CN108219284A - 塑料合金组合物、车辆结构增强部件以及车辆 - Google Patents

塑料合金组合物、车辆结构增强部件以及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：聚丙烯100份；高密度聚乙烯10～25份；聚砜5～25份；硫酸钡15～30份；三烯丙基异氰脲酸酯0.994～3份；聚甲基丙烯酸甲酯5～15份；石墨烯0.003～0.01份。本发明的塑料合金组合物可用于替代传统的汽车用铝合金材料制备成车辆结构增强部件。

Description

塑料合金组合物、车辆结构增强部件以及车辆
技术领域
本发明涉及新材料以及汽车制造领域，具体涉及一种塑料合金组合物及用该塑料合金组合物制备的车辆结构增强部件以及一种包含该车辆结构增强部件的车辆。
背景技术
目前，新能源汽车尚处在发展阶段，新能源汽车采用蓄电池或燃料电池进行供能，其航程还比不上传统燃油汽车，且配套的充电或燃料补给技术不及传统加油技术完善，而且补给站等配套公共设施也不及传统加油站普遍。当前对于新能源汽车的研究主要着重于改进供能方式以及提高供能效率，而新能源汽车的主体材料还多采用传统的铝合金等金属材料。有研究表明汽车的车体越重，则汽车耗能越快，碳排放量也相对多。由于目前新能源汽车的蓄电池(或燃料电池)的能提供能源是有限的，而车体的重量会限制其航程，因此新能源汽车的航程尚不能很好的满足人们需求。另外，汽车的车体过重导致的碳排放量大也是一个还有待改进重点研究问题。
此外，采用传统的铝合金等金属材料来制造一辆整车，则需要用到2万个零部件，不仅每个零部件需要经过设计模具—模具冲压—倒模等一系列复杂的过程才可以成型，而且2万个零部件组装成一辆整车的组装过程也是及其复杂，花费时间长。其次，汽车美容过程中要对汽车进行喷漆，喷漆过程复杂而且造成一定的污染。再者，一旦汽车有损坏，其维修过程也是比较复杂的。另外，国内的汽车用铝合金材料的生产总量较小，而且存在质量不稳定等因素，尚不具备为大型汽车厂提供汽车用材料的稳定供应能力，因此，目前汽车用铝合金材料主要依靠进口，进口铝合金材料的价格为6万元/吨。由于铝合金等金属材料的成本高，导致制造整台汽车的成本也是相对较高的。此外，铝合金汽车材料在制作为汽车部件时由于需要经过切割、打磨等工序，所以制造过程中存在一定量的损耗。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可替代汽车用铝合金材料的塑料合金组合物及用该塑料合金组合物制备的车辆结构增强部件以及一种包含该车辆结构增强部件的车辆。
本发明提供了一种塑料合金组合物，具有这样的特征，包含以下按照质量份数计量的原料组分：聚丙烯100份；高密度聚乙烯10～25份；聚砜5～25份；硫酸钡15～30份；三烯丙基异氰脲酸酯0.994～3份；聚甲基丙烯酸甲酯5～15份；石墨烯0.003～0.01份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，还可以具有这样的特征，还包含：聚苯并咪唑10～15份，其中，聚砜为5～20份，三烯丙基异氰脲酸酯为0.994～1.997 份，聚甲基丙烯酸甲酯为8～14份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，还可以具有这样的特征，还包含：聚四氟乙烯5～10份，其中，聚砜为5～20份，三烯丙基异氰脲酸酯为0.994～1.997份，聚甲基丙烯酸甲酯为8～14份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，还可以具有这样的特征，还包含：聚苯并咪唑10～15份；以及聚四氟乙烯5～10份，其中，聚砜为5～15份，三烯丙基异氰脲酸酯为0.994～1.997份，聚甲基丙烯酸甲酯为8～14份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，还可以具有这样的特征，还包含：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10～20份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，还可以具有这样的特征，还包含：色母 10～15份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，还可以具有这样的特征，还包含：聚苯并咪唑8～15份；以及丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2～5份，其中，聚砜为 5～20份，硫酸钡为20～25份，三烯丙基异氰脲酸酯为1～3份，石墨烯为0.004～0.01 份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，其特征在于，还包含：聚四氟乙烯4～8 份；以及丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2～5份，其中，聚砜为5～20份，硫酸钡为20～25份，三烯丙基异氰脲酸酯为1～3份，石墨烯为0.004～0.01份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，其特征在于，还包含：聚苯并咪唑8～15 份；聚四氟乙烯4～8份；以及丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2～5份，其中，聚砜为5～15份，硫酸钡为20～25份，三烯丙基异氰脲酸酯为1～3份，石墨烯为 0.004～0.01份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，其特征在于，还包含：丙烯腈-丁二烯- 苯乙烯共聚物7～15份。
在本发明提供的塑料合金组合物中，其特征在于，还包含：色母4～8份。
