CN109233098A - 用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料及其制备方法，所述的制备方法包括将发泡剂与填充粒子共混，与聚丙烯树脂通过失重称下料到双螺杆挤出机中，经剪切、混炼后得到熔融混合物，将熔融混合物通过熔体泵增压、过滤器过滤后得到熔融物，将熔融物注入到模具中，在120～150℃保温3～7min，冷却到室温，得到所述的发泡聚丙烯复合材料；通过不同性状、类型的填充粒子填充发泡聚丙烯树脂中，提高了发泡聚丙烯复合材料的力学强度；填充粒子填充在发泡聚丙烯树脂的孔壁内相互交织、连系，高了泡孔孔壁的强度，确保制备得到的发泡聚丙烯复合材料不易变形，抗冲击能力强，提高了汽车在发生碰撞时的抗变形能力。

Description

用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
为了减轻汽车自重，提高燃油效率，泡沫结构的塑料件成为汽车零部件材料的重点发展方向。泡沫塑料具有质轻、隔热、隔音和缓冲(吸能)的功能和特点，而发泡聚丙烯是综合性能先进的泡沫塑料，其具有优异的韧性和耐热温度高的优点。其突出的优点是，(1)耐热性高，耐热温度可达120℃；(2)优良的回弹性与韧性，弹性模量达1.50GPa，保证了产品良好的挺性；(3)闭孔结构使其具备了优良的隔热性能，热导率在0.06W/(m·K)左右；(4)塑化加工温度低，可与其他片材进行层压贴合、焊接和粘接，形成双层或三层夹心复合板材；(5)可适合热塑模压二次成型工艺，并且能锯、钉和打孔；(6)属于环保性绿色材料，耐化学腐蚀，并且不含有毒物质、无异味。
发泡聚丙烯复合材料在汽车上的应用不断地扩大和深化，由最初的保险杠缓冲模块已逐渐扩展到顶棚、仪表板衬材、车门板衬材、搁物板、尾箱等零部件，已成为多用途的汽车材料，但是，为了降低聚丙烯树脂材料的重量，对其进行发泡处理后，其自身的强度还是有所牺牲，在车辆发生碰撞时，汽车内饰件的强度不足，极易产生较大的变形，并对乘客的安全造成极大的影响。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，进一步的提高发泡聚丙烯复合材料的机械强度，确保汽车内乘客的安全。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，包括将发泡剂与填充粒子共混，与聚丙烯树脂通过失重称下料到双螺杆挤出机中，经剪切、混炼后得到熔融混合物，将熔融混合物通过熔体泵增压、过滤器过滤后得到熔融物，将熔融物注入到模具中，在120～150℃保温3～7min，冷却到室温，得到所述的发泡聚丙烯复合材料；
所述的填充粒子为层状粒子、纤维状粒子或针状粒子中至少两种的混合物。
优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂2～7.5份、填充粒子3～12份、聚丙烯树脂45～68份。
优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂3～6份、填充粒子5～10份、聚丙烯树脂50～60份。
优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、纤维状粒子7份、聚丙烯树脂55份。
优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、针状粒子7份、聚丙烯树脂55份。
优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、纤维状粒子3份、针状粒子4份、聚丙烯树脂55份。
优选的，所述的发泡剂为柠檬酸系发泡剂。
优选的，所述层状粒子为凹凸棒土、膨润土、蒙脱土、高岭土、绢云母、白云母、金云母、滑石粉中的至少一种；
所述的纤维状粒子为玻璃纤维、氧化铝纤维、碳纤维、氧化镁纤维中的至少一种；
所述的针状粒子为硅酸钙、硅灰石、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须中的至少一种。
优选的，所述层状粒子的长度为1～2μm，厚度为100～200nm；
所述纤维状粒子的截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm；
所述针状粒子的长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm。
本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明中，通过不同性状、类型的填充粒子填充发泡聚丙烯树脂中，相较于传统的发泡聚丙烯树脂而言，提高了发泡聚丙烯复合材料的力学强度；不同性状、类型的填充粒子填充在发泡聚丙烯树脂的孔壁内，相互交织、连系，从而进一步提高了泡孔孔壁的强度，确保制备得到的发泡聚丙烯复合材料不易变形，抗冲击能力强，提高了汽车在发生碰撞时的抗变形能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
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，下面结合具体的实施例，进一步阐明本发明。
本发明提供了一种用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，包括将发泡剂与填充粒子共混，与聚丙烯树脂通过失重称下料到双螺杆挤出机中，经剪切、混炼后得到熔融混合物，将熔融混合物通过熔体泵增压、过滤器过滤后得到熔融物，将熔融物注入到模具中，在120～150℃保温3～7min，冷却到室温，得到所述的发泡聚丙烯复合材料；
所述的填充粒子为层状粒子、纤维状粒子或针状粒子中至少两种的混合物。
本发明中，通过不同性状、类型的填充粒子填充到发泡的聚丙烯树脂中，相比较传统的聚丙烯树脂的发泡而言，增大了发泡的难度，聚丙烯树脂内较大泡孔的孔径与较小泡孔的孔径差变小，从而确保了聚丙烯树脂内泡孔孔径的均匀性；提高了发泡聚丙烯复合材料的力学强度；不同性状、类型的填充粒子填充在发泡聚丙烯树脂的孔壁内，相互交织、连系，从而进一步提高了泡孔孔壁的强度，确保制备得到的发泡聚丙烯复合材料不易变形，抗冲击能力强，提高了汽车在发生碰撞时的抗变形能力。
本发明中，所述的填充粒子为层状粒子和纤维状粒子的混合物；
或，所述的填充粒子为层状粒子和针状粒子的混合物；
或，所述的填充粒子为纤维状粒子和针状粒子的混合物；
或，所述的填充粒子为层状粒子、纤维状粒子和针状粒子的混合物。
根据本发明，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂2～7.5份、填充粒子3～12份、聚丙烯树脂45～68份。
进一步的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂3～6份、填充粒子5～10份、聚丙烯树脂50～60份。
作为优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、纤维状粒子7份、聚丙烯树脂55份。
作为优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、针状粒子7份、聚丙烯树脂55份。
作为优选的，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、纤维状粒子3份、针状粒子4份、聚丙烯树脂55份。
本发明中所述的发泡剂为柠檬酸系发泡剂。该柠檬酸系发泡剂为柠檬酸和小苏打NaHCO3的等重量比混合物，粒度在1000目以上。传统的AC发泡剂(偶氮二甲酰胺)，因为含有胺类物质，在生产的过程中容易产生环境污染，产品受热时也会有明显的异味，不适合用于汽车内饰件；本发明所述的柠檬酸系发泡剂为化学环保型发泡剂，在生产过程中无环境污染，并且在产品受热的过程中也不会散发异味，长期使用安全无毒。
本发明中，所述层状粒子为凹凸棒土、膨润土、蒙脱土、高岭土、绢云母、白云母、金云母、滑石粉中的至少一种；
