CN106243508A - 一种轻量化环保新型汽车内饰材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车内饰技术领域，公开了一种轻量化环保新型汽车内饰材料，所述汽车内饰材料由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100‑120份、高密度聚乙烯10‑20份、聚乙烯蜡20‑30份、马来酸酐接枝聚丙烯3‑6份、膨胀蛭石10‑20份、贝壳粉6‑12份、碳纳米纤维15‑25份、硅烷偶联剂0.5‑0.8份、单甘脂0.3‑0.5份、纳米三氧化二锑2‑4份、纳米氢氧化镁2‑4份、水溶性壳聚糖3‑5份、聚乙二醇0.6‑1份、纳米氧化铝4‑8份、竹纤维6‑12份、多孔羟基磷灰石5‑10份。本发明产品绿色环保、重量轻、强度高，具有很好的尺寸稳定性和加工性能。

Description

一种轻量化环保新型汽车内饰材料
技术领域
本发明属于汽车内饰技术领域，涉及一种轻量化环保新型汽车内饰材料，本发明还涉及该轻量化环保新型汽车内饰材料的制备方法。
背景技术
轻量化、安全化、舒适性及环保性是当前世界汽车工业发展的趋势，汽车轻量化是降低能源消耗、减少污染排放最有效的措施之一。近年来，随着汽车产量和保有量的持续增加，我国面临的能耗、安全、环保、三大问题日益突出，为了推进汽车工业的可持续发展，提高汽车的燃油经济性，减少温室气体的排放，我国已经把汽车的轻量化作为节能减排的重要途径而放在了战略的高度来对待。汽车轻量化就是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整车质量，进而提高汽车的动力性、安全性等综合性能，从而达到节能减排的目的。
汽车内饰材料通常是由PP玻纤板或PU玻纤复合板作为基材，与无纺布等复合加工而成。但是PP玻纤板或PU玻纤复合板的生产过程中都使用玻璃纤维作为原料，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，以其绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高等优点，通常作为汽车内饰材料中的增强材料，但是玻璃纤维在加工过程中产生的粉尘对人体的皮肤有刺激作用，特别是如果被吸入肺部，会造成矽肺；同时玻璃纤维重量大，无法满足汽车轻量化的要求；且玻璃纤维在1000℃以上才能熔化，使得PU玻纤复合板的回收异常困难。
由于轻量化、安全化、舒适性及环保性是当前世界汽车工业发展的趋势，因此研究轻量化环保新型汽车内饰材料具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述提到的现有技术中的不足，提供一种轻量化环保新型汽车内饰材料，该轻量化环保新型汽车内饰材料绿色环保、重量轻、强度高，具有很好的尺寸稳定性和加工性能。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种轻量化环保新型汽车内饰材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100-120份、高密度聚乙烯10-20份、聚乙烯蜡20-30份、马来酸酐接枝聚丙烯3-6份、膨胀蛭石10-20份、贝壳粉6-12份、碳纳米纤维15-25份、硅烷偶联剂0.5-0.8份、单甘脂0.3-0.5份、纳米三氧化二锑2-4份、纳米氢氧化镁2-4份、水溶性壳聚糖3-5份、聚乙二醇0.6-1份、纳米氧化铝4-8份、竹纤维6-12份、多孔羟基磷灰石5-10份。
优选的，一种轻量化环保新型汽车内饰材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100份、高密度聚乙烯10份、聚乙烯蜡20份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、膨胀蛭石10份、贝壳粉6份、碳纳米纤维15份、硅烷偶联剂0.5份、单甘脂0.3份、纳米三氧化二锑2份、纳米氢氧化镁2份、水溶性壳聚糖3份、聚乙二醇0.6份、纳米氧化铝4份、竹纤维6份、多孔羟基磷灰石5份。
