CN104693606A - 植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用 - Google Patents

植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用,该复合材料由以下重量百分比的原料制成:聚丙烯40%~77%;植物纤维20%~40%;植物油1%~10%;增韧剂1%-10%;助剂0.1%~5%。其中植物纤维和植物油均来自于可再生的生物质,符合低碳、绿色环保和可持续经济发展的需求。另外,低密度生物质材料可以进一步促进汽车的轻量化,对汽车节能减排具有重要意义。本发明公开的汽车用植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法可一次挤出制备,方法简单,易于操作,适用于工业化生产。

Description

植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用
技术领域
本发明涉及聚丙烯复合材料领域,具体涉及一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用。
背景技术
为了解决“能源短缺”和“环境污染”给全球经济及人们生存环境带来的挑战,并促进汽车产品进步、保护环境、推进能源节约和可持续发展,汽车节能减排越来越受到人们的关注。近年来,新材料改性技术的发展促进了汽车的小型化与轻量化,成为促进汽车节能减排的另一重要的新途径。汽车工业发达国家已经将塑料及其复合材料用量作为衡量现代汽车设计与制造技术水平高低的一个重要标志。
作为五大通用塑料之一,聚丙烯具有力学性能优异、比重小、易于成型加工的优势,在汽车工业中具有广泛的应用。纤维增强聚丙烯具有质量轻、强度高、抗冲击韧性强、尺寸稳定性好、耐腐蚀、成型加工性能优异、绿色环保等卓越性能。纤维增强聚丙烯在汽车前端模块、仪表板、门模块和汽车车身底板等领域具有广阔的应用空间。现有的汽车用增强聚丙烯的纤维主要包括玻璃纤维、碳纤维和硼纤维等化学纤维。但是,化学纤维增强聚丙烯存在加工困难、耗能大和耐柔性差的缺陷。相对于以上纤维,植物纤维具有绿色环保、可再生、来源广泛、比重轻和价格低廉的优势。另外,植物纤维的大量使用有利于缓解石油资源短缺和促进绿色、低碳及可持续性经济的发展。因此,植物纤维增强聚丙烯在汽车领域的应用前景广阔。
中国专利CN102516665A、CN101781424A和CN102417660A分别公开了一种PP汽车保险杠用料,但是其组分完全来源于石油基材料,在低碳、绿色环保和价格方面存在着不足。中国专利CN101747560B和CN102827425A分别报道了一种选用滑石粉填充改性的汽车用聚丙烯,虽然改善了聚丙烯的抗冲击性以及降低其成本,但是削弱了聚丙烯密度小的优势。
申请公布号为CN 102382374A(申请号为201110300377.7)的中国发明专利申请公开了一种纤维增强聚丙烯汽车内饰材料及其制备方法,该材料由以下重量百分比的组分组成:PP树脂40%~70%;植物纤维10%~40%;填料5%~20%;偶合剂0.3%~0.8%;抗氧剂0.2%~0.6%以及润滑剂0.3%~1.0%。虽然该技术方案中采用了植物纤维,但是各组分之间相容性较差,其力学性能不佳。
现有的汽车用高分子材料存在以下几个缺点:1.汽车用高分子材料组分几乎全部来源于石化资源,不利于低碳、绿色环保和可持续发展。2.更小的材料比重。为了有效降低材料成本,以及尽可能的促进汽车轻量化,密度更小的植物纤维将会成为聚丙烯的重要增强材料。3.作为典型的非极性结晶高分子材料,聚丙烯存在尺寸稳定性差、易着色性差、不易涂装以及颜色稳定性差的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题,本发明提供了一种植物纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车部件中应用,成本低、生产工艺简单的。
一种植物纤维增强聚丙烯复合材料,由以下重量百分比的原料制成:
本发明中,植物油能够促进聚丙烯、植物纤维、增韧剂以及助剂各组分之间的相容性,有利于改善聚丙烯和植物纤维的相容性,并有利于植物纤维的均匀分散,各组分相容后的内部结构以及在各组分的共同作用下能够使得本发明植物纤维增强聚丙烯复合材料具有优异的力学性能。
所述的聚丙烯为共聚聚丙烯,可采用市售通用的型号。
所述的植物纤维为竹纤维、洋麻纤维、剑麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、苎麻纤维中的一种或两种以上,植物纤维能够起到增强本发明植物纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能。
所述的植物油为蓖麻油、环氧大豆油、棕榈油、椰子油、桐油中的一种或两种以上。植物油兼具相容剂和润滑剂的作用,对改善聚丙烯和植物纤维的相容性、植物纤维的均匀分散以及加工性能具有显著的作用。