所述的纤维状粒子为玻璃纤维、氧化铝纤维、碳纤维、氧化镁纤维中的至少一种；
所述的针状粒子为硅酸钙、硅灰石、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须中的至少一种。
进一步的，所述层状粒子的长度为1～2μm，厚度为100～200nm；
所述纤维状粒子的截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm；
所述针状粒子的长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm。
通过将上述填充粒子的大小限定在上述范围内，不仅能够确保所述的发泡聚丙烯复合材料能够更好的成型，保证较好的成型率，还能确保制备得到的发泡聚丙烯复合材料具有较高的抗冲击强度。
本发明中，所述聚丙烯树脂的熔融指数在2～10g/10min(230℃、2.16kg)，在该范围内的聚丙烯树脂，在浇注到模具的过程中，可以保持较好的流动性，从而确保更好的浸润、铺展能力，使其充分的填充到模具中，熔融指数过大时，虽能保持较好的流动能力，但是，不利于形成稳定的泡孔结构，从而无法得到均匀一致的泡孔结构。具体的，所述的聚丙烯树脂可以举出如中国石化上海石化有限公司生产的F560EPS(熔融指数6g/10min，230℃、2.16kg)，中国石化上海石化有限公司生产的F800E(熔融指数8g/10min，230℃、2.16kg)，北欧化工生产的WB120HMS(熔融指数2.5g/10min，230℃、2.16kg)。
本发明中，所述双螺杆挤出机的料筒温度为150～210℃，模头温度为160～180℃，主机转速为50～100r/min。
以下通过具体的实施例对本发明提供的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料做出进一步的说明。
实施例1
一种用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法：
包括将柠檬酸系发泡剂5份与凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)3份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)3份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)4份共混，与F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份通过失重称下料到双螺杆挤出机中，经剪切、混炼后得到熔融混合物，将熔融混合物通过熔体泵增压、过滤器过滤后得到熔融物，将熔融物注入到模具中，在120～150℃保温5min，冷却到室温，得到所述的发泡聚丙烯复合材料；
所述的柠檬酸系发泡剂为柠檬酸和小苏打NaHCO3的等重量比混合物，粒度为1250目；
实施例2
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)3份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)7份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例3
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)3份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)7份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例4
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)3份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)7份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例5
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂3份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)3份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)3份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)4份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)50份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例6
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂6份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)3份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)3份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)4份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)60份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例7
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)2份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)2份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)1份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例8
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂2份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)2份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)1份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)45份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例9
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂7.5份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)5份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)4份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)3份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)68份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例10
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，聚丙烯树脂采用中石化上海石化的F800E(8g/10min，230℃、2.16kg)，其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例11