优选的，一种轻量化环保新型汽车内饰材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、高密度聚乙烯20份、聚乙烯蜡30份、马来酸酐接枝聚丙烯6份、膨胀蛭石20份、贝壳粉12份、碳纳米纤维25份、硅烷偶联剂0.8份、单甘脂0.5份、纳米三氧化二锑4份、纳米氢氧化镁4份、水溶性壳聚糖5份、聚乙二醇1份、纳米氧化铝8份、竹纤维12份、多孔羟基磷灰石10份。
优选的，一种轻量化环保新型汽车内饰材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯110份、高密度聚乙烯15份、聚乙烯蜡25份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、膨胀蛭石15份、贝壳粉9份、碳纳米纤维20份、硅烷偶联剂0.65份、单甘脂0.4份、纳米三氧化二锑3份、纳米氢氧化镁3份、水溶性壳聚糖4份、聚乙二醇0.8份、纳米氧化铝6份、竹纤维9份、多孔羟基磷灰石8份。
优选的，一种轻量化环保新型汽车内饰材料，所述膨胀蛭石的目粒度为325目。
本发明还提供一种轻量化环保新型汽车内饰材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将多孔羟基磷石灰粗粉碎后，在600℃下加热30min，然后放入冰水中淬冷，再进行超微粉碎，过325目筛，得多孔羟基磷石灰超微粉；
(2)将步骤(1)制得的多孔羟基磷石灰超微粉与膨胀蛭石、贝壳粉混合均匀后，加入其总重量8倍的丙酮水溶液，搅拌10min后，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静止8h，过滤洗涤，烘干后，得改性混合粉末；
(3)将竹纤维和碳纳米纤维混合后进行机械粉碎，得到平均长度低于5μm的混合纤维，备用；
(4)将水溶性壳聚糖、聚乙二醇溶于水并分散均匀，调节至水溶性壳聚糖在水溶液中的浓度为8-10％，然后加入纳米三氧化二锑、纳米氢氧化镁、纳米氧化铝超声搅拌分散均匀后，加入步骤(3)处理后的混合纤维，超声浸润1h后，进行脱水和烘干，备用；
(5)将聚丙烯、高密度聚乙烯和聚乙烯蜡置于双螺杆挤出机中充分熔融混匀后，依次加入马来酸酐接枝聚丙烯、步骤(2)制得的改性混合粉末、步骤(4)制得的混合纤维，充分混合熔炼，然后挤出造粒，即得所述的轻量化环保新型汽车内饰材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明选用竹纤维、碳纳米纤维填充增强聚丙烯，竹纤维、碳纳米纤维的密度低，而且具有很好的强度和耐腐蚀性，将其填充聚丙烯，使得制得的汽车内饰材料具有低密度、高强度和耐腐蚀性的特点，同时还填充有膨胀蛭石、多孔羟基磷灰石，体积大、密度小，使制得的汽车内饰材料达到轻量化的目的，而且竹纤维、膨胀蛭石等价格低廉，可以降低生产成本，且具有一定的环境相容性，可减少对环境的污染。
2、本发明将纳米三氧化二锑、纳米氧化铝、纳米氢氧化镁分散于水溶性壳聚糖与聚乙二醇的水溶液中，然后加入机械粉碎的竹纤维和碳纳米纤维，超声浸润，使得以上物质可以均匀覆载在竹纤维和碳纳米纤维上，同时经过超声浸润处理，增强了竹纤维和碳纳米纤维与聚丙烯等原料的相容性，提高了本发明的可加工性。
3、本发明配方中添加少量纳米三氧化二锑和纳米氢氧化镁，纳米三氧化二锑和纳米氢氧化镁配合使用，赋予了本发明产品良好的阻燃性，尤其添加了贝壳粉，在增加本发明产品光泽度的基础上赋予了其防静电、抗菌抑菌的功能。
4、本发明以膨胀蛭石、多孔羟基磷灰石、竹纤维等为原料，使最终制得的产品具有较大的孔隙率，提高了产品的吸音性能。
