CN108559199A - 用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料及其制备方法。该复合材料按照重量份的原料包括聚氯乙烯塑料、加强型聚氨酯、高密度聚乙烯、碳纤维气凝胶、钛白粉、发泡剂、发泡助剂、阻燃剂、无机填料、抗冲击剂和分散润滑剂。本发明制备的轻质复合材料不仅具有良好的韧性、热塑性、拉伸性、抗冲击性和阻燃性，而且具有质轻、耐腐蚀性、抗菌性和耐老化性能，本发明同时采用发泡剂和发泡助剂，降低了发泡反应温度，改善了发泡质量，提高了无机填料在塑料间的相容性，密度降低幅度较大，从而获得高品质的轻质复合材料。且本发明制备方法简单，原料成本低，能够广泛的用于制作各类汽车用塑料零件。

Description

用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料及其制备方法
技术领域
本申请属于新材料技术领域，具体地说，涉及用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料及其制备方法。
背景技术
新能源汽车行业的快速发展，体现了人们对环保的强烈渴望，但电池寿命短、行驶里程少的缺陷也制约了其普及。因此，未来不论是减少传统内燃机汽车油耗，还是提高新能源汽车的行驶里程，以促进消费者对新能源汽车的认可度，降低整车重量是新能源汽车产业的发展方向。
以汽车前端模块为例，它由多个部件构成，包括前向照明系统、散热器和冷却风扇、空调冷凝器、格栅口加固板、吸撞缓冲区、带有装饰面板的保险杠、车前盖锁闭系统、雨刷喷水瓶，以及各种电子组件和线路布置等，具有组件多、制件重的特点。如果继续使用传统金属材料，难免会增加重量和成本，而且对零件装配环节的要求也将更高。对此，在前端引入轻质材料，可以起到明显的减重效果和降低成本。
但是，现有塑料或改性塑料的抗菌性和耐温抗老化性有待优化，且柔韧轻质化需要进一步完善。
发明内容
有鉴于此，本申请所要解决的问题是提供用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料及其制备方法，该轻质复合材料在保障机械加工性能、耐腐蚀性、抗菌性和耐温抗老化性等性能的基础上，改善了发泡质量，提高了无机填料在塑料间的相容性，有效降低了材料密度，实现了材料的柔韧轻质化。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案得以实现：
本发明一方面提供了一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，按照重量份的原料包括：聚氯乙烯塑料40-60份、加强型聚氨酯20-30份、高密度聚乙烯10-20份、碳纤维气凝胶3-5份、钛白粉1-3份、发泡剂6-10份、发泡助剂0.2-0.5份、阻燃剂1-3份、无机填料3-7份、抗冲击剂2-4份、分散润滑剂1-3份。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，按照重量份的原料包括：聚氯乙烯塑料50份、加强型聚氨酯25份、高密度聚乙烯15份、碳纤维气凝胶4份、钛白粉2份、发泡剂8份、发泡助剂0.35份、阻燃剂2份、无机填料5份、抗冲击剂3份、分散润滑剂2份。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，所述碳纤维气凝胶粒径为5-10nm。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸二异丙酯或碳酸氢钠中一种或多种混合。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，所述发泡助剂为纳米氧化锌。
本发明的纳米氧化锌在光照条件下，在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应(包括细菌内的有机物)，从而把大多数病菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和病毒杀死；从而提高材料的抗菌性能。
另外纳米氧化锌作为发泡助剂降低了发泡反应温度，改善了发泡质量，提高了无机填料在塑料间的相容性，密度降低幅度较大。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，所述阻燃剂为磷酸三(2,3-二溴丙基)酯、磷酸甲苯二苯酯或磷酸三苯酯中一种或多种混合。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，所述无机填料为硅藻土、蒙脱土或轻质碳酸钙中一种或多种混合。
本发明选用的无机填料，主要为多孔无机材料；无机填料和碳纤维气凝胶粒复合能够有效降低材料的密度，而且能够提高材料的耐温抗老化性等性能。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，所述抗冲击剂为乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶或氯化聚乙烯中一种或多种混合。
结合第一方面，在一种可能的实施例中，所述分散润滑剂为硬酯酸单甘油酯、乙烯-丙烯酸共聚物或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种混合。
本发明第二方面提供了上述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份称取各原料；
2)将聚氯乙烯塑料、加强型聚氨酯、高密度聚乙烯一起混合粉碎成粒径为0.5-2cm的颗粒混合物；
3)将碳纤维气凝胶放入粉碎机中以1500-2500r/min的速度进行粉碎10-20min，获得粒径为10μm以下的碳纤维气凝胶微粉；
4)将粉碎后的碳纤维气凝胶微粉、钛白粉、发泡剂、发泡助剂、阻燃剂、无机填料、抗冲击剂、分散润滑剂依次放入超高速混合机中，以1000-1800r/min的速度进行预混20-30min；
