CN109294185A - 一种车用保险杠材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用保险杠材料及其制备方法与应用，属于车用塑料技术领域。本发明的车用保险杠材料包括下述重量份的组分：聚乳酸60～80份，聚丙烯5～10份，弹性体10～23份，粉体填料5～10份，相容剂0.8～3份。本发明将聚乳酸、聚丙烯、弹性体、粉体填料和相容剂按特定的配比组合起来，得到了熔融指数与抗冲击性能均较好的车用保险杠材料。本发明车用保险杠材料采用聚乳酸代替了大比例的聚丙烯，而只使用到小比例的聚丙烯，这样所得车用保险杠材料可再生可降解，既能保证产品的性能质量，又能降低有限资源消耗，避免废旧物到来的环境污染。

Description

一种车用保险杠材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种车用保险杠材料及其制备方法与应用，属于车用塑料技术领域。

背景技术

汽车保险杠是吸收和减缓外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。随着汽车工业的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路上。今天的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。为了达到这种目的，轿车的前后保险杠采用了聚丙烯(PP)塑料，人们称为塑料保险杠。目前使用塑料保险杠的车型占90％以上，随之带来的是大量的废旧塑料的环境问题。汽车公司多是通过回收，再加工的手段来实现废旧塑料的再利用，重新造粒后再用于新部件的生产。这种方法实现了塑料的循环利用，但是没有从材料本身层面去解决环保问题。

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，其使用可再生的植物资源(如谷类秕壳、稻草、麦秆)所提出的淀粉原料制成。聚乳酸具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物在特定条件下完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。但聚乳酸硬度大、易脆裂、抗冲击性差、价格昂贵，这导致它很难推广应用。

中国专利CN 103030882A公开了一种用于制备汽车保险扛的再生材料，其采用了大量的再生聚丙烯和再生聚乙烯，这些再生原料可以有效的避免有限能源的消耗，但是降解问题依然得不到解决。

发明目的

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种可再生可降解的车用保险杠材料及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种车用保险杠材料，其包括下述重量份的组分：聚乳酸60～80份，聚丙烯5～10份，弹性体10～23份，粉体填料5～10份，相容剂0.8～3份。

传统车用保险杠材料的主要成分是聚丙烯，聚丙烯属于石油化工材料，资源有限且不易降解。本发明成功地打破传统原料限制，采用聚乳酸代替了大比例的聚丙烯，而只使用到小比例的聚丙烯。在原料构成上，本发明明显减少了有限资源聚丙烯的使用量。聚乳酸是由可再生的植物资源所提出的淀粉作为原料合成的，它可再生，亦可被生物降解，是环境友好型材料。

本发明车用保险杠材料中各组分及其用量均影响保险杠材料的性能。其中，聚乳酸的含量越高，本发明车用保险杠材料的熔融指数越高，即聚乳酸的含量越高，车用保险材料熔融状态下的流动性越好，聚乳酸含量是影响本发明车用保险材料熔融指数的重要因素。当然，粉体填料的加入会使得车用保险材料的熔融指数降低，这是因为粉体填料本身不具备流动性。另外，弹性体的熔融指数也不佳，它也会使材料的熔融指数下降。研究还发现，本发明车用保险杠材料的悬臂梁缺口冲击、断裂伸长率、弯曲模量的大小与弹性体的含量成正相关关系，而其拉伸强度，弯曲强度的大小则与弹性体的含量成反相关趋势。这是因为聚乳酸本身较脆，抗冲击性不好，所以它的悬臂梁缺口冲击、断裂伸长率、弯曲模量测试值较低，聚丙烯在这些方面要比聚乳酸稍好，加入一定量聚丙烯后，车用保险杠材料的抗冲击性能会有所改善，但是更重要的是弹性体本身就具有良好弹性以及优异的抗冲击性能，所以弹性体的加入大幅度提升了聚乳酸的悬臂梁缺口冲击、断裂伸长率、弯曲模量性能。也正是由于弹性体的特性，使得改性后车用保险杠材料的刚性下降，也就是拉伸强度和弯曲强度性能下降。相容剂的加入对车用保险杠材料力学性能的影响很小，它更重要的作用是帮助原料预混分散、熔融均匀。

本发明将聚乳酸、聚丙烯、弹性体、粉体填料和相容剂按特定的配比组合起来，所得车用保险杠材料的熔融指数与抗冲击性能均较好，且它的其他力学性能也较为可观。本发明车用保险杠材料非常适合应用于汽车保险杠领域，它既能保证产品的性能质量，又能降低有限资源消耗，避免废旧物到来的环境污染。