5、本发明的制备方法中，将多孔羟基磷灰石粗粉碎后，经高温下加热、冰水淬冷后再进行超微粉碎，使多孔羟基磷灰石可以更容易的被粉碎，且粉碎粒度小且均匀，矿石原料利用率高；然后将多孔羟基磷石灰超微粉与膨胀蛭石、贝壳粉用硅烷偶联剂和单甘脂进行表面改性，增加其表面的活性点及与聚丙烯等原料的相容性，同时竹纤维和碳纳米纤维经过超声浸润也增强了与聚丙烯等原料的相容性，所有原料在熔炼共混时添加马来酸酐接枝聚丙烯，可极大地改善其他原料与聚丙烯的亲和性以及所有原料的分散性，这样所有原料共混后相容性好，挤出后不会发生析出现象，所有填料在聚丙烯中分散性好，从而提高聚丙烯产品的拉伸等力学性能。
6、本发明的制备方法操作工艺简单，可实现工业化生产，且制得的产品具有良好的力学性能、阻燃性、吸音性、耐腐蚀性等性能，质量轻便，经济成本低，加工性能好，可制成各种汽车内饰件，减轻车身重量，轻便又环保，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1
一种轻量化环保新型汽车内饰材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100份、高密度聚乙烯10份、聚乙烯蜡20份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、膨胀蛭石10份、贝壳粉6份、碳纳米纤维15份、硅烷偶联剂0.5份、单甘脂0.3份、纳米三氧化二锑2份、纳米氢氧化镁2份、水溶性壳聚糖3份、聚乙二醇0.6份、纳米氧化铝4份、竹纤维6份、多孔羟基磷灰石5份。
所述轻量化环保新型汽车内饰材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将多孔羟基磷石灰粗粉碎后，在600℃下加热30min，然后放入冰水中淬冷，再进行超微粉碎，过325目筛，得多孔羟基磷石灰超微粉；
(2)将步骤(1)制得的多孔羟基磷石灰超微粉与膨胀蛭石、贝壳粉混合均匀后，加入其总重量8倍的丙酮水溶液，搅拌10min后，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静止8h，过滤洗涤，烘干后，得改性混合粉末；
(3)将竹纤维和碳纳米纤维混合后进行机械粉碎，得到平均长度低于5μm的混合纤维，备用；
(4)将水溶性壳聚糖、聚乙二醇溶于水并分散均匀，调节至水溶性壳聚糖在水溶液中的浓度为8-10％，然后加入纳米三氧化二锑、纳米氢氧化镁、纳米氧化铝超声搅拌分散均匀后，加入步骤(3)处理后的混合纤维，超声浸润1h后，进行脱水和烘干，备用；
(5)将聚丙烯、高密度聚乙烯和聚乙烯蜡置于双螺杆挤出机中充分熔融混匀后，依次加入马来酸酐接枝聚丙烯、步骤(2)制得的改性混合粉末、步骤(4)制得的混合纤维，充分混合熔炼，然后挤出造粒，即得所述的轻量化环保新型汽车内饰材料。
实施例2
一种轻量化环保新型汽车内饰材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、高密度聚乙烯20份、聚乙烯蜡30份、马来酸酐接枝聚丙烯6份、膨胀蛭石20份、贝壳粉12份、碳纳米纤维25份、硅烷偶联剂0.8份、单甘脂0.5份、纳米三氧化二锑4份、纳米氢氧化镁4份、水溶性壳聚糖5份、聚乙二醇1份、纳米氧化铝8份、竹纤维12份、多孔羟基磷灰石10份。
所述轻量化环保新型汽车内饰材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将多孔羟基磷石灰粗粉碎后，在600℃下加热30min，然后放入冰水中淬冷，再进行超微粉碎，过325目筛，得多孔羟基磷石灰超微粉；
(2)将步骤(1)制得的多孔羟基磷石灰超微粉与膨胀蛭石、贝壳粉混合均匀后，加入其总重量8倍的丙酮水溶液，搅拌10min后，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静止8h，过滤洗涤，烘干后，得改性混合粉末；
(3)将竹纤维和碳纳米纤维混合后进行机械粉碎，得到平均长度低于5μm的混合纤维，备用；
