CN102382374A - 一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料及其制备方法。纤维增强聚丙烯汽车内饰材料按重量百分比由以下组分组成：PP树脂40-70％；植物纤维10-40％；填料5-20％；偶联剂0.3-0.8％；抗氧剂0.2-0.6％；润滑剂0.3-1.0％。按以上配比称取原料后在高速混合机中混合3-5分钟，将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，制得植物纤维增强聚丙烯汽车内饰材料。本发明所得的植物纤维增强聚丙烯汽车内饰材料采用植物纤维增强，机械性能优良且可回收再利用，具有密度小、可回收利用、高抗冲、吸能性好，符合汽车工业环保、轻量化和可持续化的发展趋势。

Description

一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料及其制备方法。
[背景技术]
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，密度0.90g/cm3，是现有树脂中第二轻的高分子材料(仅大于聚甲基戊烯，密度0.85g/cm3)。因其具有性能好、比重小、易于成型加工等特点，而广泛应用于汽车工业中。
目前用于制造汽车车门内衬、顶棚、挡泥板、扰流板、前后保险杠，发动机罩等汽车部件主要应用的是化学纤维增强PP材料，其中，化学纤维主要包括玻璃纤维、芳纶等，化学纤维增强PP复合材料的比强度高，但是，其加工困难、耗能大、已造成环境污染、耐磨性和耐柔性差，不可回收等，这不符合汽车材料的未来发展方向。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种够机械性能优良且可回收再利用的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，按重量百分比由以下组分组成：
PP树脂    40-70％；
植物纤维  10-40％；
填料      5-20％；
偶联剂    0.3-0.8％；
抗氧剂    0.2-0.6％；
润滑剂    0.3-1.0％。
以上所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，所述的植物纤维是纤维长度为3mm-30mm、纤维含量为5％-35％，经浓度为20％-40％的NaOH处理过的剑麻和苎麻。
以上所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，所述的填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或多种。
以上所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，所述的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
以上所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比2∶1复配而成。
以上所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，所述的润滑剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙。
上述纤维增强聚丙烯汽车内饰材料的制备方法的技术方案，包括以下步骤：
(1)按上述的配比称取原料；
(2)将PP树脂、偶联剂、填料、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合3-5分钟；
(3)将混好的物料置于双螺杆的加料桶中，植物纤维由挤出机的排气孔中加入，混合物料和植物纤维经平行双螺杆挤出机熔融挤出、造粒。
以上所述纤维增强聚丙烯汽车内饰材料的制备方法，其中，平行双螺杆挤出机的挤出工艺为：
一区160-170℃、二区170-180℃、三区170-180℃、四区165-175℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03--0.06MPa。
本发明纤维增强聚丙烯汽车内饰材料采用植物纤维增强，机械性能优良且可回收再利用，具有密度小、可回收利用、高抗冲、吸能性好，符合汽车工业环保、轻量化和可持续化的发展趋势。。
[具体实施方式]
下面通过实施例对本发明进行进一步阐述：
在本发明中，PP树脂是熔融指数在2.0-20.0g/10min之间的共聚PP(EPS30R、K9928等)。植物纤维为纤维是长度为3mm-30mm、纤维含量为5％-35％，经浓度为20％-40％的NaOH处理的剑麻和苎麻，通过碱处理的植物纤维可以去除表面的半纤维和木质素及其它杂质，致使部分原纤维解旋，使纤更贴近纤维轴向，微纤旋转角减小，分子趋向度提高，纤维的表面产生粗糙形态，纤维与树脂的粘合能力增强，同时由于碱与羟基反应，破坏了部分纤维素分子链间的氢键，降低了纤维密度，纤维变得松散，这些都增加了纤维与基体树脂浸润有效解除面积，有利于增强界面的粘合，提高材料的力学性能。填料可以是2000目的滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或几种。偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560。抗氧剂由亚磷酸酯类抗氧剂1010和受阻酚类抗氧剂168按重量百分比2∶1复配而成；润滑剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
实例1
按重量百分比将PP树脂73％，偶联剂0.7％，滑石粉10％，抗氧剂0.5％，润滑剂0.8％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机的加料桶中，苎麻(纤维含量为20％、纤维长度为6mm)15％由排气口加入，经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实例2
按重量百分比将PP树脂63％，偶联剂0.7％，滑石粉10％，抗氧剂0.5％，润滑剂0.8％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机的加料桶中，苎麻(纤维含量为20％、纤维长度为6mm)25％由排气口加入，经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实例3
按重量百分比将PP树脂53％，偶联剂0.7％，滑石粉10％，抗氧剂0.5、润滑剂0.8％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机的加料桶中，苎麻(纤维含量为20％、纤维长度为6mm)35％由排气口加入，经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实例4
按重量百分比将PP树脂73％，偶联剂0.7％，滑石粉10％，抗氧剂0.5％，润滑剂0.8％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机的加料桶中，苎麻(纤维含量为20％、纤维长度为12mm)15％由排气口加入，经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实例5
按重量百分比将PP树脂63％，偶联剂0.7％，滑石粉10％，抗氧剂0.5％，润滑剂0.8％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机的加料桶中，苎麻(纤维含量为20％、纤维长度为12mm)25％由排气口加入，经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实例6
按重量百分比将PP树脂53％，偶联剂0.7％，滑石粉10％，抗氧剂0.5％，润滑剂0.8％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机的加料桶中，苎麻(纤维含量为20％、纤维长度为12mm)35％由排气口加入，经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在80-90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸强度和断裂伸长率按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：(176±2)(长)×(12.6±0.2)(端部宽度)×(3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按ASTM D-790标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(128±2)×(12.67±0.2)×(3.11±0.2)，弯曲速度为20mm/mi n；
悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(63±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9mm；
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度、进行评判。
实例1-3的配方及各项性能测试结果见表(一)：
表(一)实例1-6的配方及材料物性表
Figure BDA0000096658950000061
本发明采用的剑麻和苎麻纤维为天然纤维，具有质量轻、强度高、可天然降解等特点，与聚丙烯制成的植物纤维增强聚丙烯材料是一种环保材料，它具有密度小、可回收利用、高抗冲、吸能性好，符合汽车工业环保、轻量化和可持续化的发展趋势。

Claims (9)

1.一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
PP树脂    40-70％；
植物纤维  10-40％；
填料      5-20％；
偶联剂    0.3-0.8％；
抗氧剂    0.2-0.6％；
润滑剂    0.3-1.0％。
2.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，其特征在于，所述的PP树脂是熔融指数在2.0-20.0g/10min之间的共聚PP。
3.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，其特征在于，所述的植物纤维是纤维长度为3mm-30mm、纤维含量为5％-35％，经浓度为20％-40％的NaOH处理过的剑麻和苎麻。
4.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，其特征在于，所述的填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，其特征在于，所述的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，其特征在于，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比2∶1复配而成。
7.根据权利要求1所述的纤维增强聚丙烯汽车内饰材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸锌和硬脂酸钙。
8.一种权利要求1所述纤维增强聚丙烯汽车内饰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按权利要求1的配比称取原料；
(2)将PP树脂、偶联剂、填料、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合3-5分钟；
(3)将混好的物料置于双螺杆的加料桶中，植物纤维由挤出机的排气孔中加入，混合物料和植物纤维经平行双螺杆挤出机熔融挤出、造粒。
9.根据权利要求8所述纤维增强聚丙烯汽车内饰材料的制备方法，其特征在于，平行双螺杆挤出机的挤出工艺为：
一区160-170℃、二区170-180℃、三区170-180℃、四区165-175℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03--0.06MPa。
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