CN109575573A - 一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油渍用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）、泡沫铝表面处理；（2）、泡沫铝与聚氨酯复合；（3）、修剪成型；本发明提供的用于汽车保险杠的泡沫铝复合材料的制备方法使用聚氨酯包覆泡沫铝的方式实现，通过具有良好弹性和强度，在受到较小的外力时，表面的聚氨酯层可以出现轻微的形变，避免部件整体受损，受到较大外力时，泡沫铝与聚氨酯复合的结构能够吸收更多的能量，采用复合结构的材料相对于纯泡沫铝的吸能效率提升15%左右。

Description

一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于新型材料领域，具体涉及一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法。
背景技术
防撞梁是用来减轻车辆受到碰撞时吸收碰撞能量的一种装置，由主梁、吸能盒，连接汽车的安装板组成，主梁、吸能盒都可以在车辆发生低速碰撞时有效吸收碰撞能量，尽可能减小撞击力对车身纵梁的损害，通过这样就发挥了它对车辆的保护作用。目前防撞梁主要利用吸能盒装置吸收能量，减少冲击力，防撞梁往往使用钢板制备，造成车重较大，造成车辆的油耗较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种防撞性能更优异的汽车防撞梁材料，可以改善现有防撞梁密度较高，吸能效果差的缺陷。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、泡沫铝表面处理；
a、将泡沫铝使用质量分数10%的碳酸氢钠溶液浸泡处理20-30min，然后使用清水冲洗，烘干；
b、将步骤a处理好的泡沫铝表面使用高压喷砂的方式在泡沫铝表面形成孔隙，然后清洗，除去喷砂残留物；
（2）、泡沫铝与聚氨酯复合；
将聚氨酯预聚体、中空玻璃微球、玻璃纤维、硅藻土、扩链剂混合均匀，得到聚氨酯合成料，将聚氨酯合成料铺洒在模具中，然后将步骤（1）处理好的泡沫铝放入铺洒了聚氨酯合成料后的模具，再在泡沫铝上表面及侧面填充满聚氨酯合成料，对模具进行加热保温，得到泡沫铝—聚氨酯复合体，所述聚氨酯合成料按重量计由以下成分制成：聚氨酯预聚体40-45份、中空玻璃微球5-8份、玻璃纤维6-7份、硅藻土10-15份、扩链剂8-10份；
（3）、修剪成型；
将步骤（2）得到的泡沫铝—聚氨酯复合体表面修剪打磨，得到泡沫铝复合材料。
所述步骤（2）中模具加热保温的温度为70-72℃，保温时间为50-65min。
模具保温过程中内部充入惰性气体，使模具内压强大于1.15个标准大气压。
所述聚氨酯预聚体使用以下方法制备：
将聚醚多元醇10份、聚酯多元醇35份混合，减压蒸馏，除去其中的水分，然后加入六甲基二异氰酸酯40份，在氮气保护下，在55-65℃下反应30min，然后加入三乙胺0.05份，在65-68℃下反应40-45min，得到聚氨酯预聚物。
所述扩链剂为DMPA或乙二胺。
所述硅藻土经过改性处理，具体步骤如下：
（1）、将硅藻土加入其重量4倍的质量分数为8%的盐酸溶液浸泡处理20min，然后使用去离子水清洗3-4遍，然后在425℃下处理2.5h，将处理后的硅藻土加入其重量4倍的去离子水中，搅拌18-20min使硅藻土分散，形成悬浊液；
（2）、制备改性膨胀石墨，将膨胀石墨与去离子水按重量比1:2的比例混合，然后加入膨胀石墨重量1%的十六烷基三甲基溴化铵，搅拌10-15min，然后升温至80℃，在搅拌20min，得到改性膨胀石墨；
