CN103980687B - 一种用于儿童玩具车车身的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于儿童玩具车车身的复合材料及其制备方法。所述复合材料为碳纤维复合材料，由以下重量份数的成分组成：表面改性的碳纤维10-40份，复配树脂30-70份，ABS塑料20-30份，固定剂1-5份，润滑剂1-3份，复配树脂为PC树脂与PE树脂按1：（0.5-2）复配而成。其制备方法如下：将碳纤维在复配酸性溶液中处理成表面改性的碳纤维；称取原料；将表面改性的碳纤维超声分散后加入复配树脂、ABS塑料，80-150℃下反应1-3h，再加入固定剂、润滑剂充分搅拌；最后固化成型制得用于儿童玩具车车身复合材料。用该复合材料制成的儿童汽车车身轻量化，安全性却丝毫没有降低，机械强度和抗冲性反而更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于儿童玩具车车身的复合材料及其制备方法。
背景技术
儿童汽车车身是儿童汽车的重要组成部分，它构成了小孩的乘坐空间和乘坐环境，另外，车身的外表展示了整车的造型艺术和特征。因此，儿童汽车车身的材料既要满足车身设计、生产、装配、维护方面的要求，还要满足使用、安全等方面的要求。
目前，儿童汽车车身主要由金属材料制成，如钢板，镁、铝合金等，虽然这些金属材料制成的车身能满足强度、刚度、耐腐蚀、拉延性以等方面要求，但是金属材料的密度高，制成的车身较重，而且金属材料的成本高，需要进行金加工工艺，加工费用高，生产周期长。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种重量轻、载重力强、安全性能高的用于儿童玩具车车身的复合材料。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：提供一种用于儿童玩具车车身的复合材料，所述复合材料为碳纤维复合材料，由以下重量份数的成分组成：表面改性的碳纤维：10-40份，复配树脂：30-70份，ABS塑料：20-30份，固定剂：1-5份，润滑剂：1-3份。
本发明用于儿童玩具车车身的复合材料为碳纤维与复配树脂、抗冲击强度高的ABS塑料复配而成，用于儿童玩具车车身时，车身质量轻、强度大、抗冲击强度好。碳纤维在重量仅相当于钢材重量的20-30%，硬度却达到钢材的10倍以上。所以用本发明碳纤维复合材料制备儿童玩具车车身可以使汽车轻量化，比普通钢材的汽车重量能减少60%左右，但是安全性却丝毫没有降低，它的机械强度和抗冲性反而更高。此外，用普通金属材质制成的儿童汽车车身，如果儿童在玩耍时发生碰撞或被硬物击中，车身可能会凹陷。但是用碳纤维复合材料制成的汽车车身却非常坚固，且具有较强的韧性，较高的光泽强度和一定的弹性，如果儿童在玩耍时发生碰撞或被硬物击中，发生碰撞的地方或被硬物击中的地方会迅猛反弹，表面丝毫不会损坏，且复合材料优异的吸能效果和抗冲击性能可在车身与其他硬物发生碰上时将车身作用力点的部份冲击力能量转换为势能和内能，让冲击力部份得到释放，从而达到保护孩子和汽车的效果。
其次，经过不断试验发现，未经处理的碳纤维表面呈现化学惰性，与树脂基体浸润性差，会导致复合材料粘结性差，严重影响了碳纤维复合材料优异性能的发挥。因此，为了改善碳纤维与树脂基体、塑料间的浸润性，本发明先对碳纤维表面进行改性，再与复配树脂、塑料等原料进行复配使用，使用于儿童玩具车车身的碳纤维复合材料的力学性能更好，且无毒、无污染。
在上述用于儿童玩具车车身的复合材料中，作为优选，表面改性的碳纤维的长度为1mm-50mm。如果碳纤维长度较小，在几个毫米范围内，则通过纤维增强结构的效果就会减弱，反之，较长的碳纤维则难以进行加工。
在上述用于儿童玩具车车身的复合材料中，作为优选，所述的复配树脂为PC树脂与PE树脂按1：（0.5-2）复配而成。
本发明在碳纤维和ABS塑料的基础上添加了PC树脂与PE树脂复配而成的树脂，不仅可以提高用于儿童玩具车车身的复合材料的抗冲击强度，还可提高材料的稳定性。使复合材料制得的玩具车车身具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，也具有较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点。
