CN103980615B - 一种poss/pp复合材料及其在制备汽车内饰上饰板中的应用 - Google Patents

一种poss/pp复合材料及其在制备汽车内饰上饰板中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型汽车内饰上饰板POSS/PP复合材料的制备及应用。本发明的汽车内饰上饰板POSS/PP复合材料由下述重量百分含量的组分组成：2％-6％的POSS、89％-95％的聚丙烯和3％-5％的弹性体。将这些组分在高速混料机中混合15-20min，得到POSS/PP纳米级复合材料；通过得到的复合材料在180℃-230℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在180-230℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。该新型汽车内饰上饰板可以解决现在车型的PP复合材料汽车内饰件存在的易刮擦磨损、不耐高温、易燃等缺点，可应用于耐摩擦、耐高温及阻燃型的汽车内饰部件，并可以应用于降低汽车内饰的VOC含量。

Description

一种POSS/PP复合材料及其在制备汽车内饰上饰板中的应用
技术领域
本发明涉及一种POSS/PP复合材料，及其在汽车内饰上饰板的制备及应用，尤其涉及一种的POSS/PP复合材料的制备及应用
背景技术
随着科技的发展、广大消费者生活水平的提高，人们对于汽车品质的要求也渐渐的从经济实用向智能化、时尚化、轻量化和绿色环保的方向发展。现有的大多数车型的内饰以价格低廉的PP基材料为主，主要包括有PP-T20、PP+EPDM-T10、PP+EPDM-T20等，这些材料注塑得到的汽车零部件存在易刮擦磨损、耐高温性能不佳，且存在易燃的缺点。
POSS是一种具有笼状结构的倍半硅氧烷，是一种新型的有机/无机纳米杂化材料，分子直径一般在5-10nm，在耐高温材料、阻燃材料以及高分子增强材料方面应用广泛。
汽车内饰上饰板作为汽车内饰的主要组成部分，包括B柱上饰板、C柱上饰板和门护板上饰板等部件，对车内乘员的感官取舍有着至关重要的作用。一般这些上饰板耐磨、阻燃等性能较差，且增加车内VOC含量，不利于乘员健康。
发明内容
本发明的目的之一提供一种用于制备汽车内饰上饰板部件的POSS/PP复合材料。与现有的材料相比，该材料具有耐高温、不易燃且环保的优势，制备的汽车内饰上饰板部件也具有不易刮擦磨损的性能。
本发明所提供的POSS/PP复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
POSS2％-6％，
PP89％-95％，和
弹性体3％-5％；
所述弹性体为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、改性乙丙橡胶或热塑性乙丙橡胶中的一种。弹性体优选为热塑性乙丙橡胶。
上述PP，即聚丙烯，所述聚丙烯的聚合度为2000-5000，优选为3500-5000，最优选为4000-5000，该聚丙烯优选为等规聚丙烯。
在本发明的一个优选的技术方案中，POSS的重量百分含量为4-6％，优选为5-6％，最优选为6％。
在本发明的另一个优选的技术方案中，聚丙烯的重量百分含量为89-92％。
当然，通过实验，本发明还发现，上述POSS、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：4％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体。
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：5％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体。
所述POSS为双羟基七苯基POSS，其结构式如式I所示；
所述POSS为粒径为5-10nm的颗粒，其为纳米级颗粒，制备的POSS/PP复合材料为POSS/PP纳米复合材料。
所述POSS/PP复合材料是将所述POSS、PP和弹性体在高速混料机中混合后获得。
本发明的又一目的是提供POSS/PP复合材料在制备汽车内饰上饰板部件中的应用。
本发明更详细的，更深入的目的是提供制备汽车内饰上饰板部件的方法，该方法：包括下述步骤：
1)将上述的组分混合，得到POSS/PP复合材料；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在180℃-230℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在180-230℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
所述方法中，所述混合为高速混料机中混合15-20min，其中，高速混料机的电机功率为4-11kw，转速为1200r/min。
本发明再一目的是提供一种汽车内饰上饰板部件，该汽车内饰上饰板部件由上述的POSS/PP复合材料制成；优选的，所述汽车内饰上饰板部件按照上述制备汽车内饰上饰板部件的方法制备。
利用本发明的POSS/PP纳米复合材料制备的汽车零部件，因为POSS的独特优点—耐高温性、尺寸稳定性和阻燃性，通过POSS和弹性体的添加对PP进行改性，获得的复合材料具有非常优异的综合性质。制得的新型汽车内饰上饰板的尺寸收缩率小，不但耐刮擦磨损，还耐高温性能优异，并且有很好的阻燃效果。新型汽车内饰上饰板可以保持汽车内饰表面持久美观，增加汽车的安全性能。
附图说明
图1表示本发明汽车内饰POSS/PP复合材料及汽车内饰上饰板的制备流程示意图；
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POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备方法的流程图如图1所示。
本发明所提供的POSS/PP复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：2％-6％的POSS，89％-95％的PP和3％-5％的弹性体；
其中，所述弹性体为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、改性乙丙橡胶或热塑性乙丙橡胶中的一种。弹性体优选为热塑性乙丙橡胶。
上述PP，即聚丙烯，所述聚丙烯的聚合度为2000-5000，优选为3500-5000，最优选为4000-5000，该聚丙烯优选为等规聚丙烯。
在本发明的一个优选的技术方案中，POSS的重量百分含量为4-6％，优选为5-6％，最优选为6％。
在本发明的另一个优选的技术方案中，聚丙烯的重量百分含量为89-92％。
当然，通过实验，本发明还发现，上述POSS、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：4％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体。
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：5％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体。
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：
实施例1、POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备