5)将混合均匀的物料转入涡轮式搅拌器中，在80-90℃下以2000-2200r/min的转速搅拌1-2小时，进行发泡反应；最后经过造粒机继续加热至130-150℃，经过磨头挤出块状物，然后粉碎至细度为20μm以下，过滤包装，即得所述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
本发明制备的轻质复合材料不仅具有良好的韧性、热塑性、拉伸性、抗冲击性和阻燃性，而且具有质轻、耐腐蚀性、抗菌性和耐温抗老化性，本发明同时采用发泡剂和发泡助剂，降低了发泡反应温度，改善了发泡质量，提高了无机填料在塑料间的相容性，密度降低幅度较大，从而获得高品质的轻质复合材料。且本发明制备方法简单，原料成本低，能够广泛的用于制作各类汽车用塑料零件。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
具体实施方式
以下将通过实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明具体实施例和对比例中所用原料、设备均为已知产品，均来自市售产品。
实施例1
本实施例第一方面提供了一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，按照重量份的原料包括：聚氯乙烯塑料40份、加强型聚氨酯20份、高密度聚乙烯10份、碳纤维气凝胶3份、钛白粉1份、发泡剂6份、发泡助剂0.2份、阻燃剂1份、无机填料3份、抗冲击剂2份、分散润滑剂1份。
所述碳纤维气凝胶粒径为5-10nm。
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
所述发泡助剂为纳米氧化锌。
所述阻燃剂为磷酸三(2,3-二溴丙基)酯。
所述无机填料为硅藻土。
所述抗冲击剂为乙烯-辛烯共聚物。
所述分散润滑剂为硬酯酸单甘油酯。
本发明第二方面提供了上述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取各原料；
2)将聚氯乙烯塑料、加强型聚氨酯、高密度聚乙烯一起混合粉碎成粒径为0.5-2cm的颗粒混合物；
3)将碳纤维气凝胶放入粉碎机中以1500r/min的速度进行粉碎10min，获得粒径为10μm以下的碳纤维气凝胶微粉；
4)将粉碎后的碳纤维气凝胶微粉、钛白粉、发泡剂、发泡助剂、阻燃剂、无机填料、抗冲击剂、分散润滑剂依次放入超高速混合机中，以1000r/min的速度进行预混20min；
5)将混合均匀的物料转入涡轮式搅拌器中，在80℃下以2000r/min的转速搅拌1小时，进行发泡反应；最后经过造粒机继续加热至130℃，经过磨头挤出块状物，然后粉碎至细度为20μm以下，过滤包装，即得所述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料。
实施例2
本实施例的用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料及其制备方法与实施例1相类似，提供一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，按照重量份的原料包括：聚氯乙烯塑料50份、加强型聚氨酯25份、高密度聚乙烯15份、碳纤维气凝胶4份、钛白粉2份、发泡剂8份、发泡助剂0.35份、阻燃剂2份、无机填料5份、抗冲击剂3份、分散润滑剂2份。
所述碳纤维气凝胶粒径为5-10nm。
所述发泡剂为碳酸二异丙酯。
所述发泡助剂为纳米氧化锌。
所述阻燃剂为磷酸甲苯二苯酯。
所述无机填料为蒙脱土。
所述抗冲击剂为三元乙丙橡胶。
所述分散润滑剂为乙烯-丙烯酸共聚物。
本实施例第二方面提供了上述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取各原料；
2)将聚氯乙烯塑料、加强型聚氨酯、高密度聚乙烯一起混合粉碎成粒径为0.5-2cm的颗粒混合物；
3)将碳纤维气凝胶放入粉碎机中以2000r/min的速度进行粉碎15min，获得粒径为10μm以下的碳纤维气凝胶微粉；
4)将粉碎后的碳纤维气凝胶微粉、钛白粉、发泡剂、发泡助剂、阻燃剂、无机填料、抗冲击剂、分散润滑剂依次放入超高速混合机中，以1400r/min的速度进行预混25min；
5)将混合均匀的物料转入涡轮式搅拌器中，在85℃下以2100r/min的转速搅拌1.5小时，进行发泡反应；最后经过造粒机继续加热至140℃，经过磨头挤出块状物，然后粉碎至细度为20μm以下，过滤包装，即得所述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料。
实施例3
本实施例的用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料及其制备方法与实施例1相类似，提供一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，按照重量份的原料包括：聚氯乙烯塑料60份、加强型聚氨酯30份、高密度聚乙烯20份、碳纤维气凝胶5份、钛白粉3份、发泡剂10份、发泡助剂0.5份、阻燃剂3份、无机填料7份、抗冲击剂4份、分散润滑剂3份。
所述碳纤维气凝胶粒径为5-10nm。
所述发泡剂为碳酸氢钠。
所述发泡助剂为纳米氧化锌。
所述阻燃剂为磷酸三苯酯。
所述无机填料为轻质碳酸钙。
所述抗冲击剂为氯化聚乙烯。
所述分散润滑剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
本实施例第二方面提供了上述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取各原料；
2)将聚氯乙烯塑料、加强型聚氨酯、高密度聚乙烯一起混合粉碎成粒径为0.5-2cm的颗粒混合物；