(4)将水溶性壳聚糖、聚乙二醇溶于水并分散均匀，调节至水溶性壳聚糖在水溶液中的浓度为8-10％，然后加入纳米三氧化二锑、纳米氢氧化镁、纳米氧化铝超声搅拌分散均匀后，加入步骤(3)处理后的混合纤维，超声浸润1h后，进行脱水和烘干，备用；
(5)将聚丙烯、高密度聚乙烯和聚乙烯蜡置于双螺杆挤出机中充分熔融混匀后，依次加入马来酸酐接枝聚丙烯、步骤(2)制得的改性混合粉末、步骤(4)制得的混合纤维，充分混合熔炼，然后挤出造粒，即得所述的轻量化环保新型汽车内饰材料。
实施例3
一种轻量化环保新型汽车内饰材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯110份、高密度聚乙烯15份、聚乙烯蜡25份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、325目膨胀蛭石15份、贝壳粉9份、碳纳米纤维20份、硅烷偶联剂0.65份、单甘脂0.4份、纳米三氧化二锑3份、纳米氢氧化镁3份、水溶性壳聚糖4份、聚乙二醇0.8份、纳米氧化铝6份、竹纤维9份、多孔羟基磷灰石8份。
所述轻量化环保新型汽车内饰材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将多孔羟基磷石灰粗粉碎后，在600℃下加热30min，然后放入冰水中淬冷，再进行超微粉碎，过325目筛，得多孔羟基磷石灰超微粉；
(2)将步骤(1)制得的多孔羟基磷石灰超微粉与325目膨胀蛭石、贝壳粉混合均匀后，加入其总重量8倍的丙酮水溶液，搅拌10min后，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静止8h，过滤洗涤，烘干后，得改性混合粉末；
(3)将竹纤维和碳纳米纤维混合后进行机械粉碎，得到平均长度低于5μm的混合纤维，备用；
(4)将水溶性壳聚糖、聚乙二醇溶于水并分散均匀，调节至水溶性壳聚糖在水溶液中的浓度为8-10％，然后加入纳米三氧化二锑、纳米氢氧化镁、纳米氧化铝超声搅拌分散均匀后，加入步骤(3)处理后的混合纤维，超声浸润1h后，进行脱水和烘干，备用；
(5)将聚丙烯、高密度聚乙烯和聚乙烯蜡置于双螺杆挤出机中充分熔融混匀后，依次加入马来酸酐接枝聚丙烯、步骤(2)制得的改性混合粉末、步骤(4)制得的混合纤维，充分混合熔炼，然后挤出造粒，即得所述的轻量化环保新型汽车内饰材料。
性能测试
本发明还对实施例1-3所制备的汽车内饰材料分别检测其密度、力学性能及阻燃性能进行了测试，测试标准和测试结果如表1所示。
表1汽车内饰材料性能测试结果
特性参数 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3
密度g/cm3 ASTM D792-2007 0.98 0.93 0.95
拉伸强度MPa ASTM D638-2003 68.3 65.7 66.7
断裂伸长率％ ASTM D638-2003 26 28 26
弯曲强度MPa ASTM D790-2003 39 44 43
弯曲模量MPa ASTM D790-2003 2078 1923 2030
阻燃性能 UL94 V0 V0 V0
上述测试结果表明，本发明产品的密度均在1g/cm3以下，密度较小；本发明产品具有良好的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、和弯曲模量，并没有因加入其它原材料而降低其力学性能；其阻燃性能达到UL94-V0级。