此外，本发明使用聚乳酸这种环境友好型作为原料来制备汽车保险扛，加工工序简单易操作，非常适合大规模工业化生产。汽车市场需求大，汽车材料市场需求也大，大规模使用可再生可降解的环保材料来应用于汽车领域，对能源、环保、材料、制造业等都是大为有利的。

作为本发明所述车用保险杠材料的优选实施方式，所述聚乳酸为70～80重量份，所述聚丙烯为5～7重量份，所述弹性体为17-23重量份。研究表明，在该特定的重量份范围内，本发明车用保险杠材料的抗冲击性能更好，拉伸强度和弯曲强度更高。

作为本发明所述车用保险杠材料的优选实施方式，所述相容剂为1.5～2重量份。相容剂有利于聚乳酸与聚丙烯熔融共混，如果不加入相容剂或者相容剂的加入量太少，会导致聚乳酸与聚丙烯相容性不佳；但是过多的相容剂也会影响车用保险杠材料的熔融指数和力学性能，且原料成本高。研究表明，相容剂为1.5～2重量份时，聚乳酸与聚丙烯的相容性好。

作为本发明所述车用保险杠材料的优选实施方式，如下(a)～(d)中的至少一项：

(a)所述聚乳酸的重均分子量为10万～30万；

(b)所述弹性体为乙烯-辛烯共聚物(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的至少一种；

(c)所述粉体填料为滑石粉、碳酸钙、云母粉、硫酸钡中的至少一种，所述粉体填料经过助剂包覆且进行了表面活化处理；所述粉体填料的粒径小于1000目；

(d)所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的至少一种。

作为本发明所述车用保险杠材料的优选实施方式，按所述填料的重量百分比计，所述助剂包括白油1％～5％，硅烷偶联剂0～3％，有机硅分散剂0～3％，硬脂酸钙0～4％。所述助剂中各组分的百分比是助剂中各组分的重量占填料重量的百分比。

作为本发明所述车用保险杠材料的优选实施方式，所述车用保险杠材料还包括下述重量份的组分：润滑剂0.3～2份和/或抗氧剂0.3～0.8份。其中，抗氧剂的加入是为了使车用保险杠材料在后期使用过程中不易氧化、老化。

作为本发明所述车用保险杠材料的优选实施方式，所述润滑剂为1～2重量份，所述抗氧剂为0.4-0.6重量份。

作为本发明所述车用保险杠材料的优选实施方式，所述润滑剂由白油和乙撑双硬脂酰胺组成，所述抗氧剂为四〔β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、三-(壬基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯等中的至少一种。更优选地，所述白油和乙撑双硬脂酰胺的重量比为1:1。

另外，本发明还提供了上述车用保险杠材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将车用保险杠材料中除弹性体以外的各组分按比例加入到高速混合机中进行预混，得到预混料；

(2)将弹性体与步骤(1)所得预混料混匀，然后通过双螺杆挤出机于180～210℃进行熔融共混挤出，将挤出的产物进行冷却、切粒和烘干，得到所述车用保险杠材料。

需说明的是，由于弹性体的熔点较低，为避免弹性体在较长的高速混合过程中融化结块，制备车用保险杠材料时，弹性体不能一开始就投入高速混合机中与其他组分混合。

作为本发明所述车用保险杠材料的制备方法的优选实施方式，所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为200～220rpm。

最后，本发明还提供了一种车用保险杠，所述保险杠采用上述车用保险杠材料制备得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明将聚乳酸、聚丙烯、弹性体、粉体填料和相容剂按特定的配比组合起来，得到了熔融指数与抗冲击性能均较好的车用保险杠材料。本发明车用保险杠材料采用聚乳酸代替了大比例的聚丙烯，而只使用到小比例的聚丙烯，这样所得车用保险杠材料可再生可降解，既能保证产品的性能质量，又能降低有限资源消耗，避免废旧物到来的环境污染。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明车用保险杠材料的一种实施例，本实施例所述车用保险杠材料的组成组分如表1所示。其中，所述粉体填料经过助剂包覆且进行了表面活化处理；所述粉体填料的粒径小于1000目。

本实施例所述车用保险杠材料的制备方法为：

(1)将聚乳酸、聚丙烯、粉体填料、相容剂、润滑剂、抗氧剂按比例加入到高速混合机中进行预混，得到预混料；

(2)将弹性体与步骤(1)所得预混料混匀，然后通过双螺杆挤出机于180～210℃进行熔融共混挤出，将挤出的产物进行冷却、切粒和烘干，得到所述车用保险杠材料；其中，所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为200～220rpm。