所述的增韧剂为EPDM(三元乙丙橡胶)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、聚烯烃弹性体(POE)中一种或两种以上。
所述的助剂为抗氧剂,所述的抗氧剂为抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂DLTP(硫代二丙酸双月桂酯)、抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)的一种或两种以上(包括两种)。
作为优选,所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,由以下重量百分比的原料制成:
进一步优选,所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,由以下重量百分比的原料制成:
所述的植物纤维为洋麻纤维;
所述的植物油为蓖麻油;
所述的增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
该技术方案下,拉伸模量为3150~3400MPa,弯曲模量为3000~3150MPa,缺口冲击强度为8.2~8.9KJ/m2,具有非常优异的力学性能。
一种植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法,包括以下步骤:
利用混合机将聚丙烯、植物纤维、植物油、增韧剂和助剂混合均匀,然后利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒后,得到植物纤维增强聚丙烯复合材料;
所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为35:1~45:1,熔融共混的温度为170℃~180℃。
所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料在制备汽车部件中应用,该植物纤维增强聚丙烯复合材料可用于制备汽车前端模块、仪表板、门模块和汽车车身底板等领域。
本发明所制备的植物纤维增强聚丙烯复合材料,与现有技术相比具有如下突出优势:
一、本发明植物纤维增强聚丙烯复合材料中的植物纤维来源于可再生的生物质,具有更小的密度,可以有效的促进汽车的轻量化和节能减排,并且对促进低碳、绿色环保和可持续经济的发展具有重要意义。
二、本发明植物纤维增强聚丙烯复合材料中选用的植物油,兼具相容剂和润滑剂的作用,对改善聚丙烯和植物纤维的相容性、植物纤维的均匀分散以及加工性能具有显著的作用。
三、本发明植物纤维增强聚丙烯复合材料具有优异的力学性能、尺寸稳定性、着色性能以及颜色稳定性。
四、本发明植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法,采用现有设备双螺杆挤出机即可实施,可一次挤出制备,方法简单,易于操作,适用于工业化生产,具备广阔的应用前景。
五、本发明植物纤维增强聚丙烯复合材料可用于制备汽车部件,具体如汽车前端模块、仪表板、门模块和汽车车身底板等领域。制备的汽车部件具有质量轻、强度高、抗冲击韧性强、尺寸稳定性好、耐腐蚀、成型加工性能优异、绿色环保等卓越性能,在汽车工业中具有广泛的应用,具备广阔的应用前景。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案以及有效效果更加清楚,以下通过实施例和对比例进一步描述本发明,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
配方如下:
称取以下重量的原料:
共聚聚丙烯(东莞市轩豪塑胶有限公司)72Kg,洋麻纤维(直径为5mm-10mm,高碑店市梁家营胜利麻绳加工厂)20Kg,蓖麻油(南京千越化工有限公司)3Kg,EVA(VA含量为19%,昆山通长城塑料有限公司)5Kg,抗氧剂1010(上海井宏实业有限公司)0.1Kg,抗氧剂168(上海井宏实业有限公司)0.3Kg。
制备过程如下:
首先,在环境温度25℃下,利用高速混合机将上述所称量原料混合均匀,得到混合均匀的物料;然后,将混合后的物料加入至双螺杆挤出机中熔融共混(混合后的物料依次经过温度分别为170℃,172℃,172℃,175℃,180℃,180℃,175℃,175℃的熔融共混区间)后拉条、风冷、切粒、密封包装,得到全降解白色母粒,即植物纤维增强聚丙烯复合材料。选用的双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1。
实施例2
配方如下:
称取以下重量的原料:
共聚聚丙烯(东莞市轩豪塑胶有限公司)67Kg,洋麻纤维(直径为5mm-10mm,高碑店市梁家营胜利麻绳加工厂)25Kg,蓖麻油(南京千越化工有限公司)3Kg,EVA(VA含量为19%,昆山通长城塑料有限公司)5Kg,抗氧剂1010(上海井宏实业有限公司)0.1Kg,抗氧剂168(上海井宏实业有限公司)0.3Kg。