本发明还提供了一种车辆结构增强部件，具有这样的特征：车辆结构增强部件由塑料合金组合物制备而成，其中，塑料合金组合物为上述的塑料合金组合物。
本发明还提供了一种车辆，其特征在于，具有：车辆结构增强部件，其中，车辆结构增强部件为上述的车辆结构增强部件。
发明的作用与效果
根据本发明塑料合金组合物，由于其配方中包含聚丙烯、高密度聚乙烯、聚砜、硫酸钡、三烯丙基异氰脲酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、以及石墨烯，而且这些原料组分采用适当的配比，各原料组分的量依次为100份、10～25份、5～25份、 15～30份、0.994～3份、5～15份、0.003～0.01份，所以本发明所制备得到的塑胶合金组合物机械性能佳、物理力学性能佳、热性能好、没有毒性、具有一定的阻燃性，而且密度仅为铝合金的密度的三分之一，成型收缩率较小。
由于本发明的塑料合金组合物密度仅为铝合金的密度的三分之一，但是各项性能不低于铝合金性能，是一种可替代传统的汽车用铝合金材料的新材料，因此，采用该塑料合金组合物可制备汽车零部件例如汽车的结构增强部件。而由于本发明的塑料合金组合物相对传统的铝合金材料减重了60％，因此通过这种塑料合金组合物制备的结构增强部件的重量可大大减轻，进而采用这样结构增强部件的汽车重量将大大减轻。有研究表明当汽车每减重10％，能耗将随之减少6％～8％，其碳排放量将减少5～10％，也就意味着，本发明的具有上述结构增强部件的汽车的能耗将随之大大减少，碳排放量也随之大大减少，真正做到既节能又环保。此外，特别是对于纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车等这类新能源车辆来说，减轻重量还有望大幅度提高其航程。其次，汽车结构增强部件的质量减轻，在运输配件和运输整车的过程中也更加轻便。
另外，因为塑料合金组合物大多数原料组分的产量大而且价廉，所以由这些组分制备的塑料合金组合物的成本也相对较低，其价格约为2～3万元/吨，与传统汽车部件用的铝合金材料的6万元/吨相比，性价比较高，有着巨大的价格优势。
另外，由于本发明的塑料合金组合物密度为0.97g/cm3仅仅为铝合金材料密度2.7g/cm3的三分之一左右，原来采用传统铝合金材料的汽车结构增强部件制造一辆汽车需要的用到材料的重量大，现在采用塑胶合金组合物的汽车结构增强部件制造一辆汽车所需的材料重量小，因此，采用本发明的塑料合金组合物来制造汽车相较于采用传统铝合金材料来制造汽车，材料用量减少成本也将大大降低，而由上述内容可知本发明的塑料合金组合物价格仅仅为铝合金材料的二分之一到三分之一，所以一辆整车的汽车结构增强部件的成本不到传统铝合金汽车结构增强部件的成本的六分之一，有着巨大的市场前景。
另外，由于本发明的塑料合金组合物可通过色母来对颜色调控，从而可根据用户需求定制得到所需颜色的结构增强部件。由于制备成型的结构增强部件本身就是有颜色，因此只需简单抛光便能满足人们对汽车颜色的需求，免去了过程复杂、花费昂贵且有污染的喷漆工艺。
另外，由于本发明的塑料合金组合物大多数原料是高分子原料，因此，在汽车结构增强部件损坏时，例如撞击形成凹陷，可通热熔、激光等手段增补一些同样塑料合金组合物上去，就可以抹平原来的凹陷，而且颜色质地都和原来的结构增强部件一样，这样一来维修的可修复性强，维修过程也相对简单。
另外，由于本发明的塑料合金组合物是按照车用材料的高标准来制备的，因此，即使当汽车使用年限已满后，仍然可以将这些材料的汽车零部件拆卸下来通过熔融和再造粒可将这些汽车零部件再还原为颗粒状的塑料合金组合物，而这些颗粒状的塑料合金组合物仍然具备良好的机械性能、物理性能和阻燃性能，还可将其用在例如工业管道、家用电器外壳等领域，从而实现二次利用，可循环再生，做到了减少排放保护环境。
另外，由于本发明的塑料合金组合物性能优异，除了可通过注塑工艺来制造结构增强部件外，更可以作为3D打印结构增强部件的原料，通过3D打印来制造汽车的结构增强部件。采用塑料合金组合物3D打印制备汽车零部件可将原来的2万多个零部件经3D打印成简化，使多个部件一体成型，摒弃了传统设计设计模具—模具冲压—倒模等复杂的汽车结构增强部件的制备过程，不仅减少了零部件的数量，使得一辆整车仅需要40多个零部件就可以组装，而且也简化了组装流程，缩短了组装时间。
其次，由于本发明的塑料合金组合物可经3D打印制备汽车结构增强部件是一步成型的，免去了传统汽车制造工艺的中间过程中庞大数量的各种零部件的存储和运输过程，减少对存储空间的占用。
再者，相较于铝合金材料制作为结构增强部件的损坏，由于本发明的塑料合金组合物可经3D打印制备汽车结构增强部件，将颗粒状的塑料合金组合物加工成粉状或丝状后经3D打印设备熔融就直接成型为汽车结构增强部件，所以整个制备过程几乎是无损耗的。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，结合以下实施例对本发明作具体阐述。
<实施例1>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜10份；
硫酸钡15份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母10份；
聚苯并咪唑15份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯14份；
聚四氟乙烯10份；
石墨烯0.01份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为50MPa；断裂伸长率为96％；弯曲强度为30MPa；弯曲模量为1680MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为120kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为215kJ/㎡；弹性模量为2840MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为231℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.3％，成型收缩率(径向)为0。