本实施例中，POSS/PP复合材料由2％的POSS，95％的PP(聚合度为2000的等规聚丙烯)和3％的弹性体组成，其中弹性体为二元乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS，粒径为5nm。
POSS为双羟基七苯基POSS，其结构式如式I所示；
POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合15min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在180℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在180℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
实施例2、POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备
本实施例中，POSS/PP复合材料由4％的POSS，92％的PP(聚合物为3500的等规聚丙烯)和4％的弹性体组成，其中弹性体为三元乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS(同实施例1的式I)，粒径为8nm。POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合18min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在210℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在210℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
实施例3、POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备
本实施例中，POSS/PP复合材料由6％的POSS，89％的PP(聚丙烯的聚合度为5000的等规聚丙烯)和5％的弹性体组成，其中弹性体为热塑性乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS(同实施例1的式I)，粒径为10nm。
POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合20min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在230℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在230℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
实施例4、POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备
本实施例中，POSS/PP复合材料由5％的POSS，91％的PP(聚合度为4000的等规聚丙烯)，和4％的弹性体组成，其中弹性体为改性乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS(同实施例1的式I)，粒径为8nm。
POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合18min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在210℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在210℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
实施例5、POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备
本实施例中，POSS/PP复合材料由5％的POSS，92％的PP(聚合度为5000的等规聚丙烯)，和3％的弹性体组成，其中弹性体为三元乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS(同实施例1的式I)，粒径为8nm。
POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合20min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在210℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在210℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
实施例6、POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备
本实施例中，POSS/PP复合材料由3％的POSS，93％的PP(聚合度为4000的等规聚丙烯)，和4％的弹性体组成，其中弹性体为热塑性乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS(同实施例1的式I)，粒径为5nm。
POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合18min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在210℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在210℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
实施例7、POSS/PP复合材料制备，及汽车内饰上饰板的制备
本实施例中，POSS/PP复合材料由6％的POSS，89％的PP(聚丙烯的聚合度为5000的等规聚丙烯)和5％的弹性体组成，其中弹性体为三元乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS(同实施例1的式I)，粒径为10nm。
POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合20min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在230℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在230℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
对比例1、
本实施例中，PP-EPDM-T10复合材料由滑石粉10％，PP85％，和弹性体EPDM5％组成，其中弹性体EPDM为乙丙橡胶。PP-EPDM-T10复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合18min，得到PP-EPDM-T10复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的PP-EPDM-T10复合材料在210℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在210℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
对比例2、
