所述的無機填充體為納米級滑石粉、鎂鹽晶須、硫酸鈣晶須、鈦酸鉀晶須、或者納米碳化硅晶須中的任意一種或兩種以上的組合。

進一步的，所述的聚酰胺為聚酰胺6，熔體黏度范圍為0.5～6。

進一步的，所述的聚酰胺6的熔體黏度范圍為2～4。

本發明還提供了上述的一種汽車輪轂飾蓋用的合金材料的制備方法，包括以下步驟：

1)按所述的重量百分比稱取聚丙烯、聚酰胺、復配型界面增容劑，然后混合均勻，得到混合原料；

2)按比例稱取無機填充體；

3)將干燥后的混合原料放置于緊密嚙合同向雙螺桿擠出機的主喂料倉中，經喂料螺桿加入到擠出機的機筒內，將無機填充體從側喂料口加入到擠出機中，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機筒的各分區溫度從加料口到機頭出口設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，主機轉速為300轉/分鐘，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理后得到汽車輪轂飾蓋用的合金材料。

本發明通過高效、穩定的多組分界面增容劑的選擇、搭配，輔以特殊的無機填充體，以及合適比例的聚酰胺，使制得的改性聚丙烯復合材料具備較常規聚丙烯材料更高的強度指標如拉伸、彎曲強度，主要的剛性指標如彎曲模量也有大幅度提升，材料的加工流動性較聚酰胺材料更好，加工窗口更寬，熔體性質更穩定，同時材料的尺寸特性如收縮率、線性膨脹系數CLTE均與常規的聚酰胺復合材料相類似，能滿足通用、大眾、吉利等國內主機廠的關于汽車輪轂飾蓋專用材料標準。

本發明的高性能聚丙烯/聚酰胺合金材料，已經從力學性能、加工表現、長期耐候性等方面具備了替代汽車飾件用聚酰胺復合材料的可能性。首先，聚丙烯/聚酰胺合金材料的相間相容性有了明顯的提升，以材料的斷裂伸長率為例，選擇合理種類、用量復配型界面增容劑的配方材料，其拉伸強度也從30MPa左右提升至40MPa以上，與濕態聚酰胺材料的拉伸強度接近，主要的剛性指標如彎曲模量提升至3800MPa左右，已明顯高于濕態的聚酰胺復合材料的對應指標，聚丙烯/聚酰胺合金材料的收縮率保持在0.4-0.6％之間，CLTE的測試值也非常接近于聚酰胺材料，需要指出的是，聚丙烯/聚酰胺合金材料的吸水率有了大幅度的降低，僅為0.08％～0.15％，這為制件在實際使用環境中的性能保持率、尺寸穩定性改善提供良好的材料基礎。

本發明和已有技術相比，其技術進步是顯著的。本發明針對汽車輪轂飾蓋的力學性能及實際使用環境需求，以高性能、高耐候的聚丙烯/聚酰胺合金材料來替代傳統的聚酰胺材料，提出了復配型界面增容劑，著重改善聚合物合金的相間相容性及分散合理性能；以特定的無機填充體來替代普通的礦物填料，具有更好的增剛效果；所得的聚丙烯/聚酰胺合金的主要強度指標如拉伸強度、彎曲強度均優于濕態聚酰胺材料接近，彎曲模量更是同比提升150％以上，最高可達3800MPa左右，同時材料收縮率低，尺寸穩定性與輪轂飾蓋專用聚酰胺材料類似，但加工、注塑工藝條件更溫和、穩定，是一種特點突出、綜合性能優良、易加工的汽車外飾件專用改性材料。

具體實施方式

下面通過具體的實施方式對本發明做進一步的說明，所述實施例僅用于說明本發明而不是對本發明的限制。

本發明實施例所用原料：

PP:均聚丙烯，結晶度Xc≥65％，韓國PolyMirae，熔融指數MFR為120g/10min(230℃、2.16Kg)。

PA-1：聚酰胺6，熔體相對黏度2.45，寧波亨潤聚合有限公司。

PA-2：聚酰胺6，熔體相對黏度1.0，美國朗盛化學。

聚丙烯接枝物-1：馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH 1001，接枝率1.0％，上海莊景化工。

聚丙烯接枝物-1：馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH 5001C，，接枝率0.8％，南通日之升公司。

丙烯酸類多嵌段共聚物-1：甲基丙烯酸甲酯PMMA CM 205，鎮江奇美化學。

丙烯酸類多嵌段共聚物-2：乙烯-乙酸乙烯共聚物EVA-460，VA含量60％，日本三井化學。

無機填充體-1：HAR T84，10000目，高壓縮級，無錫恒茂工貿有限公司。

無機填充體-2：納米級滑石粉(型號為HTP05)，10000目，意大利AIHAI-IMI。

無機填充體-3：硫酸鈣晶須，上海峰竺晶須有限公司。

產品性能測試：

拉伸性能：按ISO527-2標準進行，測試速率為5mm/min。

彎曲性能：按IS178標準進行，跨距為64mm，測試速率為2mm/min。

沖擊性能：按ISO179-1標準在簡支梁沖擊試驗機上進行，樣條缺口為A型。

收縮率測試：按ISO 294-4標準進行測試，標準樣板為210×140×3.2mm。

線性膨脹系數CLTE測試：在TMA-600儀器上進行，測試區間為-30℃～120℃，升溫速率為1℃/min。

吸水率測試：將標準沖擊樣條放置于23℃、50％RH的環境中，24h后測試樣條重量變化，計算后得到吸水率。

實施例1

按照表1中實施例1的數據稱取馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH 1001、聚甲基丙烯酸甲酯CM 205，攪拌混合均勻，即可制得復配型界面增容劑1。

