一种低摩擦异响的填充聚丙烯材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及聚丙烯复合材料改性技术领域，更具体地，涉及一种低摩擦异响的填充聚丙烯材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.汽车急刹车、急转弯或者在颠簸路面行驶时，会造成内部零部件的接触面相互滑动摩擦，因而容易产生令人不适的摩擦异响。随着汽车行业技术的进步，发动机噪音、胎噪、风噪等噪音大幅度降低，因此，摩擦异响的问题尤为凸显。摩擦异响主要是由于零部件发生粘-滑(stick-slip)运动而产生的嘎吱声响。粘-滑运动是指两个物体相互滑动时，出现连续的粘着和滑动的不稳定的摩擦运动现象。粘-滑运动的特点是随着滑动的进行，摩擦力呈锯齿状变化，而不像稳定滑动时摩擦力保持恒定。不稳定的摩擦产生了摩擦异响，为了解决这一问题，现有技术一般是采用在零部件的接触面加入毛毡垫、涂润滑脂、接触面植绒等的方法，从而阻止零部件之间的接触，防止产生摩擦异响，但这些方法增加了制造工序和成本。对零部件材料进行改性，可有效解决摩擦异响的问题，且不会增加成本。
3.聚丙烯材料具有密度较低、强度高、刚性和耐热性较好、成本低等优点，通常应用在汽车的内饰系统、外饰系统以及发动机周边部件。根据汽车工业协会统计数据，早在2010年，平均单车使用pp材料量已经达到54.9kg。为了满足汽车材料的使用要求，常在纯聚丙烯材料中加入无机填料，以达到增强增韧的效果。但加入无机填料后的聚丙烯材料的动摩擦系数和静摩擦系数较大，静摩擦系数和动摩擦系数之差也大，从而更易发生粘-滑运动而产生摩擦异响。
4.目前，减少汽车零件部材料的摩擦异响是较为热门的研究，一些科研工作者如norm eiss(frictional behavior of automotive interior polymeric material pairs，sae technical papers on cd-rom，1997-01-01)也对摩擦的粘-滑运动表征和机理进行了深入的探究。研究表明，粘-滑运动跟材料的静摩擦系数、动静摩擦系数之差、刚性、阻尼性能和表面粗糙度有很大的关系。名称为一种防异响低收缩聚丙烯组合物及其制备方法提供了一种防异响低收缩聚丙烯组合物，该专利通过改性后的玻璃纤维与lldpe相配合来降低聚丙烯材料的摩擦异响。目前，对于填充聚丙烯材料的摩擦异响问题研究得还比较少。
5.综上，还需对填充聚丙烯材料的摩擦异响问题做更深入的研究。


技术实现要素：

6.本发明的首要目的是克服上述现有技术中填充聚丙烯材料易产生粘-滑运动而产生摩擦异响的问题，提供一种低摩擦异响的填充聚丙烯材料。该低摩擦异响的填充聚丙烯材料的静摩擦系数和动摩擦系数之差小，摩擦曲线的振幅小，摩擦时产生的噪音小，摩擦异响低，尤其适用于制备汽车内饰系统、外饰系统以及发动机周边的部件等汽车零部件。
7.本发明的进一步目的是提供上述低摩擦异响的填充聚丙烯材料的制备方法。
8.本发明的进一步目的是提供上述低摩擦异响的填充聚丙烯材料在制备汽车零部件中的应用。
9.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
10.一种低摩擦异响的填充聚丙烯材料，包括如下重量份数的组分：聚丙烯树脂40～95份；无机填料5～40份；乙烯/α-辛烯共聚物5～20份；耐划伤剂1～2份；其他助剂0～3份；
11.其中，所述乙烯/α-辛烯共聚物的邵氏硬度a≤95，熔点≥93℃。
12.研究表明，填充聚丙烯材料的动摩擦系数和静摩擦系数较大，从而导致其易发生粘-滑运动而产生摩擦异响。
13.本发明的发明人经过多次实验发现，通过在填充聚丙烯材料中加入特定量的邵氏硬度a≤95，熔点≥90℃的乙烯/α-辛烯共聚物，能使填充聚丙烯材料的摩擦异响降低。其原因是：乙烯/α-辛烯共聚物含有乙烯/α-辛烯链段，该链段在一定程度上可以提高乙烯/α-辛烯共聚物与聚丙烯的相容性，进而有效提升无机填料的分散性，降低了动摩擦系数和静摩擦系数，且动摩擦系数降低得更多，从而使得静摩擦系数和动摩擦系数的差缩小，在一定程度上降低摩擦异响；进一步研究发现，通过控制乙烯/α-辛烯共聚物的硬度和熔点可进一步改善聚丙烯材料的摩擦异响：较小的邵氏硬度，材料柔性较好，易发生形变，有利于材料的摩擦界面通过微小的变形使得滑动顺畅，降低材料界面之间粘-滑运动的发生，减小了摩擦震动；较高的熔点，表明材料分子中有大量的可结晶链段，材料的结晶度高，分子链排布规整，可以降低材料界面之间分子的相互渗透和粘附，从而降低材料之间的粘附，随着粘附的降低，填充聚丙烯材料之间的静摩擦系数和动摩擦系数之差降低，粘-滑运动的发生变少，且摩擦曲线的振幅也变小，进而使摩擦异响降低。
