CN107501750B - 复合材料及其制备方法和空调制件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合材料及其制备方法和空调制件。其中，复合材料包括：50～70重量份的聚丙烯、10～20重量份的短切玻璃纤维、20～30重量份的无机填料、5～10重量份的接枝相容剂、0.2～0.8重量份的抗氧剂、0.5～2.0重量份的润滑剂、0.1～1.0重量份的成核剂以及0.5～2.0重量份稀土氧化物。该复合材料具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性，通过采用该复合材料用于制备空调制件，可以有效避免空调在使用过程中因热胀冷缩造成的噪音。

Description

复合材料及其制备方法和空调制件
技术领域
本发明涉及塑料技术领域，具体而言，本发明涉及复合材料及其制备方法和空调制件。
背景技术
随着人们生活水平的提高，空调已成为家庭生活必备品，其具有调节室内气温、湿度，净化空气的功能，在给人们带来舒适的同时，也存在噪声污染问题。
因此，现有的空调仍有待改进。
发明内容
本发明是基于发明人对以下问题和事实的发现而提出的：
空调室内机噪声产生根本原因在于空调制件(例如分体机底盘，蜗舌，出风框，柜机风道组件，内出风框等)为HIPS、ABS、聚丙烯(PP)等原材料生产。其中，PP是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，通常为半透明无色固体，无臭无毒，由于结构规整且高度结晶化，其熔点高达167℃，具有耐热，耐腐蚀的优点，另外PP的密度小，是最轻的通用塑料，但是低温冲击性差，成型收缩大。在空调运行(制冷，制热)过程中，温度变化结合材料热胀冷缩的特性，将会导致制件配合处发出噪声。
鉴于此，本发明提出了复合材料及其制备方法和空调制件。该复合材料具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性，通过采用该复合材料用于制备空调制件，可以有效避免空调在使用过程中因热胀冷缩造成的噪音。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种复合材料。根据本发明的实施例，该复合材料包括：50～70重量份的聚丙烯、10～20重量份的短切玻璃纤维、20～30重量份的无机填料、5～10重量份的接枝相容剂、0.2～0.8重量份的抗氧剂、0.5～2.0重量份的润滑剂、0.1～1.0重量份的成核剂以及0.5～2.0重量份稀土氧化物。
由此，根据本发明实施例的复合材料具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性，且同时具有良好的冲击强度和高模量，韧性和刚性平衡，通过采用该复合材料用于制备空调制件，可以有效避免空调制件在高低温交变时因热胀冷缩造成的噪音。
另外，根据本发明上述实施例的复合材料还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯。
在本发明的一些实施例中，所述无机填料为滑石粉、硫酸钡和云母中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述滑石粉的平均粒径为3～6μm，所述硫酸钡的平均粒径为2～5μm，所述云母的平均粒径为5～10μm。
在本发明的一些实施例中，所述接枝相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
在本发明的一些实施例中，所述抗氧剂为(2,4-二叔丁基苯基)-亚磷酸三酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸]季戊四醇酯按照质量比1:1混合而成的复合抗氧剂。
在本发明的一些实施例中，所述润滑剂为PE蜡或乙撑双硬脂酰胺。
在本发明的一些实施例中，所述成核剂为2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯酚)磷酸酯铝或二环庚烷二羧酸盐中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述稀土氧化物为Nd2O3和Ho2O3中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述复合材料的线性膨胀系数为16×10-6/K～25×10-6/K。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述实施例的复合材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将聚丙烯、无机填料、接枝相容剂、抗氧剂、润滑剂、成核剂和稀土氧化物按照预定比例混合，以便得到混合物料；将所述混合物料和短切玻璃纤维按照预定比例供给至平行双螺杆挤出机中进行熔融和挤出，以便得到所述复合材料。
由此，根据本发明实施例的制备复合材料的方法制备得到的复合材料具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性，且同时具有良好的冲击强度和高模量，韧性和刚性平衡，通过采用该复合材料用于制备空调制件，可以有效避免空调制件在高低温交变时因热胀冷缩造成的噪音。
