CN109251351A - 一种聚丙烯泡沫材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种聚丙烯泡沫材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚丙烯泡沫材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：将造孔材料与聚丙烯基体复合，采用HF溶液腐蚀剔除造孔材料即形成所述聚丙烯泡沫材料。采用本申请中技术方案具有成本低廉，性能可调，生产过程简单的优点，同时，形成的聚丙烯泡沫材料具有低密度、高强度和高能量吸收性能，在汽车保险杠领域具有应用价值。

Description

一种聚丙烯泡沫材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种泡沫材料，特别是涉及一种聚丙烯泡沫材料及其制备方法和用途。
背景技术
随着环境和能源危机，汽车轻量化受到政府部门和汽车行业从业者的广泛关注。为了达到汽车轻量化效果，EPDM由于其低密度0.87g/cm3，耐腐蚀性等性能被广泛应用在汽车保险杠上。
汽车保险杠是吸收和缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。对汽车或驾驶员在冲撞受力的时候，产生缓冲的作用。保险杠材料失效的现象比较复杂，但强度不足引起的失效现象主要还是屈服和断裂两种现象，对于保险杠系统通常以屈服形式失效。保险杠在设计时主要考虑车辆行驶冲撞时防止车辆损坏。在选用材料时，需要流动性好，耐热，耐化学药品性能好，表面硬度高，耐老化性能好，耐磨性能好。
而如何在保证轻量化的基础上达到上述效果是急需解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种聚丙烯泡沫材料，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。
本发明提供一种聚丙烯泡沫材料的制备方法，将造孔材料与聚丙烯基体复合，采用HF溶液腐蚀剔除造孔材料即形成所述聚丙烯泡沫材料。
优选地，所述复合时机为在聚丙烯基体制备时或在聚丙烯基体制备完成后。
优选地，在聚丙烯基体制备时复合，是将造孔材料加入用于形成聚丙烯基体的原材料中，形成复合有造孔材料的聚丙烯基体。在聚丙烯基体制备时复合，是在合成聚丙烯的原料中加入造孔材料，在聚合完成时，即完成复合。更优选地，将合成聚丙烯的原材料与三维多孔结构的造孔材料放在一定形状的模具中，在20～90℃和2～5MPa下聚合，形成复合有造孔材料的三元乙丙橡胶基体。
优选地，在聚丙烯基体制备完成后复合，是将聚丙烯基体熔化后与所述造孔材料复合。更优选地，熔化温度为180～190℃。更优选地，熔化压力为15～25kg。
优选地，所述造孔材料为具有三维多孔结构的Ti材料。优选地，所述Ti材料包括Ti丝，Ti纤维或者Ti管中的一种或多种。所述微孔多孔结构为将Ti材料编织或者绕制而成。
优选地，所述Ti材料的直径为0.05～50mm，其长度根据材料孔隙率和尺寸大小确定。
优选地，所述造孔材料与所述聚丙烯基体的体积比为1：19～19：1。
优选地，所述HF溶液的浓度为1～23mol/L。
一种聚丙烯泡沫材料由上述方法制备获得。优选地，所述聚丙烯泡沫材料的孔隙率为5％-98％。优选地，所述聚丙烯泡沫材料的孔隙率为10％-90％。采用本申请中技术方案，形成的聚丙烯泡沫材料的孔隙率在此范围内能够根据需要准确调节。
如上述所述聚丙烯泡沫材料制备汽车保险杠的用途。
本申请技术方案的有益效果为：
采用本申请中技术方案具有成本低廉，性能可调，生产过程简单的优点，同时，形成的聚丙烯泡沫材料具有低密度、高强度和高能量吸收性能，在汽车保险杠领域具有应用价值。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本申请实施例中公开了聚丙烯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：将造孔材料与聚丙烯基体复合，采用HF溶液腐蚀剔除造孔材料即形成所述聚丙烯泡沫材料。
实施例1
本实施例中复合时机为在聚丙烯基体制备完成后。
将聚丙烯在180～190℃下加热熔化，采用20kg压力熔化的聚丙烯渗进三维多孔结构的Ti纤维中；并采用23mol/L的HF溶液作为选择性腐蚀剂腐蚀剔除Ti纤维形成聚丙烯泡沫材料。
其中，所述Ti纤维的直径是1.6～2.4mm；所述三维多孔结构为采用Ti纤维绕制而成。
