CN103965549B - 一种竹纤维复合材料及其在制备汽车侧碰缓冲模块中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种竹纤维复合材料及其在制备汽车侧碰缓冲模块中的应用。本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：20?30％的竹纤维，65?75％的均聚聚丙烯，3.5?4.5％的乙丙橡胶和0.5?1.5％的改性剂。本发明的竹纤维复合材料制备侧碰缓冲模块具有绿色环保和抗菌除臭的优点，汽车侧碰缓冲模块的制备工艺方法，注塑温度较其他的聚丙烯复合材料低，普通聚丙烯复合材料的注塑温度为210?230℃，而本发明只需在160?180℃注塑。在制备的工艺过程中还能达到节能降耗的效果。

Description

一种竹纤维复合材料及其在制备汽车侧碰缓冲模块中的应用
技术领域
本发明涉及一种竹纤维复合材料及其在制备汽车侧碰缓冲模块中的应用。
背景技术
随着全球环境问题的日益严重及汽车行业新标准的即将发布实施，越来越多的新型环保材料得到了应用。
竹纤维是一种由我国自行研发成功的以竹子为原料、环保型的再生纤维素纤维。它具有良好的吸湿性、悬垂性和染色性；手感柔软，导湿性好；具有良好的天然光泽、抗菌性和抗紫外线性能，被誉为21世纪最具有发展前景的健康面料。竹纤维是从竹子中提取出来的一种天然纤维材料，竹纤维除了具有天然纤维素纤维的优良特性外，其织物经特定加工后，具有很高的绿色环保性、良好的透气性、独特的回弹性、瞬间吸水性及较强的纵向和横向强度等，因而受到越来越多行业的重视与利用。
竹纤维复合材料作为一种可再生的“低碳、环保、节能”的新材料，具有良好的力学及其他性能，可广泛的应用于汽车内外饰件等领域，达到节能减排、环境友好的优异效果。
汽车侧碰缓冲模块是一种车辆在发生侧面碰撞过程中能够有效的吸收碰撞过程中产生的能量并对车内乘客起到一定保护作用的零部件，一般在A级汽车中使用，大都采用PP+EPDM-T10材料注塑而成。汽车侧碰缓冲模块一般要满足阻燃性、气味性和柔弹性(即缓冲性能)。
发明内容
本发明的目的之一提供一种用于制备汽车侧碰缓冲模块的竹纤维复合材料。与现有的材料相比，该材料具有绿色环保和抗菌除臭的优点，该材料在制备汽车侧碰缓冲模块的工艺过程中还能达到节能降耗的效果。
本发明所提供的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
其中，竹纤维的重量百分含量优选为23-27％，特别优选为24-27％，最优选24-25％，如25％。
所述均聚聚丙烯的重量百分含量优选为68-72％，特别优选为68-71％，最优选70-71％，如71％。
所述乙丙橡胶的重量百分含量优选为3.8-4.2％。
改性剂的重量百分含量优选为0.8-1.2％。
本发明所提供的竹纤维复合材料，优选由下述重量百分含量的组分制成：
所述均聚聚丙烯的聚合度为2000-5000，优选为4000-5000。
所述改性剂选自硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁和硬脂酸单甘脂中的一种或两种以上任意组合。
所述乙丙橡胶为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、改性乙丙橡胶或热塑性乙丙橡胶中的一种。
在另一个优化的实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
在又一个优化的实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
本发明的又一目的是提供竹纤维复合材料在制备汽车侧碰缓冲模块中的应用。
本发明更详细的，更深入的目的是提供制备汽车侧碰缓冲模块的方法，该方法：包括下述步骤：
1)将上述组分物理混合，得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在110-130℃的烘箱中烘干1-3h，然后加到料筒中准备注塑；
2)将注塑机的注塑温度调至160-180℃，注塑压力调至65-90bar、注塑时间为4-6s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
所述方法中，物理混合的方法为高速混料机中混合15-20min，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min。
所述的注塑温度优选为160-170℃，特别优选为170℃。
本发明再一目的是提供一种汽车侧碰缓冲模块，该汽车侧碰缓冲模块由上述的竹纤维复合材料制成；优选的，所述汽车侧碰缓冲模块按照上述制备汽车侧碰缓冲模块的方法制备。