在本实施例的塑料合金组合物中，各组分的特性和作用如下：
聚丙烯具有很强的抗冲击强度，材料表面刚度佳和抗划痕特性很好，拉伸强度可达到30MPa，分解温度为350°，耐高温，密度小。但是，聚丙烯存在以下不足：收缩率高，在低温时冲击强度大幅度下降，韧性不佳。
高密度聚乙烯的熔点为142℃，分解温度在280℃左右，有一定的刚性和韧性。在塑料合金组合物的配方中加入高密度聚乙烯进行增韧，可改善聚丙烯材料带来的在低温下抗冲击性差以及韧性不足的问题。但是高密度聚乙烯的表面硬度低，易刮伤、耐老化性差。塑料合金组合物配方中聚丙烯可有效提高材料的表面刚度使其不易刮伤；添加色母来改善产品的耐老化性能。
聚砜力学性能优异、刚性大、耐磨、高强度、在高温下能保持优良的机械性能。聚砜的密度为1.24g/cm3，拉伸强度≥73MPa，冲击强度314kJ/㎡，布氏硬度≥10，马丁耐热150℃。采用聚砜可提高塑料合金组合物的冲击强度和弹性模量，提升其耐候性(在室外经受如光照、冷热、风雨等气候考验的性能)、耐化学腐蚀性能以及耐热性。聚砜由于生产工艺的限制，目前国产聚砜年产量不足3000 吨。
硫酸钡可吸收X射线辐射，提高产品耐光、耐候、耐老化、耐化学腐蚀、增强抗冲击强度、提高产品光洁度以及阻燃性。熔点为1580℃、沸点为330℃、分解温度为1600℃，密度＞4g/cm3。在配方中加入硫酸钡并采用高温以及一定的工艺手段使得金属钡元素能溶于本实施例的互穿网络技术塑料合金组合物中以提高产品性能，同时经高温工艺去除硫元素，保证产品不含硫，为无毒环保的产品。
三烯丙基异氰脲酸酯作为交联改性剂，通过交联改性可显著提高制品的耐热性、阻燃性、耐溶性以及机械强度等。尤其是能促进聚丙烯与高密度聚乙烯等聚合物的相容性。
本实施例的配方中采用了一定量的色母：必备黑炭黑或白炭黑，还可以有适当添加其他颜色的色母。色母中的黑炭黑或白炭黑可增强塑料合金组合物耐候性，防止产品老化。另外，通过色母可调控塑料合金组合物的颜色，来满足客户在颜色上的个性化需求。
聚苯并咪唑具有耐辐射、耐沸水、耐溶剂、耐化学性能优良的特点。聚苯并咪唑的密度1.2g/cm3，热变形温度430℃，压缩强度为410MPa，拉伸强度为 165MPa,弯曲强度为227MPa。聚苯并咪唑在400℃高温处理到完全固化后，聚合物不易溶解不易熔融，瞬时耐高温性能极佳，在300～370℃可长期使用，而且阻燃性极佳，具有自灭性，热收缩率极小。由于聚砜的产量不足，在配方中采用聚苯并咪唑替代一定量的聚砜。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)具有一定的刚度和硬度，耐冲击性、耐寒性、良好的加工性能，表面可以抛光，能得到高度光泽的制品，熔融温度在 217～237℃，热分解温度在250℃以上，流动性比聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜等好，柔韧性较好。
聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的化学稳定性和良好的耐候性，密度低为 0.94g/cm3(25℃时)，强度高，抗拉伸和抗冲击强，耐压强度为 1.176～1.372×10-2MPa，光透率达到92％，熔化温度240～270℃。但是聚甲基丙烯酸甲酯的表面硬度不高、易擦毛、抗冲击性能低、成型流动性能差。在本实施例的配方中采用聚砜来改善聚甲基丙烯酸甲酯带来的不足。
聚四氟乙烯具有抗氧化以及耐腐蚀的特性，耐候性好、润滑性好、具有一定的阻燃性、而且是C级绝缘材料。聚四氟乙烯的熔点为327℃，沸点为400℃，耐高温和耐低温的性能优异，能在-180℃～250℃下长期工作。由于聚砜的产量不足，在配方中采用聚四氟乙烯替代一定量的聚砜。然而聚四氟乙烯的耐辐射性能较差，但是配方中的硫酸钡可改善塑料合金组合物的耐辐射性能。
石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有极佳的力学特性，热特性，化学特性。在配方中将石墨烯和塑料有机结合能生成独特的复合材料。特别是将这种复合材料用在制动材料上，突破了原有材料的极限，使得材料各项性能更优。
根据上述各组分的特性可知，在同一实验条件比如高温环境下，并不是所有这些组分都能够相容的，有的组分在高温下可能会发生降解，所以本实施例的塑胶合金组合物并非通过简单共混就可以一步制成，而是通过一定的工艺分多步制备而成的，是申请人经过长期研发付出了艰辛劳动的研究成果，所以含有这些组分的配方也不是能轻易想到的。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印制备车辆的车框架、汽车底盘骨架、轮毂、刹车片、汽车车架大梁等车辆结构增强部件。制备得到的车辆结构增强部件满足车辆工业生产中对车辆结构增强部件具有良好的成型性、极佳的刚性、一定的韧性抗疲劳耐久性、耐腐蚀性以及良好的机械性能、热性能和物理性能的性能要求。
本实施例中的车辆的车框架、汽车底盘骨架、轮毂、刹车片、汽车车架大梁等车辆结构增强部件可用于燃油汽车、天然气汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车、摩托车以及自行车中的任意一种。
<实施例2>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯14份；
聚砜8份；
硫酸钡28份；
三烯丙基异氰脲酸酯1.994份；
色母6份；
聚苯并咪唑12份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物14份；
聚甲基丙烯酸甲酯105份；