14.如果乙烯/α-辛烯共聚物的邵氏硬度过大，材料变形能力较差，不利于通过微小的形变来降低粘-滑运动；熔点过低，材料的可结晶性下降，结晶度低，不利于降低两摩擦界面之间材料的粘附，静摩擦系数和动摩擦系数之差仍然较大，从而不能降低摩擦异响。
15.本发明的低摩擦异响的填充聚丙烯材料的静摩擦系数和动摩擦系数之差小，摩擦曲线的振幅小，摩擦时产生的噪音小，摩擦异响低，尤其适用于制备汽车内饰系统、外饰系统以及发动机周边的部件等汽车零部件。
16.优选地，所述低摩擦异响的填充聚丙烯材料包括如下重量份数的组分：聚丙烯树脂55～80份；无机填料10～30份；乙烯/α-辛烯共聚物10～18份；耐划伤剂1.2～1.8份；其他助剂0.9～2.4份。
17.优选地，所述乙烯/α-辛烯共聚物的邵氏硬度a为55～95。
18.更为优选地，所述乙烯/α-辛烯共聚物的邵氏硬度a为55～77。
19.优选地，所述乙烯/α-辛烯共聚物的熔点为93～122℃。
20.更为优选地，所述乙烯/α-辛烯共聚物的熔点为111～122℃。
21.需要说明的是，本发明的邵氏硬度a按照astm d2240-2015的方法进行测试，熔点按照gb/t 19466-2016的方法进行测试。
22.本领域常规的聚丙烯树脂均可用于本发明中。
23.优选地，所述聚丙烯树脂按照iso 1133-2011，在230℃，负荷为2.16kg的条件下，熔体流动速率为10～100g/10min。
24.在该条件下，可进一步降低填充聚丙烯材料的摩擦异响，且可进一步促进无机填
料在聚丙烯树脂的分散性能，得到表面更为光滑的填充聚丙烯材料。
25.优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中的至少一种。
26.优选地，所述无机填料的平均粒径为2～10μm。
27.在该条件下，填充聚丙烯材料的摩擦异响进一步降低，且得到的材料的表面更加光滑。
28.优选地，所述无机填料为滑石粉、碳酸钙、云母或硅灰石中的至少一种。
29.优选地，所述耐划伤剂为有机硅类化合物或酰胺类化合物中的至少一种。
30.更为优选地，所述有机硅类化合物为二甲基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、硅酮中的一种。
31.更为优选地，所述酰胺类化合物为芥酸酰胺或油酸酰胺中的至少一种。
32.优选地，所述其他助剂为抗氧剂或色母中的至少一种。
33.更为优选地，所述抗氧剂的重量份数为0.6～2份；所述抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂的复合物，复合物中主抗氧剂和辅抗氧剂的质量比为1:(1～2)。
34.进一步优选地，所述主抗氧剂为受阻酚类化合物，例如抗氧剂1010或抗氧剂1076中的至少一种。
35.进一步优选地，所述辅氧剂为亚磷酸酯类化合物，例如抗氧剂168或抗氧剂626中的至少一种。
36.更为优选地，所述色母的重量份数为0.3～1份；所述色母为黑色色母、白色色母、红色色母或蓝色色母中的至少一种。
37.上述低摩擦异响的填充聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：将各组分混匀，熔融挤出，造粒干燥，即得所述低摩擦异响的填充聚丙烯材料。
38.优选地，所述熔融挤出的过程为：将各组分混匀后，加入到双螺杆挤出机，进行熔融挤出。
39.更为优选地，所述双螺杆挤出机的主机转速为400～600r/min。
40.更为优选地，所述双螺杆挤出机的长径比为(40～50):1。
41.更为优选地，所述熔融挤出的温度为90～220℃。
42.具体地，双螺杆挤出机的一区温度为90℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度220℃，五区温度220℃，六区温度220℃，七区温度220℃，八区温度220℃，九区温度220℃。