本发明针对所有竹纤维复合材料制成汽车侧碰缓冲模块的配方及工艺方法，其工艺流程绿色环保，注塑温度较其他的聚丙烯复合材料低，普通聚丙烯复合材料的注塑温度为210-230℃，而本发明只需在160-180℃注塑。本发明的竹纤维复合材料制备侧碰缓冲模块具有绿色环保和抗菌除臭的优点，在制备的工艺过程中还能达到节能降耗的效果。
附图说明
图1表示本发明汽车侧碰缓冲模块的制备流程示意图；
具体实施方式
下文将详细描述本发明的实施方式及其优选的实施方式。
除非有特殊说明，本发明申请中的百分比都是指重量百分比，特别是指各个组分相对于该组合物的总重量的重量百分比。下述实施例中的汽车侧碰缓冲模块的制备方法的流程图如图1所示。
实验证明，本发明所提供的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
该技术方案相对于现有技术可达到优异的阻燃效果，减少污染，并且达到材料对弹性模量的要求。
本发明的一个优化的技术方案，当竹纤维的重量百分含量优选为23-27％效果更佳，其重量百分含量优选24-27％，最优选24-25％，如25％达到最佳效果。
本发明的另一个优化的技术方案，所述均聚聚丙烯的重量百分含量优选为68-72％，特别优选为68-71％，最优选70-71％，如71％。
本发明的再一个优化的技术方案，所述乙丙橡胶的重量百分含量优选为3.8-4.2％。
本发明的又一个优化的技术方案，改性剂的重量百分含量优选为0.8-1.2％。
当然，通过实验，本发明还发现，上述竹纤维、聚丙烯和乙丙橡胶组分之间存在协同增效的作用，他们的组分配比的优化提高了材料的综合性能。
在一个实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
在另一个优化的实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
在又一个优化的实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
所述均聚聚丙烯的聚合度为2000-5000，优选为4000-5000。
所述改性剂选自硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁和硬脂酸单甘脂中的一种或两种以上任意组合。
所述乙丙橡胶为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、改性乙丙橡胶或热塑性乙丙橡胶中的一种。
本发明制备汽车侧碰缓冲模块的方法，该方法：包括下述步骤：
1)将上述组分物理混合，得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在110-130℃的烘箱中烘干1-3h，然后加到料筒中准备注塑；
2)将注塑机的注塑温度调至160-180℃，注塑压力调至65-90bar、注塑时间为4-6s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
所述方法中，物理混合的方法为高速混料机中混合15-20min，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min。
所述的注塑温度优选为160-170℃，特别优选为170℃。
以下提供实施例以说明本发明的技术方案以及其达到的技术效果：
本发明的乙丙橡胶为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、改性乙丙橡胶或热塑性乙丙橡胶中的一种。经过试验证明乙丙橡胶的种类选择对本发明的效果没有显著的影响，本发明下述实施例中所用的乙丙橡胶均为三元乙丙橡胶。
实施例1、竹纤维复合材料制备，及侧碰缓冲模块的制备
本实施例中，竹纤维复合材料由20％的竹纤维，75％的均聚聚丙烯，3.5％的乙丙橡胶和1.5％的改性剂(硬脂酸)组成。其中，均聚聚丙烯的聚合度为2000。
汽车侧碰缓冲模块的制备方法如下所述：
1)将20％的竹纤维，75％的均聚聚丙烯，3.5％乙丙橡胶和1.5％的改性剂(硬脂酸)在高速混料机中混合15min得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在110℃的烘箱中烘干3h，然后加到料筒中准备注塑；高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将注塑机的注塑温度调至160℃，注塑压力调至90bar、注塑时间为6s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
实施例2、竹纤维复合材料制备，及侧碰缓冲模块的制备