聚四氟乙烯6份；
石墨烯0.006份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为54MPa；断裂伸长率为96％；弯曲强度为32MPa；弯曲模量为1681MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为125kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为217kJ/㎡；弹性模量为2837MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为231℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.3％，成型收缩率(径向)为0。
在本实施例的塑料合金组合物中，各组分的特性和作用与实施例1中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印制备汽车中间立柱、汽车前门防撞梁、汽车后门防撞梁等车辆结构增强部件。制备得到的车辆结构增强部件满足汽车工业生产中对车辆结构增强部件具有一定延伸性、优良的强度、抗凹陷性能、耐腐蚀性以及阻燃性的性能要求。
本实施例中的汽车中间立柱、汽车前门防撞梁、汽车后门防撞梁等车辆结构增强部件可用于燃油汽车、天然气汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车等中的任意一种。
<实施例3>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯25份；
聚砜5份；
硫酸钡30份；
三烯丙基异氰脲酸酯1.997份；
色母5份；
聚苯并咪唑10份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10份；
聚甲基丙烯酸甲酯8份；
聚四氟乙烯5份；
石墨烯0.003份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为51MPa；断裂伸长率为97％；弯曲强度为30MPa；弯曲模量为1683MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为125kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为214kJ/㎡；弹性模量为2838MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为231℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.3％，成型收缩率(径向)为0。
在本实施例的塑料合金组合物中，各组分的特性和作用与实施例1中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印制备汽车车顶支架以及汽车侧门横梁等车辆结构增强部件。制备得到的车辆结构增强部件满足汽车工业生产中对车辆结构增强部件具有一定延伸性、优良的强度、抗凹陷性能、耐腐蚀性以及阻燃性的性能要求。
本实施例中的汽车车顶支架以及汽车侧门横梁等车辆结构增强部件可用于燃油汽车、天然气汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车等中的任意一种。
<实施例4>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜20份；
硫酸钡15份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母10份；
聚苯并咪唑15份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯14份；
石墨烯0.01份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为50MPa；断裂伸长率为96％；弯曲强度为30MPa；弯曲模量为1680MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为120kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为215kJ/㎡；弹性模量为2840MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为231℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.3％，成型收缩率(径向)为0。
相较于实施例1中同时采用了聚苯并咪唑和聚四氟乙烯来替代一部分聚砜，在本实施例的塑料合金组合物中，仅仅采用聚苯并咪唑替代一部分聚砜，聚砜的量为20份。其余各种组分的特性和作用与实施例1中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印可制备车辆的车框架、汽车底盘骨架、轮毂、刹车片、汽车车架大梁等车辆结构增强部件。
<实施例5>
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜20份；
硫酸钡15份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母10份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯14份；
聚四氟乙烯10份；