制备过程如实施例1所述。
实施例3
配方如下:
称取以下重量的原料:
共聚聚丙烯(东莞市轩豪塑胶有限公司)60Kg,洋麻纤维(直径为5mm-10mm,高碑店市梁家营胜利麻绳加工厂)30Kg,蓖麻油(南京千越化工有限公司)5Kg,EVA(VA含量为19%,昆山通长城塑料有限公司)5Kg,抗氧剂1010(上海井宏实业有限公司)0.1Kg,抗氧剂168(上海井宏实业有限公司)0.3Kg。
制备过程如实施例1所述。
实施例4
配方如下:
称取以下重量的原料:
共聚聚丙烯(东莞市轩豪塑胶有限公司)55Kg,洋麻纤维(直径为5mm-10mm,高碑店市梁家营胜利麻绳加工厂)35Kg,蓖麻油(南京千越化工有限公司)5Kg,EVA(VA含量为19%,昆山通长城塑料有限公司)5Kg,抗氧剂1010(上海井宏实业有限公司)0.1Kg,抗氧剂168(上海井宏实业有限公司)0.3Kg。
制备过程如实施例1所述。
实施例5
配方如下:
称取以下重量的原料:
共聚聚丙烯(东莞市轩豪塑胶有限公司)45Kg,洋麻纤维(直径为5mm-10mm,高碑店市梁家营胜利麻绳加工厂)40Kg,蓖麻油(南京千越化工有限公司)7Kg,EVA(VA含量为19%,昆山通长城塑料有限公司)8Kg,抗氧剂1010(上海井宏实业有限公司)0.1Kg,抗氧剂168(上海井宏实业有限公司)0.3Kg。
制备过程如实施例1所述。
对比例1
配方如下:
称取以下重量的原料:
共聚聚丙烯(东莞市轩豪塑胶有限公司)64Kg,玻璃纤维(直径为5mm-10mm,开封中材玻纤)30Kg,硅烷偶联剂(KH550,南京辰工有机硅材料有限公司)0.5Kg,液体石蜡(南京久立克工贸有限公司)0.5Kg,EVA(VA含量为19%,昆山通长城塑料有限公司)5Kg,抗氧剂1010(上海井宏实业有限公司)0.1Kg,抗氧剂168(上海井宏实业有限公司)0.3Kg。
制备过程如实施例1所述。
对实施例1-5和对比例1分别进行拉伸性能测试(GB/T1040-92)、弯曲性能测试(GB/T9341-2008)和悬臂梁冲击性能测试(GB/1843-1996),结果如表1所示。
表1实施例与对比例1的力学性能对比

Claims (9)

1.一种植物纤维增强聚丙烯复合材料,其特征在于,由以下重量百分比的原料制成:
2.根据权利要求1所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,其特征在于,由以下重量百分比的原料制成:
3.根据权利要求1或2所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的植物纤维为竹纤维、洋麻纤维、剑麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、苎麻纤维中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1或2所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的植物油为蓖麻油、环氧大豆油、棕榈油、椰子油、桐油中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1或2所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的增韧剂为三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体中一种或两种以上。
6.根据权利要求1或2所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的助剂为抗氧剂,所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DLTP、抗氧剂168的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料,其特征在于,由以下重量百分比的原料制成:
所述的植物纤维为洋麻纤维;
所述的植物油为蓖麻油;
所述的增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
8.根据权利要求1~7任一项所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
利用混合机将聚丙烯、植物纤维、植物油、增韧剂和助剂混合均匀,然后利用双螺杆挤出机熔融挤出、拉条、风冷、造粒后,得到植物纤维增强聚丙烯复合材料;
所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为35:1~45:1,熔融共混的温度为170℃~180℃。
9.根据权利要求1~7任一项所述的植物纤维增强聚丙烯复合材料在制备汽车部件中应用。
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