（3）、将步骤（1）得到的悬浊液、步骤（2）得到的改性膨胀石墨、硅烷偶联剂KH550按重量比20:5:0.2的比例混合，搅拌处理1.5h；
（4）、将步骤（3）处理好的混合物干燥处理1h，得到改性硅藻土。
上层聚氨酯、中间层泡沫铝、底层聚氨酯的厚度比为1:3:1。
本发明中使用聚氨酯与泡沫铝复合制成，在制备过程中，将泡沫铝表面进行磨砂处理，使得泡沫铝表面产生不规则的凹陷和孔洞，然后将聚氨酯预聚体与扩链剂等成分在泡沫铝板表面和孔隙内产生聚合反应，生成聚氨酯，由于聚氨酯具有良好的弹性和强度，复合后的材料的吸能效率相对于纯泡沫铝有着显著的提升；在聚氨酯合成过程中，加入中空玻璃微球、硅藻土、玻璃纤维等，能显著提升聚氨酯的强度，也可以提升聚氨酯与泡沫铝结合的强度。本申请中，硅藻土经过改性处理，加入膨胀石墨等成分，提升了其在聚氨酯合成过程中与大分子链结合的强度，而且合成过程中，在体系中的分散流动性更好，还能作为交联点与大分子产生络合，进一步提升聚氨酯的强度和性能的均匀性，聚氨酯材料在受到较大外力时，能够产生一定程度的滑移，避免分子链断裂造成聚氨酯性能的明显下降；在聚氨酯合成过程中加入玻璃纤维，提升了聚氨酯的拉伸强度和抗冲击性能，加入中空玻璃微珠可以提升材料的强度和抗冲击性能。
本发明的有益效果：本发明提供的用于汽车保险杠的泡沫铝复合材料的制备方法使用聚氨酯包覆泡沫铝的方式实现，通过具有良好弹性和强度，在受到较小的外力时，表面的聚氨酯层可以出现轻微的形变，避免部件整体受损，受到较大外力时，泡沫铝与聚氨酯复合的结构能够吸收更多的能量，采用复合结构的材料相对于纯泡沫铝的吸能效率提升15%左右。
具体实施方式
实施例1
一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、泡沫铝表面处理；
a、将泡沫铝使用质量分数10%的碳酸氢钠溶液浸泡处理25min，然后使用清水冲洗，烘干；
b、将步骤a处理好的泡沫铝表面使用高压喷砂的方式在泡沫铝表面形成孔隙，然后清洗，除去喷砂残留物；喷砂时，金刚砂的目数为80目，空气压强为3.5Mpa；
（2）、泡沫铝与聚氨酯复合；
将聚氨酯预聚体、中空玻璃微球、玻璃纤维、硅藻土、扩链剂混合均匀，得到聚氨酯合成料，将聚氨酯合成料铺洒在模具中，然后将步骤（1）处理好的泡沫铝放入铺洒了聚氨酯合成料后的模具，再在泡沫铝上表面及侧面填充满聚氨酯合成料，对模具进行加热保温，得到泡沫铝—聚氨酯复合体，所述聚氨酯合成料按重量计由以下成分制成：聚氨酯预聚体42份、中空玻璃微球6份、玻璃纤维6份、硅藻土12份、扩链剂8.5份；
（3）、修剪成型；
将步骤（2）得到的泡沫铝—聚氨酯复合体表面修剪打磨，得到泡沫铝复合材料。
所述步骤（2）中模具加热保温的温度为70℃，保温时间为55min。
模具保温过程中内部充入惰性气体，使模具内压强大于1.15个标准大气压。
所述聚氨酯预聚体使用以下方法制备：
将聚醚多元醇10份、聚酯多元醇35份混合，减压蒸馏，除去其中的水分，然后加入六甲基二异氰酸酯40份，在氮气保护下，在55-65℃下反应30min，然后加入三乙胺0.05份，在65-68℃下反应40-45min，得到聚氨酯预聚物。
所述扩链剂为DMPA或乙二胺。
所述硅藻土经过改性处理，具体步骤如下：
（1）、将硅藻土加入其重量4倍的质量分数为8%的盐酸溶液浸泡处理20min，然后使用去离子水清洗3-4遍，然后在425℃下处理2.5h，将处理后的硅藻土加入其重量4倍的去离子水中，搅拌18-20min使硅藻土分散，形成悬浊液；
（2）、制备改性膨胀石墨，将膨胀石墨与去离子水按重量比1:2的比例混合，然后加入膨胀石墨重量1%的十六烷基三甲基溴化铵，搅拌10-15min，然后升温至80℃，在搅拌20min，得到改性膨胀石墨；