以上所述是本发明的优选实施方式，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择，或者对上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，通过任何合适的方式进行组合等，这些等效替换及辅助成分的添加、具体技术特征的组合等也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种轻量化环保新型汽车内饰材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100-120份、高密度聚乙烯10-20份、聚乙烯蜡20-30份、马来酸酐接枝聚丙烯3-6份、膨胀蛭石10-20份、贝壳粉6-12份、碳纳米纤维15-25份、硅烷偶联剂0.5-0.8份、单甘脂0.3-0.5份、纳米三氧化二锑2-4份、纳米氢氧化镁2-4份、水溶性壳聚糖3-5份、聚乙二醇0.6-1份、纳米氧化铝4-8份、竹纤维6-12份、多孔羟基磷灰石5-10份。
2.如权利要求1所述的一种轻量化环保新型汽车内饰材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100份、高密度聚乙烯10份、聚乙烯蜡20份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、膨胀蛭石10份、贝壳粉6份、碳纳米纤维15份、硅烷偶联剂0.5份、单甘脂0.3份、纳米三氧化二锑2份、纳米氢氧化镁2份、水溶性壳聚糖3份、聚乙二醇0.6份、纳米氧化铝4份、竹纤维6份、多孔羟基磷灰石5份。
3.如权利要求1所述的一种轻量化环保新型汽车内饰材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、高密度聚乙烯20份、聚乙烯蜡30份、马来酸酐接枝聚丙烯6份、膨胀蛭石20份、贝壳粉12份、碳纳米纤维25份、硅烷偶联剂0.8份、单甘脂0.5份、纳米三氧化二锑4份、纳米氢氧化镁4份、水溶性壳聚糖5份、聚乙二醇1份、纳米氧化铝8份、竹纤维12份、多孔羟基磷灰石10份。
4.如权利要求1所述的一种轻量化环保新型汽车内饰材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯110份、高密度聚乙烯15份、聚乙烯蜡25份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、膨胀蛭石15份、贝壳粉9份、碳纳米纤维20份、硅烷偶联剂0.65份、单甘脂0.4份、纳米三氧化二锑3份、纳米氢氧化镁3份、水溶性壳聚糖4份、聚乙二醇0.8份、纳米氧化铝6份、竹纤维9份、多孔羟基磷灰石8份。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种轻量化环保新型汽车内饰材料，其特征在于，所述膨胀蛭石的目粒度为325目。
6.如权利要求1-4任一项所述的一种轻量化环保新型汽车内饰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将多孔羟基磷石灰粗粉碎后，在600℃下加热30min，然后放入冰水中淬冷，再进行超微粉碎，过325目筛，得多孔羟基磷石灰超微粉；
(2)将步骤(1)制得的多孔羟基磷石灰超微粉与膨胀蛭石、贝壳粉混合均匀后，加入其总重量8倍的丙酮水溶液，搅拌10min后，然后加入硅烷偶联剂和单甘脂，在60℃水浴中恒温搅拌4h后，静止8h，过滤洗涤，烘干后，得改性混合粉末；
(3)将竹纤维和碳纳米纤维混合后进行机械粉碎，得到平均长度低于5μm的混合纤维，备用；
(4)将水溶性壳聚糖、聚乙二醇溶于水并分散均匀，调节至水溶性壳聚糖在水溶液中的浓度为8-10％，然后加入纳米三氧化二锑、纳米氢氧化镁、纳米氧化铝超声搅拌分散均匀后，加入步骤(3)处理后的混合纤维，超声浸润1h后，进行脱水和烘干，备用；
(5)将聚丙烯、高密度聚乙烯和聚乙烯蜡置于双螺杆挤出机中充分熔融混匀后，依次加入马来酸酐接枝聚丙烯、步骤(2)制得的改性混合粉末、步骤(4)制得的混合纤维，充分混合熔炼，然后挤出造粒，即得所述的轻量化环保新型汽车内饰材料。
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