本实施例中，竹纤维复合材料由25％的竹纤维，70％的均聚聚丙烯，4.0％的乙丙橡胶和1.0％的改性剂(硬脂酸铝)组成。其中，均聚聚丙烯的聚合度为4000。
汽车侧碰缓冲模块的制备方法如下所述：
1)将25％的竹纤维，70％的均聚聚丙烯，4.0％的乙丙橡胶和，1.0％的改性剂(硬脂酸铝)在高速混料机中混合18min得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在120℃的烘箱中烘干2h，然后加到料筒中准备注塑；高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将注塑机的注塑温度调至170℃，注塑压力调至75bar、注塑时间为5s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
实施例3、竹纤维复合材料制备，及侧碰缓冲模块的制备
本实施例中，竹纤维复合材料由30％的竹纤维，65％的均聚聚丙烯，4.5％的乙丙橡胶和0.5％的改性剂(硬脂酸镁)组成。其中，均聚聚丙烯的聚合度为5000。
汽车侧碰缓冲模块的制备方法如下所述：
1)将30％的竹纤维，65％的均聚聚丙烯，4.5％的乙丙橡胶和0.5％的改性剂(硬脂酸镁)在高速混料机中混合20min得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在130℃的烘箱中烘干1h，然后加到料筒中准备注塑；高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将注塑机的注塑温度调至180℃，注塑压力调至65bar、注塑时间为4s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
实施例4、竹纤维复合材料制备，及侧碰缓冲模块的制备
本实施例中，竹纤维复合材料由23％的竹纤维，72％的均聚聚丙烯，3.8％乙丙橡胶和1.2％的改性剂(硬脂酸单甘脂)组成。其中，均聚聚丙烯的聚合度为4000。高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
汽车侧碰缓冲模块的制备方法如下所述：
1)将23％的竹纤维，72％的均聚聚丙烯，3.8％的乙丙橡胶和1.2％的改性剂(硬脂酸单甘脂)在高速混料机中混合18min得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在120℃的烘箱中烘干2h，然后加到料筒中准备注塑；
2)将注塑机的注塑温度调至170℃，注塑压力调至80bar、注塑时间为5s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
实施例5、竹纤维复合材料制备，及侧碰缓冲模块的制备
本实施例中，竹纤维复合材料由24％的竹纤维，71％的均聚聚丙烯，4％的乙丙橡胶和，1％的改性剂(硬脂酸单甘脂)组成。其中，均聚聚丙烯的聚合度为5000。
汽车侧碰缓冲模块的制备方法如下所述：
1)将24％的竹纤维，71％的均聚聚丙烯，4％的乙丙橡胶和1％的改性剂(硬脂酸单甘脂)在高速混料机中混合20min得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在130℃的烘箱中烘干1h，然后加到料筒中准备注塑；高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将注塑机的注塑温度调至170℃，注塑压力调至80bar、注塑时间为5s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
实施例6、竹纤维复合材料制备，及侧碰缓冲模块的制备
本实施例中，竹纤维复合材料由27％的竹纤维，68％的均聚聚丙烯，4.2％的乙丙橡胶和0.8％的改性剂(硬脂酸)组成。其中，均聚聚丙烯的聚合度为4000。
汽车侧碰缓冲模块的制备方法如下所述：
1)将27％的竹纤维，68％的均聚聚丙烯，4.2％的乙丙橡胶和0.8％的改性剂(硬脂酸)在高速混料机中混合18min得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在120℃的烘箱中烘干2h，然后加到料筒中准备注塑；高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将注塑机的注塑温度调至170℃，注塑压力调至80bar、注塑时间为5s的条件下，注塑得到汽车侧碰缓冲模块。
对比例1、
聚丙烯复合材料(PP+EPDM-T10)和汽车侧碰缓冲模块的制备方法如下所述：