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，聚丙烯树脂采用北欧化工的WB120HMS(2.5g/10min，230℃、2.16kg)，其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例12
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、膨润土(长度1～2μm，厚度100～200mm)3份、氧化铝纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)3份、硅灰石(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)4份共混，与F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
实施例13
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、高岭土(长度1～2μm，厚度100～200mm)3份、碳纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)3份、硫酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)4份共混，与F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
对比例1
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，聚丙烯树脂采用北欧化工的WF420HMS(23g/10min，230℃、2.16kg)，其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
对比例2
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)10份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
对比例3
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)10份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
对比例4
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)10份、F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
对比例5
如实施例1中用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，不同的是，发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：柠檬酸系发泡剂5份、凹凸棒土(长度1～2μm，厚度150mm)1份、玻璃纤维(截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm)0.5份、硅酸钙(长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm)1份共混，与F560EPS(中石化上海石化6g/10min，230℃、2.16kg)55份；
其余不变，制备得到所述的发泡聚丙烯复合材料。
性能测试：
1、按照GB/T1040 2006标准，采用美国英斯特朗公司生产的INSTRON万能材料试验机，测试实施例1-13、对比例1-5中制备得到的发泡聚丙烯复合材料的断裂伸长率；
2、按照GB/T 1043.1-2008的方法测试实施例1-13、对比例1-5中制备得到的发泡聚丙烯复合材料的简支梁冲击强度；
3、按照GB/T18696.2-2002的方法测试实施例1-13、对比例1-5中制备得到的发泡聚丙烯复合材料的吸声系数。测试样品是直径为7.8cm，测试频率为100～2500Hz。
表1：实施例1-13、对比例1-5中制备得到的发泡聚丙烯复合材料性能
结合上述试验数据可以看出，本发明提供的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料具有优异的冲击强度和优异的吸声系数。
针对上述实施例中制备得到的发泡聚丙烯复合材料，特别的选择并测试观察了实施例1、实施例10、实施例11和对比例1，即不同熔融指数的聚丙烯树脂原料用于制备该发泡聚丙烯复合材料时的泡孔结构情况；
采用日本日立制作所生产的S-4700型电场反射型扫描电子显微镜，以倍率500倍观察了上述制备得到的聚丙烯树脂原料的剖面，随机选择并测定了20个泡孔结构的泡孔大小，计算算术平均值以及方差；
表2：实施例1、10、11和对比例1的发泡聚丙烯复合材料泡孔结构对比
泡孔大小平均值μm 方差
实施例1 359.45 1.24
实施例10 384.28 1.26
实施例11 253.12 1.30
对比例1 536.16 3.69
由上述试验数据可以看出，本发明提供的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的泡孔均匀性更好，泡孔大小更趋于一致。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括将发泡剂与填充粒子共混，与聚丙烯树脂通过失重称下料到双螺杆挤出机中，经剪切、混炼后得到熔融混合物，将熔融混合物通过熔体泵增压、过滤器过滤后得到熔融物，将熔融物注入到模具中，在120～150℃保温3～7min，冷却到室温，得到所述的发泡聚丙烯复合材料；
所述的填充粒子为层状粒子、纤维状粒子或针状粒子中至少两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂2～7.5份、填充粒子3～12份、聚丙烯树脂45～68份。
3.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂3～6份、填充粒子5～10份、聚丙烯树脂50～60份。
4.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、纤维状粒子7份、聚丙烯树脂55份。
5.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、针状粒子7份、聚丙烯树脂55份。
6.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：发泡聚丙烯复合材料的原料组合物包括：发泡剂5份、层状粒子3份、纤维状粒子3份、针状粒子4份、聚丙烯树脂55份。
7.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述的发泡剂为柠檬酸系发泡剂。
8.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述层状粒子为凹凸棒土、膨润土、蒙脱土、高岭土、绢云母、白云母、金云母、滑石粉中的至少一种；
所述的纤维状粒子为玻璃纤维、氧化铝纤维、碳纤维、氧化镁纤维中的至少一种；
所述的针状粒子为硅酸钙、硅灰石、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述层状粒子的长度为1～2μm，厚度为100～200nm；
所述纤维状粒子的截面直径为1～4μm；长度为0.5～2mm；
所述针状粒子的长度为5～12μm，根部直径为1～1.5μm。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到的用于汽车内饰件的发泡聚丙烯复合材料。
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