另外，根据本发明上述实施例的制备复合材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为190～220℃，螺杆转速为300～500r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种空调制件，所述空调制件为底盘、蜗舌、出风框或空调柜机风道组件。根据本发明的实施例，所述底盘、所述蜗舌、所述出风框和所述空调柜机风道组件中的至少之一由上述实施例的复合材料或者上述实施例的制备复合材料的方法制备得到的复合材料形成。
由此，根据本发明实施例的空调制件由具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性的复合材料形成，且该复合材料同时具有良好的冲击强度和高模量，韧性和刚性平衡，进而采用该空调制件制备得到的空调，在使用过程中可以有效避免空调制件在高低温交变时因热胀冷缩造成的噪音。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种复合材料。根据本发明的实施例，该复合材料包括：50～70重量份的聚丙烯、10～20重量份的短切玻璃纤维、20～30重量份的无机填料、5～10重量份的接枝相容剂、0.2～0.8重量份的抗氧剂、0.5～2.0重量份的润滑剂、0.1～1.0重量份的成核剂以及0.5～2.0重量份稀土氧化物。
由此，通过利用短切玻璃纤维、无机填料、接枝相容剂、抗氧剂、润滑剂、成核剂和稀土氧化物对聚丙烯进行改性，可以显著提高普通聚丙烯材料的热稳定性、力学强度等性能，得到的复合材料具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性，且同时具有良好的冲击强度和高模量，韧性和刚性平衡，通过采用该复合材料用于制备空调制件，可以有效避免空调制件在高低温交变时因热胀冷缩造成的噪音。
根据本发明的具体实施例，用于制备复合材料的聚丙烯可以为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯。
根据本发明的具体实施例，无机填料可以为滑石粉、硫酸钡和云母中的至少之一，由此，可以进一步提高复合材料的热稳定性、力学强度等性能。
根据本发明的具体实施例，上述滑石粉的平均粒径可以为3～6μm，硫酸钡的平均粒径可以为2～5μm，云母的平均粒径可以为5～10μm，由此，可以进一步提高复合材料的热稳定性、力学强度等性能。
根据本发明的具体实施例，所述接枝相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，由此，可以进一步提高复合材的韧性。
根据本发明的具体实施例，抗氧剂可以为(2,4-二叔丁基苯基)-亚磷酸三酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸]季戊四醇酯按照质量比1:1混合而成的复合抗氧剂，由此，可以进一步提高复合材料的抗氧化性能。
根据本发明的具体实施例，润滑剂可以为PE蜡或乙撑双硬脂酰胺，由此，可以进一步提高复合材料制备过程中熔融态物料的流动性和脱模性，从而提高产品的加工性能。
根据本发明的具体实施例，成核剂可以为2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯酚)磷酸酯铝或二环庚烷二羧酸盐中的至少之一，由此，可以进一步提高聚丙烯的结晶速度，促进聚丙烯形成球晶，从而提高产品的抗冲击性能和屈服性能。
根据本发明的具体实施例，稀土氧化物为可以为Nd2O3和Ho2O3中的至少之一，由此，可以在进一步降低产品的线性膨胀系数，提高产品的尺寸稳定性的同时，使产品具有更高的冲击强度和弯曲模量，实现产品韧性和刚性的良好平衡。
根据本发明的具体实施例，本发明实施例的复合材料的线性膨胀系数可达16×10-6～25×10-6/K。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述实施例的复合材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将聚丙烯、无机填料、接枝相容剂、抗氧剂、润滑剂、成核剂和稀土氧化物按照预定比例混合，以便得到混合物料；将混合物料和短切玻璃纤维按照预定比例供给至平行双螺杆挤出机中进行熔融和挤出，以便得到复合材料。
根据本发明的具体实施例，上述预定比例是指50～70重量份的聚丙烯、10～20重量份的短切玻璃纤维、20～30重量份的无机填料、5～10重量份的接枝相容剂、0.2～0.8重量份的抗氧剂、0.5～2.0重量份的润滑剂、0.1～1.0重量份的成核剂以及0.5～2.0重量份稀土氧化物。
根据本发明的具体实施例，上述混合具体可以包括：将聚丙烯、无机填料、接枝相容剂、抗氧剂、润滑剂、成核剂和稀土氧化物按照预定比例加入至高混机中高速混合3～5min，以便得到混合物料，由此，可以进一步提高物料的混合效果。