石墨烯0.01份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为51MPa；断裂伸长率为96％；弯曲强度为29MPa；弯曲模量为1685MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为122kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为214kJ/㎡；弹性模量为2839MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为231℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.3％，成型收缩率(径向)为0。
相较于实施例1中同时采用了聚苯并咪唑和聚四氟乙烯来替代一部分聚砜，在本实施例的塑料合金组合物中，仅仅采用聚四氟乙烯替代一部分聚砜，聚砜的量为20份。其余各种组分的特性和作用与实施例1中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印可制备车辆的车框架、汽车底盘骨架、轮毂、刹车片、汽车车架大梁等车辆结构增强部件。
<实施例6>
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜25份；
硫酸钡15份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母10份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯14份；
石墨烯0.01份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为51MPa；断裂伸长率为96％；弯曲强度为29MPa；弯曲模量为1685MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为122kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为214kJ/㎡；弹性模量为2839MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为231℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.3％，成型收缩率(径向)为0。
相较于实施例1，在本实施例的塑料合金组合物中，配方中不含有聚四氟乙烯和聚苯并咪唑，聚砜的量为25份。其余各种组分的特性和作用与实施例1中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印可制备车辆的车框架、汽车底盘骨架、轮毂、刹车片、汽车车架大梁等车辆结构增强部件。
<实施例7>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜15份；
硫酸钡25份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母4份；
聚苯并咪唑15份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯5份；
聚四氟乙烯8份；
石墨烯0.01份；
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为55MPa；断裂伸长率为115％；弯曲强度为38MPa；弯曲模量为1980MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为138kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为260kJ/㎡；弹性模量为2900MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为260℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.2％，成型收缩率(径向)为0。
在本实施例的塑料合金组合物中，各组分的特性和作用如下：
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物(ASA)的成型温度为170～230℃，收缩率0.4～0.7％，作为抗冲击改性树脂具有很强大防老化性，ASA的抗老化性能是 ABS的十倍。ASA具有比较好的耐高温性，具有一定阻燃性，防静电，使得产品表面不易积灰尘、产品表面质量好，使产品颜色持久稳定。
其余各组分的特性和作用与实施例1中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印制备汽车前桥、汽车后桥、汽车传动部件(例如离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器) 等车辆结构增强部件。制备得到的车辆结构增强部件满足汽车工业生产中对车辆结构增强部件具有良好的碰撞吸收能力和极佳的刚性，而且其机械性能、物理力学性能、热性能、燃烧性能、物理学性能俱佳的性能要求。
本实施例中的汽车前桥、汽车后桥、汽车传动部件等车辆结构增强部件可用于燃油汽车、天然气汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车等中的任意一种。
<实施例8>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯16份；
聚砜20份；
硫酸钡24份；
三烯丙基异氰脲酸酯1.992份；
色母6份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10份；
聚甲基丙烯酸甲酯10份；
聚四氟乙烯6份；
石墨烯0.008份；