（3）、将步骤（1）得到的悬浊液、步骤（2）得到的改性膨胀石墨、硅烷偶联剂KH550按重量比20:5:0.2的比例混合，搅拌处理1.5h；
（4）、将步骤（3）处理好的混合物干燥处理1h，得到改性硅藻土。
上层聚氨酯、中间层泡沫铝、底层聚氨酯的厚度比为1:3:1。
此方案中泡沫铝孔径为6mm，密度为1.45g/cm3。
实施例2
一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、泡沫铝表面处理；
a、将泡沫铝使用质量分数10%的碳酸氢钠溶液浸泡处理20-30min，然后使用清水冲洗，烘干；
b、将步骤a处理好的泡沫铝表面使用高压喷砂的方式在泡沫铝表面形成孔隙，然后清洗，除去喷砂残留物；
（2）、泡沫铝与聚氨酯复合；
将聚氨酯预聚体、中空玻璃微球、玻璃纤维、硅藻土、扩链剂混合均匀，得到聚氨酯合成料，将聚氨酯合成料铺洒在模具中，然后将步骤（1）处理好的泡沫铝放入铺洒了聚氨酯合成料后的模具，再在泡沫铝上表面及侧面填充满聚氨酯合成料，对模具进行加热保温，得到泡沫铝—聚氨酯复合体，所述聚氨酯合成料按重量计由以下成分制成：聚氨酯预聚体45份、中空玻璃微球12份、玻璃纤维7份、硅藻土13份、扩链剂9份；
（3）、修剪成型；
将步骤（2）得到的泡沫铝—聚氨酯复合体表面修剪打磨，得到泡沫铝复合材料。
所述步骤（2）中模具加热保温的温度为72℃，保温时间为60min。
模具保温过程中内部充入惰性气体，使模具内压强大于1.15个标准大气压。
所述聚氨酯预聚体使用以下方法制备：
将聚醚多元醇10份、聚酯多元醇35份混合，减压蒸馏，除去其中的水分，然后加入六甲基二异氰酸酯40份，在氮气保护下，在55-65℃下反应30min，然后加入三乙胺0.05份，在65-68℃下反应40-45min，得到聚氨酯预聚物。
所述扩链剂为DMPA或乙二胺。
所述硅藻土经过改性处理，具体步骤如下：
（1）、将硅藻土加入其重量4倍的质量分数为8%的盐酸溶液浸泡处理20min，然后使用去离子水清洗3-4遍，然后在425℃下处理2.5h，将处理后的硅藻土加入其重量4倍的去离子水中，搅拌18-20min使硅藻土分散，形成悬浊液；
（2）、制备改性膨胀石墨，将膨胀石墨与去离子水按重量比1:2的比例混合，然后加入膨胀石墨重量1%的十六烷基三甲基溴化铵，搅拌10-15min，然后升温至80℃，在搅拌20min，得到改性膨胀石墨；
（3）、将步骤（1）得到的悬浊液、步骤（2）得到的改性膨胀石墨、硅烷偶联剂KH550按重量比20:5:0.2的比例混合，搅拌处理1.5h；
（4）、将步骤（3）处理好的混合物干燥处理1h，得到改性硅藻土。
上层聚氨酯、中间层泡沫铝、底层聚氨酯的厚度比为1:3:1。
实施例3
与实施例1相比，硅藻土不经过改性处理。
对比例1
与实施例1相比，聚氨酯合成料中不使用中空玻璃微珠。
对比例2
与实施例1相比，聚氨酯合成料中不使用硅藻土。
对比例3
与实施例1相比，聚氨酯合成料中不使用玻璃纤维。
对比例4
与实施例1相比，不在泡沫铝表面合成聚氨酯。
对比例5
与实施例1相比，仅仅使用本申请制备的聚氨酯，不使用泡沫铝。
为了验证各实施例及对比例中各材料的能量吸收效率，本申请人对各组材料的能量吸收效率进行测试，将各组材料制成高40mm的，直径3cm圆柱状，压缩下降高度为原材料高度的60%实验结束，实验使用深圳三思材料检测有限公司生产的微机控制电子万能实验机，试验时，加载速度为5mm/min。
表1：
吸能能量/J 无缺口抗冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>）