实施例2～5

实施例2～5所述车用保险杠材料的组成组分如表1所示。实施例2～5中，所述粉体填料经过助剂包覆且进行了表面活化处理；所述粉体填料的粒径小于1000目。

实施例2～5所述车用保险杠材料的制备方法同实施例1。

将实施例1～5所述车用保险杠材料注塑成样条，并测试其性能，测试的结果见表1。测试的性能以及测试方法如下：熔融指数参考GB/T3682-2000；悬臂梁缺口冲击参考GB/T1843-2008；拉伸强度和断裂伸长率参考GB/T1040-2006；弯曲强度和弯曲模量参考GB/T9341-2008。

表1

由表1可见，本发明的车用保险杠材料熔融指数与抗冲击性能均较好，它的其他力学性能也较为可观，所以该新型聚乳酸基材料非常适合应用于汽车保险扛领域，它既能保证产品的性能质量，又能降低有限资源消耗、避免废旧物到来的环境污染。

效果例1

本发明车用保险杠材料的组成组分影响其性能，尤其是其中聚乳酸、聚丙烯以及弹性体的重量份对车用保险杠材料的熔融指数与力学性能影响较大。本效果例按照实施例1的方法制备了对照组1～3与试验组1～9车用保险杠材料，考察了本发明车用保险杠材料中聚乳酸、聚丙烯以及弹性体不同配比时所得车用保险杠材料的熔融指数与力学性能。本效果例中，车用保险杠材料的组成组分如表2所示，其中，聚乳酸的重均分子量为10万～30万；弹性体为乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种；粉体填料为滑石粉、碳酸钙、云母粉、硫酸钡中的至少一种，所述粉体填料经过助剂包覆且进行了表面活化处理；所述粉体填料的粒径小于1000目，按所述填料的重量百分比计，所述助剂包括白油1％～5％，硅烷偶联剂0～3％，有机硅分散剂0～3％，硬脂酸钙0～4％；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的至少一种；润滑剂由白油和乙撑双硬脂酰胺组成，抗氧剂为四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、三-(壬基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种。并且，对照组1～3与试验组1～9车用保险杠材料中，除表2所述组分重量份存在区别外，其他均相同。

本效果例车用保险杠材料的性能测试方法同实施例1～5，测试结果同见表3。

表2

表3

从表2可以看出，试验组4、试验组6、试验组7、试验组8所述车用保险杠材料的悬臂梁缺口冲击、拉伸强度和弯曲强度均较高，由此可见，当聚乳酸为70～80重量份，聚丙烯为5～7重量份，弹性体为17-23重量份时，本发明车用保险杠材料的抗冲击性更好，拉伸弯曲性能更强。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种车用保险杠材料，其特征在于，包括下述重量份的组分：聚乳酸60～80份，聚丙烯5～10份，弹性体10～23份，粉体填料5～10份，相容剂0.8～3份。

2.如权利要求1所述的车用保险杠材料，其特征在于，所述聚乳酸为70～80重量份，所述聚丙烯为5～7重量份，所述弹性体为17～23重量份。

3.如权利要求1所述的车用保险杠材料，其特征在于，所述相容剂为1.5～2重量份。

4.如权利要求1～3任一项所述的车用保险杠材料，其特征在于，如下(a)～(d)中的至少一项：

(a)所述聚乳酸的重均分子量为10万～30万；

(b)所述弹性体为乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种；

(c)所述粉体填料为滑石粉、碳酸钙、云母粉、硫酸钡中的至少一种，所述粉体填料经过助剂包覆且进行了表面活化处理；所述粉体填料的粒径小于1000目；

(d)所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的至少一种。

5.如权利要求4所述的车用保险杠材料，其特征在于，按所述填料的重量百分比计，所述助剂包括白油1％～5％，硅烷偶联剂0～3％，有机硅分散剂0～3％，硬脂酸钙0～4％。

6.如权利要求1所述的车用保险杠材料，其特征在于，还包括下述重量份的组分：润滑剂0.3～2份和/或抗氧剂0.3～0.8份。

7.如权利要求6所述的车用保险杠材料，其特征在于，所述润滑剂为1～2重量份，所述抗氧剂为0.4-0.6重量份。

8.如权利要求6或7所述的车用保险杠材料，其特征在于，所述润滑剂由白油和乙撑双硬脂酰胺组成，所述抗氧剂为四〔β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、三-(壬基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种。

9.如权利要求1～8任一项所述车用保险杠材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将车用保险杠材料中除弹性体以外的各组分按比例加入到高速混合机中进行预混，得到预混料；

(2)将弹性体与步骤(1)所得预混料混匀，然后通过双螺杆挤出机于180～210℃进行熔融共混挤出，将挤出的产物进行冷却、切粒和烘干，得到所述车用保险杠材料。

10.一种车用保险杠，其特征在于，所述保险杠采用权利要求1～8任一项所述车用保险杠材料制备得到。