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物4份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为58MPa；断裂伸长率为115％；弯曲强度为37MPa；弯曲模量为1983MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为136kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为258kJ/㎡；弹性模量为2904MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为260℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.2％，成型收缩率(径向)为0。
在本实施例的塑料合金组合物中，各组分的特性和作用与实施例7中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印制备汽车A柱加强板、汽车B柱加强板、汽车C柱加强板等车辆结构增强部件。制备得到的车辆结构增强部件满足汽车工业生产中对车辆结构增强部件具有良好的碰撞吸收能力和极佳的刚性，而且其机械性能、热性能、燃烧性能、物理学性能俱佳的性能要求。
本实施例中的汽车A柱加强板、汽车B柱加强板、汽车C柱加强板等车辆结构增强部件可用于燃油汽车、天然气汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车等中的任意一种。
<实施例9>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯25份；
聚砜5份；
硫酸钡20份；
三烯丙基异氰脲酸酯2.996份；
色母8份；
聚苯并咪唑8份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物7份；
聚甲基丙烯酸甲酯15份；
聚四氟乙烯4份；
石墨烯0.004份；
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物5份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为54MPa；断裂伸长率为116％；弯曲强度为39MPa；弯曲模量为1988MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为141kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为265kJ/㎡；弹性模量为2899MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为260℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.2％，成型收缩率(径向)为0。
在本实施例的塑料合金组合物中，各组分的特性和作用与实施例7中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印制备例如汽车车顶加强梁等车辆结构增强部件。制备得到的车辆结构增强部件满足汽车工业生产中对车辆结构增强部件具有良好的碰撞吸收能力和极佳的刚性，而且其机械性能、热性能、燃烧性能、物理学性能俱佳的性能要求。
本实施例中的汽车车顶加强梁等车辆结构增强部件可用于燃油汽车、天然气汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车等中的任意一种。
<实施例10>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜20份；
硫酸钡25份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母4份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯5份；
聚四氟乙烯8份；
石墨烯0.01份；
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为55MPa；断裂伸长率为115％；弯曲强度为33MPa；弯曲模量为1984MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为140kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为263kJ/㎡；弹性模量为2900MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为260℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.2％，成型收缩率(径向)为0。
相较于实施例7中同时采用了聚苯并咪唑和聚四氟乙烯来替代一部分聚砜，在本实施例的塑料合金组合物中，仅仅采用聚四氟乙烯替代一部分聚砜，聚砜的量为20份。其余各种组分的特性和作用与实施例7中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印可制备汽车前桥、汽车后桥、汽车传动部件等车辆结构增强部件。
<实施例11>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜20份；
硫酸钡25份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母4份；
聚苯并咪唑15份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯5份；
石墨烯0.01份；
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2份。
对本实施例制备所得的塑料合金组合物进行性能分析如下：