43.上述低摩擦异响的填充聚丙烯材料在制备汽车零部件中的应用也在本发明的保护范围内。
44.更为优选地，所述汽车零部件为汽车内饰系统零部件、汽车外饰系统零部件和汽车发动机周边的零部件。
45.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
46.本发明的低摩擦异响的填充聚丙烯材料的静摩擦系数和动摩擦系数之差小，摩擦曲线的振幅小，摩擦时产生的噪音小，摩擦异响低，尤其适用于制备汽车内饰系统、外饰系统以及发动机周边的部件等汽车零部件。
附图说明
47.图1是摩擦性能测试中摩擦曲线的振幅δf的计算示意图。
具体实施方式
48.为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。
49.本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
50.聚丙烯树脂1#：ep548r，中海壳牌，按照iso 1133-2011，在230℃，负荷为2.16kg的条件下，熔体流动速率为30g/10min；
51.聚丙烯树脂2#：ep300m，中海壳牌，按照iso 1133-2011，在230℃，负荷为2.16kg的条件下，熔体流动速率为10g/10min；
52.聚丙烯树脂3#：bx3920，韩国sk，按照iso 1133-2011，在230℃，负荷为2.16kg的条件下，熔体流动速率为100g/10min；
53.聚丙烯树脂4#：k8003，中国石油天然气有限公司，按照iso 1133-2011，在230℃，负荷为2.16kg的条件下，熔体流动速率为3g/10min；
54.无机填料1#：tyt-777a，天源化工，滑石粉，平均粒径为4μm；
55.无机填料2#：htpultra5l，天源化工，滑石粉，平均粒径为2μm；
56.无机填料3#：ty80-13-c，天源化工，滑石粉，平均粒径为10μm；
57.无机填料4#：hs-918，江西宸鑫，滑石粉，平均粒径为18μm；
58.无机填料5#：f-23，绵阳宏竹，碳酸钙，平均粒径为5μm；
59.乙烯/α-辛烯共聚物1#：infuse 9107，dow公司，邵氏硬度a为60，按照gb/t 19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为121℃；
60.乙烯/α-辛烯共聚物2#：infuse 9807，dow公司，邵氏硬度a为55，按照gb/t 19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为118℃；
61.乙烯/α-辛烯共聚物3#：infuse 9010，dow公司，邵氏硬度a为77，按照gb/t 19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为122℃；
62.乙烯/α-辛烯共聚物4#：df140，三井化学公司，邵氏硬度a为95，按照gb/t19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为94℃；
63.乙烯/α-辛烯共聚物5#：infuse 9007，dow公司，邵氏硬度a为65，按照gb/t 19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为111℃；
64.乙烯/α-辛烯共聚物6#：infuse 9507，dow公司，邵氏硬度a为60，按照gb/t 19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为119℃；
65.乙烯/α-辛烯共聚物7#：engage 8440，dow公司，邵氏硬度a为86，按照gb/t 19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为93℃；
66.乙烯/α-辛烯共聚物8#：df8200，三井化学公司，邵氏硬度a为86，按照gb/t 19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为70℃；
67.乙烯/α-辛烯共聚物9#：df110，三井化学公司，邵氏硬度a为98，按照gb/t19466-2016，在10℃/min升温条件下的熔点为94℃；