根据本发明的具体实施例，上述熔融和挤出具体可以包括：将混合物料投入平行双螺杆挤出机中进行熔融，同时在挤出机的侧喂口加入预定比例的短切玻璃纤维，进而挤出造粒得到复合材料。
根据本发明的具体实施例，平行双螺杆挤出机的机筒温度为190～220℃，螺杆转速为300～500r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。由此，可以进一步提高复合材料的挤出成型效果。
根据本发明的具体实施例，用于制备复合材料的聚丙烯可以为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯。
根据本发明的具体实施例，无机填料可以为滑石粉、硫酸钡和云母中的至少之一，由此，可以进一步提高复合材料的热稳定性、力学强度等性能。
根据本发明的具体实施例，上述滑石粉的平均粒径可以为3～6μm，硫酸钡的平均粒径可以为2～5μm，云母的平均粒径可以为5～10μm，由此，可以进一步提高复合材料的热稳定性、力学强度等性能。
根据本发明的具体实施例，所述接枝相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，由此，可以进一步提高复合材的韧性。
根据本发明的具体实施例，抗氧剂可以为(2,4-二叔丁基苯基)-亚磷酸三酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸]季戊四醇酯按照质量比1:1混合而成的复合抗氧剂，由此，可以进一步提高复合材料的抗氧化性能。
根据本发明的具体实施例，润滑剂可以为PE蜡或乙撑双硬脂酰胺，由此，可以进一步提高复合材料制备过程中熔融态物料的流动性和脱模性，从而提高产品的加工性能。
根据本发明的具体实施例，成核剂可以为2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯酚)磷酸酯铝或二环庚烷二羧酸盐中的至少之一，由此，可以进一步提高聚丙烯的结晶速度，促进聚丙烯形成球晶，从而提高产品的抗冲击性能和屈服性能。
根据本发明的具体实施例，稀土氧化物为可以为Nd2O3和Ho2O3中的至少之一，由此，可以在进一步降低产品的线性膨胀系数，提高产品的尺寸稳定性的同时，使产品具有更高的冲击强度和弯曲模量，实现产品韧性和刚性的良好平衡。
根据本发明的具体实施例，本发明实施例的复合材料的线性膨胀系数可达16×10-6～25×10-6/K。
由此，根据本发明实施例的制备复合材料的方法制备得到的复合材料具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性，且同时具有良好的冲击强度和高模量，韧性和刚性平衡，通过采用该复合材料用于制备空调制件，可以有效避免空调制件在高低温交变时因热胀冷缩造成的噪音。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种空调制件，该空调制件可以为底盘、蜗舌、出风框或空调柜机风道组件。根据本发明的实施例，上述底盘、蜗舌、出风框和空调柜机风道组件中的至少之一由上述实施例的复合材料或者上述实施例的制备复合材料的方法制备得到的复合材料形成。
由此，根据本发明实施例的空调制件由具有低线性膨胀系数和优秀的尺寸稳定性的复合材料形成，且该复合材料同时具有良好的冲击强度和高模量，韧性和刚性平衡，进而采用该空调制件制备得到的空调，在使用过程中可以有效避免空调制件在高低温交变时因热胀冷缩造成的噪音。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
复合材料的制备步骤如下：
原料重量配比为：共聚聚丙烯50份，均聚聚丙烯10份，滑石粉10份，硫酸钡5份，云母10份，接枝相容剂5份，抗氧剂0.5份，润滑剂PE蜡0.5份，成核剂0.5份，稀土氧化物Nd2O31.0份。
(1)将上述原料按比例称量加入到高速混合机中，混合3min；
(2)将混好的各组分投入平行双螺杆挤出机中熔融，同时侧喂短切玻璃纤维10份，挤出造粒，以便得到复合材料，其中挤出机的机筒温度为：220℃，螺杆转速为100r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。
实施例2
复合材料的制备步骤如下：
原料重量配比为：共聚聚丙烯50份，均聚聚丙烯10份，滑石粉5份，硫酸钡10份，云母10份，接枝相容剂5份，抗氧剂0.5份，润滑剂PE蜡0.5份，成核剂0.5份，稀土氧化物Nd2O31.0份。
(1)将上述原料按比例称量加入到高速混合机中，混合3min；
(2)将混好的各组分投入平行双螺杆挤出机中熔融，同时侧喂短切玻璃纤维10份，挤出造粒，以便得到复合材料，其中挤出机的机筒温度为：220℃，螺杆转速为100r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。
实施例3
复合材料的制备步骤如下：
原料重量配比为：共聚聚丙烯40份，均聚聚丙烯20份，滑石粉10份，硫酸钡10份，云母5份，接枝相容剂5份，抗氧剂0.5份，润滑剂乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)0.5份，成核剂0.5份，稀土氧化物Nd2O3 1.0份。