3)将碳纤维气凝胶放入粉碎机中以2500r/min的速度进行粉碎20min，获得粒径为10μm以下的碳纤维气凝胶微粉；
4)将粉碎后的碳纤维气凝胶微粉、钛白粉、发泡剂、发泡助剂、阻燃剂、无机填料、抗冲击剂、分散润滑剂依次放入超高速混合机中，以1800r/min的速度进行预混30min；
5)将混合均匀的物料转入涡轮式搅拌器中，在90℃下以2200r/min的转速搅拌2小时，进行发泡反应；最后经过造粒机继续加热至150℃，经过磨头挤出块状物，然后粉碎至细度为20μm以下，过滤包装，即得所述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料。
对比例1
本对比例提供的用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料与实施例1的区别仅在于：原料组成中不包含碳纤维气凝胶和发泡助剂。
测试例1
对本发明实施例1-3和对比例1的用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料进行性能测试。具体测试结果见表1。
表1：
从表1知，本发明实施例1至3所检测的五项性能明显优于对比例1的性能。因对比例1提供的用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料的原料组成中不包含碳纤维气凝胶和发泡助剂，导致发泡质量欠佳，密度降低幅度不明显，因此，本发明中用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料的配方各组份在优选数值范围内能够协同增效，从而制备出高品质的轻质复合材料，广泛的用于制作各类汽车用塑料零件。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
本发明制备的轻质复合材料不仅具有良好的韧性、热塑性、拉伸性、抗冲击性和阻燃性，而且具有质轻、耐腐蚀性、抗菌性和耐温抗老化性，本发明同时采用发泡剂和发泡助剂，降低了发泡反应温度，改善了发泡质量，提高了无机填料在塑料间的相容性，密度降低幅度较大，从而获得高品质的轻质复合材料。且本发明制备方法简单，原料成本低，能够广泛的用于制作各类汽车用塑料零件。
本发明还存在其它多种可实施的技术方案，在此不做一一列举，本发明权利要求中要求保护的技术方案都是可以实施的。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知常识。
如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，按照重量份的原料包括：聚氯乙烯塑料40-60份、加强型聚氨酯20-30份、高密度聚乙烯10-20份、碳纤维气凝胶3-5份、钛白粉1-3份、发泡剂6-10份、发泡助剂0.2-0.5份、阻燃剂1-3份、无机填料3-7份、抗冲击剂2-4份、分散润滑剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，按照重量份的原料包括：聚氯乙烯塑料50份、加强型聚氨酯25份、高密度聚乙烯15份、碳纤维气凝胶4份、钛白粉2份、发泡剂8份、发泡助剂0.35份、阻燃剂2份、无机填料5份、抗冲击剂3份、分散润滑剂2份。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，所述碳纤维气凝胶粒径为5-10nm。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、碳酸二异丙酯或碳酸氢钠中一种或多种混合。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，所述发泡助剂为纳米氧化锌。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为磷酸三(2,3-二溴丙基)酯、磷酸甲苯二苯酯或磷酸三苯酯中一种或多种混合。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，所述无机填料为硅藻土、蒙脱土或轻质碳酸钙中一种或多种混合。
8.根据权利要求1或2所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，所述抗冲击剂为乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶或氯化聚乙烯中一种或多种混合。
9.根据权利要求1或2所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料，其特征在于，所述分散润滑剂为硬酯酸单甘油酯、乙烯-丙烯酸共聚物或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种混合。
10.权利要求1至9任一项所述的一种用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份称取各原料；
2)将聚氯乙烯塑料、加强型聚氨酯、高密度聚乙烯一起混合粉碎成粒径为0.5-2cm的颗粒混合物；
3)将碳纤维气凝胶放入粉碎机中以1500-2500r/min的速度进行粉碎10-20min，获得粒径为10μm以下的碳纤维气凝胶微粉；
4)将粉碎后的碳纤维气凝胶微粉、钛白粉、发泡剂、发泡助剂、阻燃剂、无机填料、抗冲击剂、分散润滑剂依次放入超高速混合机中，以1000-1800r/min的速度进行预混20-30min；
5)将混合均匀的物料转入涡轮式搅拌器中，在80-90℃下以2000-2200r/min的转速搅拌1-2小时，进行发泡反应；最后经过造粒机继续加热至130-150℃，经过磨头挤出块状物，然后粉碎至细度为20μm以下，过滤包装，即得所述用于新能源汽车零部件加工的轻质复合材料。
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