68.聚乙烯：hdpe dmda8008，中石油，邵氏硬度a为98，按照gb/t19466-20161，在10℃/min升温条件下的熔点为128℃；
69.耐划伤剂：hmb-0221，市售，有机硅类化合物；
70.主抗氧剂：抗氧剂1010，市售，受阻胺类化合物；
71.辅抗氧剂：抗氧剂168，市售，亚磷酸酯类化合物；
72.色母：pe 2772kf，市售，黑色色母。
73.如未特别说明，各平行实施例和对比例中选用的各组分(例如耐划伤剂、主抗氧剂、辅抗氧剂、色母)均为相同的市售产品。
74.本发明各实施例及对比例的填充聚丙烯材料通过如下过程制备得到：
75.按照配方称取各组分，混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机，熔融挤出，造粒干燥，即得填充聚丙烯材料。其中，双螺杆挤出机的熔融挤出的条件为：一区温度90℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度220℃，五区温度220℃，六区温度220℃，七区温度220℃，八区温度220℃，九区温度220℃，主机转速500r/min；双螺杆挤出机的长径比为40:1。
76.本发明各实施例及对比例的填充聚丙烯材料的摩擦性能测试和噪音测试的标准和方法如下：
77.摩擦性能测试：根据gb/t 10006-88，利用zwick摩擦系数测试设备对各填充聚丙烯材料进行摩擦测试，得到动摩擦系数和静摩擦系数，以及摩擦力随位移的变化曲线，并根据摩擦力随位移的变化曲线的计算摩擦曲线的振幅δf。δf的计算过程如下：在如图1所示的位移-摩擦力曲线中，找出锯齿状部分的最高点和最低点，最高点对应的摩擦力和最低点对应的摩擦力之差即为δf。
78.噪音测试：将实施例和对比例的填充聚丙烯材料注塑成上板和下板，上板的规格为45mm(高)
×
25mm
×
2mm，下板的规格为200mm
×
50mm
×
2mm。采用东莞市迈晟电子设备有限公司销售的密封条耐磨试验机和德力西电气dsm d2分贝仪进行测试，具体步骤如下：
79.1)将下板固定在试验机的载物平台上，200mm
×
50mm的面朝上，作为与上板的接触面；将上板固定在试验机的夹具上，25mm
×
2mm的面向下，作为与下板的接触面，上板的厚度方向平行于滑动方向。
80.2)在无外界噪音干扰的环境中，分贝仪固定在离两接触面3cm的位置。
81.3)将2500g的砝码固定于夹具上，利用其施加相应载荷于上板。
82.4)开启试验机，使得上下板块以恒定速率相对滑动，通过分贝仪测试并记录摩擦噪音。
83.实施例1～18
84.实施例1～18提供一系列低摩擦异响的填充聚丙烯材料，其配方中各组分的重量份数如表1和表2所示。
85.表1实施例1～8的配方
[0086][0087][0088]
表2实施例9～18的配方
[0089][0090]
对比例1～4
[0091]
对比例1～4提供一系列填充聚丙烯材料，其配方中各组分的重量份数如表3所示。
[0092]
表3对比例1～4的配方
[0093]
[0094][0095]
按照上述提及的方法对各实施例和对比例的填充聚丙烯材料的摩擦性能和摩擦噪音的测试结果如表4所示。
[0096]
表4各实施例和对比例的测试结果
[0097][0098]
从表4可以看出，本发明实施例1～18所制备的填充聚丙烯材料的动摩擦系数和静摩擦系数之差都小于0.050，摩擦曲线的振幅δf均小于0.02，摩擦噪音≤58db，摩擦异响低，其中以实施例1的综合性能最优；对比例1加入熔点较低的乙烯/α-辛烯共聚物，摩擦界面的分子粘附力较强，静摩擦系数和动摩擦系数之差较大，粘-滑现象明显，噪音较大；对比例2加入硬度较大的乙烯/α-辛烯共聚物共聚物，难以在摩擦过程中通过形变降低粘附，静摩擦系数和动摩擦系数之差较大，粘-滑现象明显，噪音较大；对比例3加入聚乙烯，其不含乙烯/α-辛烯链段，所制备的填充聚丙烯材料的静摩擦系数和动摩擦系数之差大，粘-滑现
象明显，噪音较大；对比例4不加入乙烯/α-辛烯共聚物共聚物，所制备的填充聚丙烯材料的静摩擦系数和动摩擦系数之差大，摩擦曲线的振幅也大，摩擦异响达到83db。
[0099]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。