实施例1 6.25 210.3
实施例2 6.05 205.6
实施例3 3.42 146.5
对比例1 3.62 152.5
对比例2 4.53 163.4
对比例3 4.32 149.5
对比例4 5.45 186.7
对比例5 2.16 65.7
由表1可知，本申请方法制备的复合材料的能量吸收效果和抗冲击强度显著高于纯泡沫铝。

Claims (7)

1.一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、泡沫铝表面处理；
a、将泡沫铝使用质量分数10%的碳酸氢钠溶液浸泡处理20-30min，然后使用清水冲洗，烘干；
b、将步骤a处理好的泡沫铝表面使用高压喷砂的方式在泡沫铝表面形成孔隙，然后清洗，除去喷砂残留物；
（2）、泡沫铝与聚氨酯复合；
将聚氨酯预聚体、中空玻璃微球、玻璃纤维、硅藻土、扩链剂混合均匀，得到聚氨酯合成料，将聚氨酯合成料铺洒在模具中，然后将步骤（1）处理好的泡沫铝放入铺洒了聚氨酯合成料后的模具，再在泡沫铝上表面及侧面填充满聚氨酯合成料，对模具进行加热保温，得到泡沫铝—聚氨酯复合体，所述聚氨酯合成料按重量计由以下成分制成：聚氨酯预聚体40-45份、中空玻璃微球5-8份、玻璃纤维6-7份、硅藻土10-15份、扩链剂8-10份；
（3）、修剪成型；
将步骤（2）得到的泡沫铝—聚氨酯复合体表面修剪打磨，得到泡沫铝复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中模具加热保温的温度为70-72℃，保温时间为50-65min。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，模具保温过程中内部充入惰性气体，使模具内压强大于1.15个标准大气压。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯预聚体使用以下方法制备：
将聚醚多元醇10份、聚酯多元醇35份混合，减压蒸馏，除去其中的水分，然后加入六甲基二异氰酸酯40份，在氮气保护下，在55-65℃下反应30min，然后加入三乙胺0.05份，在65-68℃下反应40-45min，得到聚氨酯预聚物。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述扩链剂为DMPA或乙二胺。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅藻土经过改性处理，具体步骤如下：
（1）、将硅藻土加入其重量4倍的质量分数为8%的盐酸溶液浸泡处理20min，然后使用去离子水清洗3-4遍，然后在425℃下处理2.5h，将处理后的硅藻土加入其重量4倍的去离子水中，搅拌18-20min使硅藻土分散，形成悬浊液；
（2）、制备改性膨胀石墨，将膨胀石墨与去离子水按重量比1:2的比例混合，然后加入膨胀石墨重量1%的十六烷基三甲基溴化铵，搅拌10-15min，然后升温至80℃，在搅拌20min，得到改性膨胀石墨；
（3）、将步骤（1）得到的悬浊液、步骤（2）得到的改性膨胀石墨、硅烷偶联剂KH550按重量比20:5:0.2的比例混合，搅拌处理1.5h；
（4）、将步骤（3）处理好的混合物干燥处理1h，得到改性硅藻土。
7.根据权利要求1所述的一种用于制备汽车防撞梁的泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，上层聚氨酯、中间层泡沫铝、底层聚氨酯的厚度比为1:3:1。
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