(1)将上述原料按比例称量加入到高速混合机中，混合3min；
(2)将混好的各组分投入平行双螺杆挤出机中熔融，同时侧喂短切玻璃纤维10份，挤出造粒，以便得到复合材料，其中挤出机的机筒温度为：220℃，螺杆转速为100r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。
实施例4
复合材料的制备步骤如下：
原料重量配比为：共聚聚丙烯30份，均聚聚丙烯30份，滑石粉5份，硫酸钡10份，云母10份，接枝相容剂5份，抗氧剂0.5份，润滑剂PE蜡0.5份，成核剂0.5份，稀土氧化物Ho2O31.0份。
(1)将上述原料按比例称量加入到高速混合机中，混合3min；
(2)将混好的各组分投入平行双螺杆挤出机中熔融，同时侧喂短切玻璃纤维10份，挤出造粒，以便得到复合材料，其中挤出机的机筒温度为：200℃，螺杆转速为150r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。
对比例
复合材料的制备步骤如下：
原料重量配比为：共聚聚丙烯50份，均聚聚丙烯10份，滑石粉10份，硫酸钡10份，云母5份，接枝相容剂5份，抗氧剂0.5份，润滑剂PE蜡0.5份，成核剂0.5份，不加入稀土氧化物。
(1)将上述原料按比例称量加入到高速混合机中，混合3min；
(2)将混好的各组分投入平行双螺杆挤出机中熔融，同时侧喂短切玻璃纤维10份，挤出造粒，以便得到复合材料，其中挤出机的机筒温度为：200℃，螺杆转速为150r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。
实施例5
将实施例1～4和对比例中制备得到的复合材料以及纯聚丙烯材料进行性能测试，结果见表1。
表1性能测试结果
Figure BDA0001381031450000071
结果表明，本发明实施例的复合材料各项性能均优于纯聚丙烯材料，线性膨胀系数可以低至16×10-6/K，尺寸稳定性高，缺口冲击强度高达20kJ/m2，弯曲模量高达4600MPa，拉伸强度和弯曲强度均较高，同时具有良好的冲击强度和高模量，实现了材料韧性和刚性的良好平衡。对比例中制备得到复合材料由于未添加稀土氧化物，各项性能劣于实施例1～4的复合材料，但仍优于纯聚丙烯材料。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种复合材料，其特征在于，包括：50～70重量份的聚丙烯、10～20重量份的短切玻璃纤维、20～30重量份的无机填料、5～10重量份的接枝相容剂、0.2～0.8重量份的抗氧剂、0.5～2.0重量份的润滑剂、0.1～1.0重量份的成核剂以及1.0重量份稀土氧化物；其中，
所述无机填料为滑石粉、硫酸钡和云母，所述滑石粉的平均粒径为3～6μm，所述硫酸钡的平均粒径为2～5μm，所述云母的平均粒径为5～10μm；
所述稀土氧化物为Nd2O3和Ho2O3中的至少之一。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述接枝相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为(2,4-二叔丁基苯基)-亚磷酸三酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸]季戊四醇酯按照质量比1:1混合而成的复合抗氧剂。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述润滑剂为PE蜡或乙撑双硬脂酰胺。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述成核剂为2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯酚)磷酸酯铝或二环庚烷二羧酸盐中的至少之一。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的线性膨胀系数为16×10-6/K～25×10-6/K。
8.一种制备权利要求1～7任一项所述的复合材料的方法，其特征在于，包括：
将聚丙烯、无机填料、接枝相容剂、抗氧剂、润滑剂、成核剂和稀土氧化物按照预定比例混合，以便得到混合物料；
将所述混合物料和短切玻璃纤维按照预定比例供给至平行双螺杆挤出机中进行熔融和挤出，以便得到所述复合材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述平行双螺杆挤出机的机筒温度为190～220℃，螺杆转速为300～500r/min，熔体压力为1.5～2.5MPa，真空度为-0.04～-0.1MPa。
10.一种空调制件，所述空调制件为底盘、蜗舌、出风框或空调柜机风道组件，其特征在于，所述底盘、所述蜗舌、所述出风框和所述空调柜机风道组件中的至少之一由权利要求1～7任一项所述的复合材料或者权利要求8～9任一项所述方法制备得到的复合材料形成。
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