在上述用于儿童玩具车车身的复合材料中，作为优选，所述的PE树脂为分子量为250万-300万的超高分子量聚乙烯。
在上述用于儿童玩具车车身的复合材料中，作为优选，所述的固定剂为过氧化甲乙酮、甲基四氢邻苯二甲酸酐、二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
在上述用于儿童玩具车车身的复合材料中，作为优选，所述的润滑剂为脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺、有机硅化合物中的一种或多种。
本发明还提供一种上述用于儿童玩具车车身复合材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
S1、将碳纤维在复配酸性溶液中，在50-70℃的反应温度下，处理50-100min后在100-120℃烘干制成表面改性的碳纤维；
S2、称取表面改性的碳纤维：10-40份，复配树脂：30-70份，ABS塑料：20-30份，固定剂：1-5份，润滑剂1-3份；
S3、将称取好的表面改性的碳纤维超声分散20-50min，然后加入称取好的复配树脂、ABS塑料，在80-150℃下反应1-3h，然后加入称取好的固定剂、润滑剂充分搅拌；
S4、将上述混合后的原料注入模具中，在80-130℃，8-15MPa下固化成型，脱模制得用于儿童玩具车车身复合材料。
在上述用于儿童玩具车车身复合材料的制备方法中，步骤S1中所述碳纤维与复配酸性溶液的摩尔比为1：（2-10）。
在上述用于儿童玩具车车身复合材料的制备方法中，步骤S1中所述复配酸性溶液由以下重量百分含量的组分组成：双氧水30-50%，过硫酸钾或硫酸钠50-70%，甲酸钠或乙酸钠0-20%。
与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
1.本发明用于儿童玩具车车身复合材料为碳纤维复合材料，碳纤维质量相当于钢材重量的20-30%，但是硬度却达到钢材的10倍以上，所以用碳纤维材料制成的儿童汽车车身可以使汽车轻量化，比普通钢材的汽车车身重量能减少60%左右，但是安全性却丝毫没有降低，它的机械强度和抗冲性反而更高。
2.本发明用于儿童玩具车车身的碳纤维复合材料中，碳纤维经过表面改性处理后与复配树脂、塑料等合理配伍，提高了碳纤维复合材料的综合性能。
3.本发明用于儿童玩具车车身的碳纤维复合材料中还加入了固化剂、润滑剂，与其它材料很好的结合在一起，有效改善了碳纤维复合材料的力学性能，从而使制品儿童玩具车车身的耐磨损、冲击强度等性能得到较大的改善，降低了儿童玩具车车身的后续保养费用，并延长了儿童玩具车车身的使用寿命。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：本发明实施例1-3用于儿童玩具车车身复合材料的组成成分
及其重量份数
所述固定剂为过氧化甲乙酮、甲基四氢邻苯二甲酸酐、二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
所述润滑剂为脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺、有机硅化合物中的一种或多种。
实施例1
将碳纤维在复配酸性溶液中，在60℃的反应温度下，处理70min后在110℃烘干制成表面改性的碳纤维；所述碳纤维与复配酸性溶液的摩尔比为1：5；所述复配酸性溶液由以下重量百分含量的组分组成：双氧水40%，过硫酸钾60%，甲酸钠10%；
按表1实施例1中所述用于儿童玩具车车身复合材料的组成成分及其重量份数称取原料；
将称取好的表面改性的碳纤维超声分散40min，然后加入复配树脂、ABS塑料在120℃下反应2h，然后加入固定剂、润滑剂充分搅拌；
将上述混合后的原料注入模具中，在130℃，10MPa的条件下固化成型，脱模制得用于儿童玩具车车身的复合材料。
实施例2