1)将占总重量10％滑石粉、占总重量75％的聚丙烯和占总重量15％的乙丙橡胶的竹纤维复合材料在120℃的烘箱中烘干2h，然后加到料筒中准备注塑；高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将注塑机的注塑温度调至220℃，注塑压力调至80bar、注塑时间为5s的条件下，注塑得到侧碰缓冲模块。
实施例7、本发明的竹纤维复合材料及汽车侧碰缓冲模块的性能检测
1、汽车侧碰缓冲模块的性能检测
进行如表1所示的性能检测，阻燃性能按照GB8410标准进行试验；气味性按照SAE J1351的试验标准进行气味的评价，其中，气味性在3.5以下即可达到要求，数值越低性能越佳；拉伸强度按照ISO527-2进行试验。
表1
上述实施例及性能检测结果证明，竹纤维复合材料比常规的聚丙烯材料(如滑石粉填充的聚丙烯材料)，在阻燃性、气味性、拉伸强度等方面都有所提升。并且不同的竹纤维、聚丙烯、乙丙橡胶和改性剂的配比和加工工艺条件得到的复合材料的阻燃性、气味性、拉伸强度等性能也是有所变化的。
实验证明，本发明所提供的竹纤维复合材料，可达到优异的阻燃效果，减少污染，并且达到材料对弹性模量的要求。
通过实验，本发明还发现，上述竹纤维、聚丙烯和乙丙橡胶组分之间存在协同增效的作用，他们的组分配比的优化提高了材料的综合性能。
在一个实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：23-27％的竹纤维，68-72％的均聚聚丙烯，3.8-4.2％乙丙橡胶和，0.8-1.2％的改性剂。该技术方案可以达到燃烧性能35mm/min以下,气味性3.0以下,拉伸强度21以上(具体见实施例2、4、5和6)，该效果与其他实施例1和3的技术效果产生了显著的差异。
在另一个优化的实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：24-27％的竹纤维，68-71％的均聚聚丙烯，3.8-4.2％的乙丙橡胶和0.8-1.2％的改性剂。该技术方案可以达到燃烧性能35mm/min以下,气味性2.5以下,拉伸强度22以上(具体见实施例2、5和6)，该效果与其他实施例1、3和4的技术效果产生了显著的差异。
在又一个优化的实施方式中，本发明的竹纤维复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：24-25％的竹纤维，70-71％的均聚聚丙烯，3.8-4.2％的乙丙橡胶和0.8-1.2％的改性剂。该技术方案可以达到燃烧性能34mm/min以下,气味性2.5以下,拉伸强度22以上(具体见实施例2、5)，该效果与其他实施例1、3、4和6的技术效果产生了显著的差异。
当竹纤维复合材料由25％的竹纤维，70％的聚丙烯，4.0％的乙丙橡胶和1.0％的改性剂组成，即实施例2，是本发明的最佳实施例，得到的竹纤维复合材料及汽车侧碰缓冲模块的性能最为优异。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种制备汽车侧碰缓冲模块的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将20-30％竹纤维，65-75％聚丙烯，3.5-4.5％乙丙橡胶和0.5-1.5％改性剂物理混合得到竹纤维复合材料，然后将竹纤维复合材料在110-130℃的烘箱中烘干1-3h，然后加到料筒中准备注塑；
所述竹纤维、聚丙烯、乙丙橡胶及改性剂的含量均以重量百分含量计；
所述改性剂选自硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸镁和硬脂酸单甘酯中的一种或两种以上任意组合；
2)将注塑机的注塑温度调至160-185℃，注塑压力调至65-90bar、注塑时间为4-6s的条件下，注塑得到侧碰缓冲模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述竹纤维复合材料由下述重量百分含量的组分制成：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述乙丙橡胶为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、改性乙丙橡胶或热塑性乙丙橡胶中的一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯，所述聚丙烯的聚合度为2000-5000。
5.一种汽车侧碰缓冲模块，其特征在于：所述汽车侧碰缓冲模块按照权利要求1～4任意一项所述的方法制备。
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