CN105462029A - 一种汽车保险杠用聚合物/泡沫铝复合材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种汽车保险杠用聚合物/泡沫铝复合材料及其制备工艺，包括下列步骤：采用5wt%～10wt%HCI溶液、5wt%～10wt%的NaOH溶液分别对泡沫铝前处理1～10分钟，用水冲洗使泡沫铝的冲洗液呈中性后烘干，再使用酒精溶液进行表面处理后烘干。将前处理后的泡沫铝安装在注塑设备上温度为40～100℃的模具内。将聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一种或一种以上的混合物注射入泡沫铝的孔隙中，制得聚合物/泡沫铝复合材料；将所得聚合物/泡沫铝复合材料置于温度为40～80℃的条件下保温1～5h。本发明聚合物/泡沫铝复合材料集优良的力学性能、导热性、抗阻尼于一体。

Description

一种汽车保险杠用聚合物/泡沫铝复合材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种聚合物/泡沫铝复合材料，特别涉及一种汽车保险杠用聚合物/泡沫铝复合材料及其制备工艺。

背景技术

汽车保险杠设计要基本满足行人保护和低速碰撞吸能要求。设计保险杠要遵守以下设计准则：

（1）出于保护行人的目的，汽车和行人之间应设置一个缓冲区，即要求汽车保险杠是由“软”材料制成；

（2）为了减小汽车碰撞维修成本，优先考虑汽车保险杠和汽车纵梁之间用螺栓联接；

（3）保险杠刚度应小于汽车纵梁刚度，以保证汽车在高速碰撞时，保险杠发生完全压溃变形吸收尽量多的能量，减小对汽车主体结构的冲击；

（4）汽车保险杠的高度应尽量和汽车纵梁位于同一高度，以保证汽车碰撞的能量可以尽量均匀的传递到汽车纵梁。

出于保护行人的目的，汽车生产厂家在汽车保险杠横梁和保险杠外壳之间安装树脂类泡沫材料，这种泡沫材料非常质密且不容易变形。这种结构不仅为汽车和行人碰撞时提供缓冲，而且其对保险杠外壳起到支撑作用，保证保险杠外壳在轻微压迫下不易断裂或变形。

泡沫金属是指金属基体中有无数个气孔，具有细胞结构的金属材料。1948年，美国的Sosnics首先提出运用金属汞在铝熔体内气化来制取泡沫铝，从此人们对于金属有了更深一层的认识，认为面包可以发酵长大，金属同样也可以发酵膨胀，从而打破了金属是一种质密的材料这一固有观念。泡沫铝是金属骨架和气体的复合材料，所以泡沫铝既具有金属材料的性能又具有泡沫材料的性能。泡沫铝是一种轻质功能材料，其密度约为0.2g/cm³～0.5g/cm³，是实体金属铝的0.1～0.2倍。多孔泡沫铝材料孔径较大，孔径一般控制在0.1～lOmm之间，其孔隙率可以达到40%～98%。由于泡沫铝孔隙率较高，因此具有较高的比表面积，一般可以达到1000m²/m³～4000m²/m³。由于泡沫铝是金属材料和泡沫材料相混合产生的复合材料，所以泡沫铝具有金属性能、泡沫材料性能和其他优异的性能。

但单一的泡沫铝由于存在性能上的缺陷，如强度、模量较低，而不能单独作为结构材料使用。聚合物，也称高分子材料，具有许多金属所不能比拟的特性，如高比强、低密度、耐腐蚀、具有自润滑性能和良好的加工性能。但它也有不足，如导热与耐热性差、导电性差。

为了能将泡沫铝和聚合物等材料结合起来，通过复合化的方式，制备性能优异的泡沫铝复合材料。目前已经有了通过渗压法制备硅橡胶、环氧树脂等热固性材料填充泡沫铝复合材料的报道，如程和法等通过向开孔泡沫铝中填充硅橡胶而制备了铝/硅橡胶复合材料对其进行了静动态研究，于英华等选用松香、环氧树脂和环氧树脂纳米蒙脱土高分子材料作为泡沫铝孔洞的填充相，对4种材料进行了准静态压缩试验，证明了泡沫铝复合材料的性能有所提高。但环氧树脂是一类具有交联网络结构的聚合物，虽具有良好的力学性能、电学性能及粘接性能。但它的最大弱点是固化后质脆、耐冲击性和应力开裂能力较差。硅橡胶具有柔韧性、低表面能、耐热、耐候、憎水、介电强度高等优点。但也存在如力学性能、附着力、耐有机溶剂性较差它主要是利用外加一定的压力使具有较好流动性热固性单体渗入到泡沫铝的孔隙中然后通过化学反应固化后形成的。由于所加压力大小有限，化学反应后会产生一定的气体等原因，得到的产品并不致密。此工艺方法适用范围也相对有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车保险杠用聚合物/泡沫铝复合材料及其制备工艺，该材料集优良的力学性能、导热性、抗阻尼于一体。

为了解决上述问题，本发明提供的一种汽车保险杠用聚合物/泡沫铝复合材料及其制备工艺，将聚合物熔体充入泡沫铝的孔隙中，形成由泡沫铝和聚合物构成的复合材料；所述聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一种或一种以上的混合物。所述泡沫铝是孔隙率为45%～85%，孔径为2～6mm的开孔连通型泡沫铝。