将碳纤维在复配酸性溶液中，在50℃的反应温度下，处理60min后在100℃烘干制成表面改性的碳纤维；所述碳纤维与复配酸性溶液的摩尔比为1：3；所述复配酸性溶液由以下重量百分含量的组分组成：双氧水30%，硫酸钠50%，甲酸钠20%；
按表1实施例2中所述用于儿童玩具车车身复合材料的组成成分及其重量份数称取原料；
将称取好的表面改性的碳纤维超声分散20min，然后加入复配树脂、ABS塑料在90℃下反应1h，然后加入固定剂、润滑剂充分搅拌；
将上述混合后的原料注入模具中，在80℃，9MPa的条件下固化成型，脱模制得用于儿童玩具车车身的复合材料。
实施例3
将碳纤维在复配酸性溶液中，在70℃的反应温度下，处理100min后在120℃烘干制成表面改性的碳纤维；所述碳纤维与复配酸性溶液的摩尔比为1：10；所述复配酸性溶液由以下重量百分含量的组分组成：双氧水50%，过硫酸钾70%，甲酸钠20%；
按表1实施例3中所述用于儿童玩具车车身复合材料的组成成分及其重量份数称取原料；
将称取好的表面改性的碳纤维超声分散50min，然后加入复配树脂、ABS塑料在80-150℃下反应3h，然后加入固定剂、润滑剂充分搅拌；
将上述混合后的原料注入模具中，在130℃，15MPa的条件下固化成型，脱模制得用于儿童玩具车车身的复合材料。
将本发明实施例1-3制得的用于儿童玩具车车身的复合材料进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2：本发明实施例1-3制得的用于儿童玩具车车身的复合材料性能测试结果
从表2可以看出，本发明实施例1-3制得的用于儿童玩具车车身的复合材料密度大约在1.5-1.6g/cm3之间，使制得的车身质量较轻，但是车身的强度比钢材制成的车身强度高10倍以上，且本发明用于儿童玩具车车身的复合材料无毒，不易燃，制得的车身安全性能比钢材制得的车身更好。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (5)
1.一种用于儿童玩具车车身的复合材料，其特征在于，所述复合材料为碳纤维复合材料，由以下重量份数成分组成：表面改性的碳纤维：10-40份，复配树脂30-70份，ABS塑料：20-30份，固定剂：1-5份，润滑剂：1-3份；其中，表面改性的碳纤维的长度为1mm-50mm；所述的复配树脂为PC树脂与PE树脂按1：(0.5-2)复配而成；所述的PE树脂为分子量为250万-300万的超高分子量聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的用于儿童玩具车车身的复合材料，其特征在于，所述的固定剂为过氧化甲乙酮、甲基四氢邻苯二甲酸酐、二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的用于儿童玩具车车身的复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺、有机硅化合物中的一种或多种。
4.一种用于儿童玩具车车身的复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
S1、将碳纤维在复配酸性溶液中，在50-70℃的反应温度下，处理50-100min后在100-120℃烘干制成表面改性的碳纤维；
S2、称取表面改性的碳纤维：10-40份，复配树脂：30-70份，ABS塑料：20-30份，固定剂：1-5份，润滑剂1-3份；
S3、将称取好的表面改性的碳纤维超声分散20-50min，然后加入称取好的复配树脂、ABS塑料，在80-150℃下反应1-3h，然后加入称取好的固定剂、润滑剂充分搅拌；
S4、将上述混合后的原料注入模具中，在80-130℃，8-15MPa下固化成型，脱模制得用于儿童玩具车车身的复合材料。
5.根据权利要求4所述用于儿童玩具车车身的复合材料的制备方法，其特征在于，所述复配酸性溶液由以下重量百分含量的组分组成：双氧水30-50％，过硫酸钾或硫酸钠50-70％，甲酸钠或乙酸钠0-20％。
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