本实施例中，所制备的聚丙烯泡沫材料的孔隙率为90％，孔径大小为1.6～2.4mm，孔是随机分布，此聚丙烯泡沫材料可应用于汽车前保险杠。
实施例2
本实施例中复合时机为在聚丙烯基体制备时。
将用于形成聚丙烯基体的原材料丙烯液体和三维多孔结构的Ti纤维造孔材料放在一定形状的模具中，在30～80℃和2MPa的条件下聚合，聚合完成后采用12mol/L的HF溶液进行腐蚀剔除Ti纤维形成聚丙烯泡沫材料。
其中，所述Ti纤维的直径是30mm。所述三维多孔结构为采用Ti纤维编织而成。
本实施例中，所制备的聚丙烯泡沫材料的孔隙率为50％，孔径大小为30mm，孔是均匀分布，此聚丙烯泡沫材料可应用于汽车后保险杠。
实施例3
本实施例中复合时机为在聚丙烯基体制备时。
将用于形成聚丙烯基体的原材料丙烯液体和三维多孔结构的Ti纤维造孔材料放在一定形状的模具中，在60℃和4MPa的条件下聚合，聚合完成后采用1mol/L的HF溶液进行腐蚀剔除Ti纤维形成聚丙烯泡沫材料。
其中，所述Ti纤维的直径是0.05mm。所述三维多孔结构为采用Ti纤维编织而成。
本实施例中，所制备的聚丙烯泡沫材料的孔隙率为10％，孔径大小为0.05mm，孔是均匀分布，此聚丙烯泡沫材料可应用于汽车前后保险杠。
实施例4
实施例中复合时机为在聚丙烯基体制备时。
将用于形成聚丙烯基体的原材料丙烯液体和三维多孔结构的Ti纤维造孔材料放在一定形状的模具中，在50℃和5MPa的条件下聚合，聚合完成后采用10mol/L的HF溶液进行腐蚀剔除Ti纤维形成聚丙烯泡沫材料。
其中，所述Ti纤维的直径是1mm。所述三维多孔结构为采用Ti纤维编织而成。
本实施例中，所制备的聚丙烯泡沫材料的孔隙率为37％，孔径大小为0.05mm，孔是均匀分布，此聚丙烯泡沫材料可应用于汽车前后保险杠。
实施例5
本实施例中复合时机为在聚丙烯基体制备完成后。
将聚丙烯在180～190℃下加热熔化，采用25kg压力熔化的聚丙烯渗进三维多孔结构的Ti纤维中；并采用15mol/L的HF溶液作为选择性腐蚀剂腐蚀剔除Ti纤维形成聚丙烯泡沫材料。
其中，所述Ti纤维的直径是5.0～6.0mm；所述三维多孔结构为采用Ti纤维绕制而成。
本实施例中，所制备的聚丙烯泡沫材料的孔隙率为80％，孔径大小为1.6～2.4mm，孔是随机分布，此聚丙烯泡沫材料可应用于汽车前保险杠。
实施例1～5中形成的聚丙烯发泡材料的密度，强度和能量吸收性能的测定方法及测定结果，请补充表格及数据。
强度的测定方法为：利用INSTRON 30KN力学试验机测试试样的静态压缩性能，压缩速率为1.5mm/min，使用Vic-3D非接触应变测试仪获得材料的静态压缩应力应变曲线，材料强度可以直接从应力-应变曲线读取。
能量吸收的测定方法为：
W单位体积内的能量吸收，MJ/m3；
σ是压缩应力，MPa
e0是极限压缩应变，％；
e为压缩应变。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：将造孔材料与聚丙烯基体复合，采用HF溶液腐蚀剔除造孔材料即形成所述聚丙烯泡沫材料。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述复合的时机为在聚丙烯基体制备时或在聚丙烯基体制备完成后。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述造孔材料为具有三维多孔结构的Ti材料。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述Ti材料包括Ti丝，Ti纤维或者Ti管中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述三维多孔结构为采用Ti材料编织或者绕制而成。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述Ti材料的直径为0.05～50mm。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述造孔材料与所述聚丙烯基体的体积比为1：19～19：1。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述HF溶液的浓度为1～23mol/L。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的制备方法获得的聚丙烯泡沫材料。
10.如权利要求9中所述聚丙烯泡沫材料制备汽车保险杠的用途。
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