本实施例中，PP-EPDM-T20复合材料由滑石粉20％，PP75％，和弹性体EPDM5％组成，其中弹性体EPDM为乙丙橡胶。PP-EPDM-T20复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合18min，得到PP-EPDM-T20复合材料；
其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的PP-EPDM-T20复合材料在210℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在210℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
对比例3、
本实施例中，POSS/PP复合材料由7％的POSS，88％的PP(聚丙烯的聚合度为5000的等规聚丙烯)和5％的弹性体组成，其中弹性体为热塑性乙丙橡胶，POSS为双羟基七苯基POSS(同实施例1的式I)，粒径为10nm。POSS/PP复合材料和汽车内饰上饰板的制备方法如下所述：
1)将上述的组分高速混料机中混合20min，得到POSS/PP复合材料；其中，高速混料机的电机功率为12kw，转速为1200r/min；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在230℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在230℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
实施例8、本发明的POSS/PP复合材料及汽车内饰上饰板的性能检测
POSS/PP复合材料的性能检测
进行如表1所示的性能检测，阻燃性能按照ISO3795/SAEJ369标准进行试验；气味性按照SAEJ1351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；热变形温度按照ISO75-2进行试验；耐刮擦性按照BAS-354进行试验；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，POSS/PP复合材料比常规的PP材料(如滑石粉填充的PP材料)，不管是在阻燃性、气味性、耐刮擦性等方面，还是在热稳定性和力学强度方面都有较为明显的提高。并且不同的POSS、PP和弹性体的配比和加工工艺条件得到的复合材料的阻燃性、气味性、耐刮擦性、热稳定性和力学强度等性能也是有所变化的。
经过试验证明，本发明的POSS/PP复合材料，由下述重量百分含量的组分制成2％-6％的POSS，89％-95％的PP和3％-5％的弹性体。该技术方案相对于现有技术可达到优异的阻燃效果，抗刮擦能力和减少污染，并且达到材料对弹性模量的要求。而当POSS的添加量超过6％，例如7％，其弹性模量会有一个较大幅度的下降(对比例3)。
当弹性体选热塑性乙丙橡胶时，效果过较选择其他橡胶好，实施例3和实施例7显示了热塑性乙丙橡胶与三元乙丙橡胶的使用效果差异。
本发明的一个优化的技术方案，当POSS的重量百分含量为4-6％(实施例2-5和7)效果更佳，特别是其重量百分含量为5-6％(实施例3-5和7)时，当重量百分含量为6％时达到最优的技术效果(实施例3和7)，尤其是当弹性体选择热塑性乙丙橡胶时，效果最优(实施例3)。
在一个优选的实施方式中，所述聚丙烯的重量百分含量为89-92％(实施例2-5)。
在另一个优选的实施方式中，所述乙丙橡胶的重量百分含量为8-10％。
所述聚丙烯的聚合度为2000－5000，优选为3500-5000，更优选为4000-5000，该聚丙烯优选为等规聚丙烯。
当然，通过实验，本发明还发现，上述POSS、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。
其中，在本发明的一个优选的技术方案中，本发明的POSS/PP复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：4％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体(实施例2-5和7)。该技术方案可以达到燃烧性能46mm/min以下,气味性3.0以下,耐刮擦性(△L-亮度差)2.5以下,热变形温度(℃)127以上，拉伸强度20以上(具体见实施例2-5、7)，该效果与其他实施例1、6的技术效果产生了显著的差异。
更进一步的，当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：5％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体。该技术方案可以达到燃烧性能45mm/min以下,气味性2.5以下,耐刮擦性(△L-亮度差)2.0以下,拉伸强度20以上(具体见实施例3-5和7)，该效果与其他实施例1、2和6的技术效果产生了显著的差异。
其中，当POSS/PP复合材料由6％的POSS，89％的PP，和5％的弹性体组成，并且弹性体为热塑性乙丙橡胶即实施例3，是本发明的最佳实施例，得到的POSS/PP复合材料及汽车内饰上饰板的性能最为优异。
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 (10)

1.一种POSS/PP复合材料，由下述重量百分含量的组分制成：
POSS2％-6％，
聚丙烯89％-95％，和
弹性体3％-5％；
所述弹性体为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶或改性乙丙橡胶中的一种。
2.根据权利要求1所述的POSS/PP复合材料，其特征在于：所述POSS的结构式如式I所示；
3.根据权利要求2所述的POSS/PP复合材料，其特征在于：由下述重量百分含量的组分制成：4％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体。
4.根据权利要求3所述的POSS/PP复合材料，其特征在于：由下述重量百分含量的组分制成：5％-6％的POSS，89％-92％的PP和3％-5％的弹性体。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的POSS/PP复合材料，其特征在于：所述POSS为粒径为5-50nm的颗粒。
6.根据权利要求5所述的POSS/PP复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为等规聚丙烯，其聚合度为2000-5000。
7.权利要求1-6中任意一项所述的POSS/PP复合材料在制备汽车内饰上饰板部件中的应用。
8.一种制备汽车内饰上饰板部件的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将权利要求1-6中任意一项所述的组分混合，得到POSS/PP复合材料；
2)将步骤1)得到的POSS/PP复合材料在180℃-230℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在180-230℃温度下于注塑机中成型，制成新型汽车内饰上饰板部件。
9.一种汽车内饰上饰板部件，其特征在于：所述汽车内饰上饰板部件由权利要求1-6中任意一项所述的POSS/PP复合材料制成。
10.根据权利要求9所述的汽车内饰上饰板部件，其特征在于：所述汽车内饰上饰板部件按照权利要求8所述的方法制备。
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