實施例2

按照表1中實施例2的數據稱取馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH 5001、乙烯-乙酸乙烯EVA-460，攪拌混合均勻，即可制得復配型界面增容劑2。

實施例3

按照表1中實施例3的數據稱取馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH 1001、乙烯-乙酸乙烯EVA-460，攪拌混合均勻，即可制得復配型界面增容劑3。

實施例4

按照表1中實施例3的數據稱取馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH 5001、聚甲基丙烯酸甲酯CM 205，攪拌混合均勻，即可制得復配型界面增容劑4。

實施例5

按照表1中實施例3的數據稱取馬來酸酐接枝聚丙烯PP-MAH 1001、聚甲基丙烯酸甲酯CM 205、乙烯-乙酸乙烯EVA-460，攪拌混合均勻，即可制得復配型界面增容劑5。

表1復配型無機增強體系的配方表(單位：克)

實施例6

按表2中所示的實施例6數據稱取各組分，將無機填充體以外的各組分于高速混合機中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機的主喂料倉中，無機填充體投入到側喂料倉，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機轉速設定為300轉/分鐘，主機筒的各分區溫度(從加料口到機頭出口)設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產品。

表2汽車薄壁保險杠專用的聚丙烯復合材料的配方表(單位：克)

實施例7

按表2中所示的實施例7數據稱取各組分，將無機填充體以外的各組分于高速混合機中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機的主喂料倉中，無機填充體投入到側喂料倉，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機轉速設定為300轉/分鐘，主機筒的各分區溫度(從加料口到機頭出口)設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產品。

實施例8

按表2中所示的實施例8數據稱取各組分，將無機填充體以外的各組分于高速混合機中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機的主喂料倉中，無機填充體投入到側喂料倉，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機轉速設定為300轉/分鐘，主機筒的各分區溫度(從加料口到機頭出口)設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產品。

實施例9

按表2中所示的實施例9數據稱取各組分，將無機填充體以外的各組分于高速混合機中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機的主喂料倉中，無機填充體投入到側喂料倉，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機轉速設定為300轉/分鐘，主機筒的各分區溫度(從加料口到機頭出口)設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產品。

實施例10

按表2中所示的實施例10數據稱取各組分，將無機填充體以外的各組分于高速混合機中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機的主喂料倉中，無機填充體投入到側喂料倉，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機轉速設定為300轉/分鐘，主機筒的各分區溫度(從加料口到機頭出口)設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產品。

對比例1

稱取45克PP、20克PA6-1、10克聚丙烯接枝物-1、25克無機填充體-1，將無機填充體以外的各組分于高速混合機中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機的主喂料倉中，無機填充體投入到側喂料倉，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機轉速設定為300轉/分鐘，主機筒的各分區溫度(從加料口到機頭出口)設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產品。

對比例2

稱取45克PP、20克PA6-2、10克聚丙烯接枝物-2、25克無機填充體-2，將無機填充體以外的各組分于高速混合機中混合均勻，投入到雙螺桿擠出機的主喂料倉中，無機填充體投入到側喂料倉，擠出機螺桿直徑為40mm，長徑比L/D為56，主機轉速設定為300轉/分鐘，主機筒的各分區溫度(從加料口到機頭出口)設定為：160℃、190℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃，經熔融擠出、冷卻、造粒、烘干處理等工序后得到產品。

對比例3

普通牌號的輪轂飾蓋用改性聚酰胺復合材料，牌號為A3ZM2，德國BASF公司提供，市售牌號。

表3汽車薄壁保險杠專用的聚丙烯復合材料的性能測試結果

從表3所示的各實施例及對比例的性能測試來看，采用本發明中所述的復配型界面增容劑的各實施例，較采用常規的增容方法(對比例1、2)具有更好的界面調節、強化粘結、提高分散相的分布尺寸等作用，材料的拉伸強度明顯更高，大多數都在30MPa以上，最高可達43-45MPa，與對比例3中所示的PA6改性材料的濕態拉伸強度基本相當；另外，由于填充體的合理搭配使用，界面改進的效果得以進一步發揮，材料的彎曲模量有了大幅度提升，與對比例3中所示的PA6改性材料的彎曲模量(1730MPa)相比，實施例10中彎曲模量最高可到3770MPa，提升幅度將近150％，而聚丙烯基體的引入，也使得合金材料的吸水性大幅度降低，從PA6改性材料的0.35％降至0.1％左右，這對于聚丙烯/聚酰胺合金材料在實際環境中具備良好的性能保持率、尺寸穩定性提供了良好的先決條件，材料CLTE測試值也明顯更低，對解決制件注塑后因環境條件變化而導致的尺寸膨脹、收縮等外觀問題有積極的作用。另外，值得一提的是，以聚丙烯/聚酰胺合金材料來替代改性聚酰胺材料，在注塑溫度、壓力、加工周期等環節都有不同的改善效果，溫度、壓力更低，制件無需后處理，加工周期也隨之縮短，這正好反映了當前汽車業所提倡的“輕量化、環保化”的設計理念，是一種綠色、環保的汽車用新型功能裝飾材料，具備極好的社會效益及市場推廣價值。