(1)机械性能：拉伸强度为53MPa；断裂伸长率为115％；弯曲强度为36MPa；弯曲模量为1984MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为139kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为260kJ/㎡；弹性模量为2905MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为260℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.2％，成型收缩率(径向)为0。
相较于实施例7中同时采用了聚苯并咪唑和聚四氟乙烯来替代一部分聚砜，在本实施例的塑料合金组合物中，仅仅采用聚苯并咪唑替代一部分聚砜，聚砜的量为20份。其余各种组分的特性和作用与实施例7中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印可制备汽车前桥、汽车后桥、汽车传动部件等车辆结构增强部件。
<实施例12>
本实施例中的塑料合金组合物包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10份；
聚砜15份；
硫酸钡25份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.99份；
色母4份；
聚苯并咪唑15份；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份；
聚甲基丙烯酸甲酯5份；
聚四氟乙烯8份；
石墨烯0.01份；
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2份。
(1)机械性能：拉伸强度为56MPa；断裂伸长率为115％；弯曲强度为40MPa；弯曲模量为1990MPa；悬臂梁冲击强度(缺口)为135kJ/㎡；悬臂梁冲击强度(无缺口)为260kJ/㎡；弹性模量为2901MPa。
(2)热性能：热变形温度(1.82MPa)为260℃；熔体流动速率(190℃/12160g) 为1.1g/min。
(3)燃烧性能：阻燃等级为BI(GB8624-97)。
(4)物理性能：密度为0.97g/cm3，成型收缩率(轴向)为0.2％，成型收缩率(径向)为0。
相较于实施例7，在本实施例的塑料合金组合物中，配方中不含有聚四氟乙烯和聚苯并咪唑，聚砜的量为25份。其余各种组分的特性和作用与实施例7中各组分的特性和作用一样，此处不再赘述。
由本实施例的塑料合金组合物作为3D打印的原料经3D打印制备可汽车前桥、汽车后桥、汽车传动部件等车辆结构增强部件。
实施例的作用与效果
根据上述实施例塑料合金组合物，由于其配方中包含聚丙烯、高密度聚乙烯、聚砜、硫酸钡、三烯丙基异氰脲酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、以及石墨烯，而且这些原料组分采用适当的配比，各原料组分的量依次为100份、10～25份、5～25 份、15～30份、0.994～3份、5～15份、0.003～0.01份，此外，还可根据所制备的塑胶合金组合物的用途来添加特定量的聚苯并咪唑、聚四氟乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、色母以及丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物中的一种至多种，正由于这些原料组分采用了适当的配比，所以上述实施例所制备得到的塑胶合金组合物机械性能佳、物理力学性能佳、热性能好、没有毒性、具有一定的阻燃性，而且密度仅为铝合金的密度的三分之一，成型收缩率较小。若上述组分不是采用特定的质量份数，那么制备所得到的塑胶合金组合物的性能将大大下降，不能满足制备汽车结构增强部件的要求。
由于上述实施例的塑料合金组合物密度仅为铝合金的密度的三分之一，但是各项性能不低于铝合金性能，是一种可替代传统的汽车用铝合金材料的新材料，因此，采用该塑料合金组合物可制备汽车零部件例如汽车的结构增强部件。而由于上述实施例的塑料合金组合物相对传统的铝合金材料减重了60％，因此通过这种塑料合金组合物制备的结构增强部件的重量可大大减轻，进而采用这样结构增强部件的汽车重量将大大减轻。有研究表明当汽车每减重10％，能耗将随之减少 6％～8％，其碳排放量将减少5～10％，也就意味着，上述实施例的具有上述结构增强部件的汽车的能耗将随之大大减少，碳排放量也随之大大减少，真正做到既节能又环保。此外，特别是对于纯电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池电动汽车等这类新能源车辆来说，减轻重量还有望大幅度提高其航程。其次，汽车结构增强部件的质量减轻，在运输配件和运输整车的过程中也更加轻便。
另外，因为塑料合金组合物大多数原料组分的产量大而且价廉，所以由这些组分制备的塑料合金组合物的成本也相对较低，其价格约为2～3万元/吨，与传统汽车部件用的铝合金材料的6万元/吨相比，性价比较高，有着巨大的价格优势。
另外，由于上述实施例的塑料合金组合物密度为0.97g/cm3仅仅为铝合金材料密度2.7g/cm3的三分之一左右，原来采用传统铝合金材料的汽车结构增强部件制造一辆汽车需要的用到材料的重量大，现在采用塑胶合金组合物的汽车结构增强部件制造一辆汽车所需的材料重量小，因此，采用上述实施例的塑料合金组合物来制造汽车相较于采用传统铝合金材料来制造汽车，材料用量减少成本也将大大降低，而由上述内容可知上述实施例的塑料合金组合物价格仅仅为铝合金材料的二分之一到三分之一，所以一辆整车的汽车结构增强部件的成本不到传统铝合金汽车结构增强部件的成本的六分之一，有着巨大的市场前景。
另外，由于上述实施例的塑料合金组合物可通过色母来对颜色调控，从而可根据用户需求定制得到所需颜色的结构增强部件。由于制备成型的结构增强部件本身就是有颜色，因此只需简单抛光便能满足人们对汽车颜色的需求，免去了过程复杂、花费昂贵且有污染的喷漆工艺。