本发明还提供采用注射方法制备聚合物/泡沫铝复合材料的方法，该方法效率高、成型过程可控，可填充的聚合物种类多，可根据需要获得不同性能的聚合物/泡沫铝复合材料。

为了解决上述问题，本发明一种聚合物/泡沫铝复合材料的基本生产方法包括下列步骤：

1、对泡沫铝进行前处理，所述前处理为采用5wt%～10wt%HCI溶液处理1～10分钟，再在5wt%～10wt%的NaOH溶液中浸泡1～10分钟，用水冲洗使泡沫铝的冲洗液呈中性后，再置于10～120℃的温度下烘干1～3h，再使用泡沫铝0.5wt%～2.5wt%的偶联剂的酒精溶液进行表面处理后，再在70～120℃温度下烘干1～3h，其中偶联剂为硅烷、铝酸酯偶联剂中的任一种或两种同时使用。

2、将前处理后的泡沫铝安装在注塑设备上的模具内，模具温度为40～100℃。

3、将熔融指数MI≥2g/10min的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一种或一种以上的混合物注射入泡沫铝的孔隙中，其中聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一种或一种以上混合物注射工艺参数为：溶胶压力为60～100MPa，注射压力为80～150MPa，注射速度为50～75cm³/s，保压压力为75～110MPa，保压时间为10～40s，冷却时间为10～20s。制得聚合物/泡沫铝复合材料。

4、将步骤3所得聚合物/泡沫铝复合材料置于温度为40～80℃的条件下保温1～5h。

本发明带来的有益效果：本发明采用注射成型工艺，通过调整与控制注塑工艺参数，使聚合物流体填充泡沫铝的孔隙之中，从而制备出集优良的力学性能、导热性、抗阻尼于一体的聚合物/泡沫铝复合材料。

具体实施方式

实施例一：

1、选用孔隙率为50%，孔径为3mm的开孔连通型泡沫铝。采用6wt%HCI溶液处理3分钟，再在6wt%的NaOH溶液中浸泡3分钟，用水冲洗使泡沫铝的冲洗液呈中性后，再置于50℃的温度下烘干2h，再使用泡沫铝1wt%的KH550硅烷偶联剂的酒精溶液进行表面处理后，再在100℃温度下烘干2h。

2、将前处理后的泡沫铝安装在注塑设备上的模具内，模具温度为50℃；

3、将熔融指数MI≥2g/10min的聚乙烯注射入泡沫铝的孔隙中，其中聚乙烯注射工艺参数为：溶胶压力为70MPa，注射压力为100MPa，注射速度为55cm³/s，保压压力为80MPa，保压时间为15s，冷却时间为15s。制得聚合物/泡沫铝复合材料；

4、将步骤3所得聚合物/泡沫铝复合材料置于温度为50℃的条件下保温4h。

实施例二：

1、选用孔隙率为55%，孔径为4mm的开孔连通型泡沫铝。对泡沫铝进行前处理，所述前处理为采用7.5wt%HCI溶液处理5分钟，再在5wt%的NaOH溶液中浸泡5分钟，用水冲洗使泡沫铝的冲洗液呈中性后，再置于60℃的温度下烘干2.5h，再使用泡沫铝1.5wt%的铝酸酯偶联剂的酒精溶液进行表面处理后，再在100℃温度下烘干2.5h。

2、将前处理后的泡沫铝安装在注塑设备上的模具内，模具温度为60℃；

3、将熔融指数MI≥2g/10min的聚丙烯和聚乙烯的混合物注射入泡沫铝的孔隙中，其中聚丙烯、聚乙烯的混合物注射工艺参数为：溶胶压力为80MPa，注射压力为110MPa，注射速度为60cm³/s，保压压力为85MPa，保压时间为20s，冷却时间为15s。制得聚合物/泡沫铝复合材料；

4、将步骤3所得聚合物/泡沫铝复合材料置于温度为55℃的条件下保温3h。

实施例三：

1、选用孔隙率为75%，孔径为5mm的开孔连通型泡沫铝。对泡沫铝进行前处理，所述前处理为采用10wt%HCI溶液处理8分钟，再在10wt%的NaOH溶液中浸泡8分钟，用水冲洗使泡沫铝的冲洗液呈中性后，再置于115℃的温度下烘干1.5h，再使用泡沫铝2.5wt%的硅烷、铝酸酯混合偶联剂的酒精溶液进行表面处理后，再在120℃温度下烘干1h。

2、将前处理后的泡沫铝安装在注塑设备上的模具内，模具温度为90℃；

3、将熔融指数MI≥2g/10min的聚苯乙烯和聚甲醛的混合物注射入泡沫铝的孔隙中，其中聚苯乙烯和聚甲醛的混合物注射工艺参数为：溶胶压力为100MPa，注射压力为150MPa，注射速度为75cm³/s，保压压力为110MPa，保压时间为40s，冷却时间为20s。制得聚合物/泡沫铝复合材料；

4、将步骤3所得聚合物/泡沫铝复合材料置于温度为80℃的条件下保温1h。

Claims (1)

1.一种汽车保险杠用聚合物/泡沫铝复合材料及其制备工艺，其特征在于将聚合物熔体充入泡沫铝的孔隙中，形成由泡沫铝和聚合物构成的复合材料；所述聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一种或一种以上的混合物；所述泡沫铝是孔隙率为45%～85%，孔径为2～6mm的开孔连通型泡沫铝。