另外，由于上述实施例的塑料合金组合物大多数原料是高分子原料，因此，在汽车结构增强部件损坏时，例如撞击形成凹陷，可通热熔、激光等手段增补一些同样塑料合金组合物上去，就可以抹平原来的凹陷，而且颜色质地都和原来的结构增强部件一样，这样一来维修的可修复性强，维修过程也相对简单。
另外，由于上述实施例的塑料合金组合物是按照车用材料的高标准来制备的，因此，即使当汽车使用年限已满后，仍然可以将这些材料的汽车零部件拆卸下来通过熔融和再造粒可将这些汽车零部件再还原为颗粒状的塑料合金组合物，而这些颗粒状的塑料合金组合物仍然具备良好的机械性能、物理力学性能和阻燃性能，还可将其用在例如工业管道、家用电器外壳等领域，从而实现二次利用，可循环再生，做到了减少排放保护环境。
另外，由于上述实施例的塑料合金组合物性能优异，除了可通过注塑工艺来制造结构增强部件外，更可以作为3D打印结构增强部件的原料，通过3D打印来制造汽车的结构增强部件。采用塑料合金组合物3D打印制备汽车零部件可将原来的2万多个零部件经3D打印成简化，使多个部件一体成型，摒弃了传统设计设计模具—模具冲压—倒模等复杂的汽车结构增强部件的制备过程，不仅减少了零部件的数量，使得一辆整车仅需要40多个零部件就可以组装，而且也简化了组装流程，缩短了组装时间。
其次，由于上述实施例的塑料合金组合物可经3D打印制备汽车结构增强部件是一步成型的，免去了传统汽车制造工艺的中间过程中庞大数量的各种零部件的存储和运输过程，减少对存储空间的占用。
再者，相较于铝合金材料制作为结构增强部件的损坏，由于上述实施例的塑料合金组合物可经3D打印制备汽车结构增强部件，将颗粒状的塑料合金组合物加工成粉状或丝状后经3D打印设备熔融就直接成型为汽车结构增强部件，所以整个制备过程几乎是无损耗的。
进一步，上述实施例的配方中采用聚四氟乙烯、聚苯并咪唑来替代聚砜，在保证塑料合金组合物产品各项性能指标合格的同时解决了目前聚砜产量不足的问题。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种塑料合金组合物，其特征在于，包含以下按照质量份数计量的原料组分：
聚丙烯100份；
高密度聚乙烯10～25份；
聚砜5～25份；
硫酸钡15～30份；
三烯丙基异氰脲酸酯0.994～3份；
聚甲基丙烯酸甲酯5～15份；
石墨烯0.003～0.01份。
2.根据权利要求1所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
聚苯并咪唑10～15份，
其中，所述聚砜为5～20份，
所述三烯丙基异氰脲酸酯为0.994～1.997份，
所述聚甲基丙烯酸甲酯为8～14份。
3.根据权利要求1所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
聚四氟乙烯5～10份，
其中，所述聚砜为5～20份，
所述三烯丙基异氰脲酸酯为0.994～1.997份，
所述聚甲基丙烯酸甲酯为8～14份。
4.根据权利要求1所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
聚苯并咪唑10～15份；以及
聚四氟乙烯5～10份，
其中，所述聚砜为5～15份，
所述三烯丙基异氰脲酸酯为0.994～1.997份，
所述聚甲基丙烯酸甲酯为8～14份。
5.根据权利要求2～4中任意一项所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10～20份。
6.根据权利要求2～4中任意一项所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
色母10～15份。
7.根据权利要求1所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
聚苯并咪唑8～15份；以及
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2～5份，
其中，所述聚砜为5～20份，
所述硫酸钡为20～25份，
所述三烯丙基异氰脲酸酯为1～3份，
所述石墨烯为0.004～0.01份。
8.根据权利要求1所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
聚四氟乙烯4～8份；以及
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2～5份，
其中，所述聚砜为5～20份，
所述硫酸钡为20～25份，
所述三烯丙基异氰脲酸酯为1～3份，
所述石墨烯为0.004～0.01份。
9.根据权利要求1所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
聚苯并咪唑8～15份；
聚四氟乙烯4～8份；以及
丙烯酸橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物2～5份，
其中，所述聚砜为5～15份，
所述硫酸钡为20～25份，
所述三烯丙基异氰脲酸酯为1～3份，
所述石墨烯为0.004～0.01份。
10.根据权利要求7～9中任意一项所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物7～15份。
11.根据权利要求7～9中任意一项所述的塑料合金组合物，其特征在于，还包含：
色母4～8份。
12.一种车辆结构增强部件，其特征在于：
所述车辆结构增强部件由塑料合金组合物制备而成，
其中，所述塑料合金组合物为权利要求1～11中任意一项所述的塑料合金组合物。
13.一种车辆，其特征在于，具有：
车辆结构增强部件，
其中，所述车辆结构增强部件为权利要求12所述的车辆结构增强部件。
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