CN109880233A - 一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明的复合材料是以剑麻、汉麻和亚麻为增强材料制备的复合材料；所述复合材料适用于车用装饰；聚丙烯复合材料的制备方法通过将机械脱胶并改性处理的汉麻、剑麻和亚麻复合纤维共混针刺成毡，再通过模压成型工艺来成型聚丙烯复合材料，并制作成相关的汽车配件。与传统的玻璃纤维增强塑料相比，本发明的聚丙烯复合材料具有重量更轻，抗冲击强度更好，高温下不易变形等优点，并且本发明的复合材料是通过将聚丙烯和天然麻纤维复合而成，该复合材料属于生态复合材料，具有绿色环保的优点，对环境更加友好。

Description

一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及车用聚丙烯复合材料技术领域，具体涉及一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

随着汽车生产技术的不断提高以及汽车工业的不断发展，汽车不仅给人们的生活带来了极大的便利，拓宽了人们的活动领域，而且极大地提高了人们的生活水平。但是近年来，随着汽车的制造量和保有量不断地增加，其带来的负面作用也愈发明显，一方面汽车工业消耗了过多的社会资源，尤其是不可再生资源；另一方面，汽车尾气污染物的排放已经成为大气污染的重要来源，也是造成雾霾的罪魁祸首。所以，受资源和环境的制约，节能、环保、轻量化已经成为当代以及未来汽车工业发展的主题。

目前，实现汽车轻量化这一目标主要是通过采用轻质材料来实现。麻纤维复合材料因其密度低、强度和刚度高等优异性能成为汽车行业替代金属、玻璃与塑料等传统制造材料最好的轻质材料，以亚麻、剑麻以及黄麻为增强材料生产的麻纤维复合板已获得汽车行业的认可。目前，亚麻和剑麻等植物种植量大，麻纤维不仅具有密度低、比强度和比刚度高、伸长小、耐磨、吸湿透气和透视性好等特点，而且具有亲和性、环保、友好性和可持续发展性，这些为其替代GMT材料应用于汽车内饰件提供了巨大的优势，因此对麻纤维复合材料在汽车内饰件应用的研究势在必行。

近年来，现在人们对于环境保护的概念要求越来越强，对环境问题也愈发重视，传统的车用材料主要为玻璃与塑料等传统制造材料，传统的材料大都不可降解、不可回收利用，对环境不够友好，不符合现代环保的要求。

麻纤维作为天然纤维中的一种，具有生产成本低、无污染、可回收并且制成的复合材料性能高等特点，符合现代人的需求，具有广泛的市场，十分受到消费者喜爱。

发明内容

针对传统的车用材料不能满足日益严格的环保要求和汽车轻量化的需求，还存在很大局限，对环境保护和汽车轻量化效果还不尽理想的问题，本发明目的在于提供一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料及其制备方法。

麻纤维复合材料用于制造汽车内饰件或外部件，可以减轻部件重量、节约成本，可回收再利用，破裂时无锋利边，比玻璃钢制品安全系数会更高，符合环保和可持续发展的要求，而且麻纤维复合材料，相对于使用单一麻纤维的材料来源更广泛，更能提高麻纤维复合材料的性能。

为了实现上述目标，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料，所述的聚丙烯复合材料是通过将天然纤维与树脂基体复合成型制得；所述的天然纤维为亚麻、剑麻、汉麻和黄麻中的一种或多种；所述的树脂基体为聚丙烯。

优选地，所述的天然纤维为汉麻、剑麻和亚麻中的一种或多种。

更优选地，所述的天然纤维是经过机械脱胶和改性处理后的汉麻、剑麻和亚麻中的一种或多种。

优选地，所述的复合材料的改性处理是通过使用相容剂来降低纤维和聚合物两相的界面张力，提高麻纤维和树脂基体的相容性。

优选地，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯共聚物。

优选地，所述的车用聚丙烯复合材料及其制备方法，包含以下步骤：

S1.用开包机将麻纤维进行开松，使成块的麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，结束后得到聚丙烯复合材料。

更优选地，所述的车用聚丙烯复合材料及其制备方法，包含以下步骤：

S1.用开包机将麻纤维进行开松，使成块的麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网，铺层方式为(0/90/90/0)、(0/45/45/0)、(30/-30/30/-30)和(45/-45/45/-45)中一种；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，加热温度为170～195℃，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，热压时间为6～13min，压力为5～15MPa，结束后得到聚丙烯复合材料。

更优选地，所述的车用聚丙烯复合材料及其制备方法，包含以下步骤：

S1.用开包机将麻纤维进行开松，使成块的麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网，铺层方式为(0/90/90/0)、(0/45/45/0)、(30/-30/30/-30)和(45/-45/45/-45)中一种；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，加热温度为175～190℃，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，热压时间为6～12min，压力为6～13MPa，结束后得到聚丙烯复合材料。

针对传统的车用材料不能满足日益严格的环保要求和汽车轻量化的要求，还存在很大局限，对环境保护和汽车轻量化效果还不尽理想的问题，本发明目的提供一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料及其制备方法，通过本发明制备的麻纤维复合材料具有成本低、可回收、重量轻和对环境友好等优点，符合现代车用的标准核要求，并且本发明采用的麻纤维材料为复合麻纤维，相对于使用单一麻纤维的材料来源更广泛，麻纤维复合材料的性能更好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

实施例1

S1.用开包机将剑麻纤维(45％)和汉麻纤维(55％)进行开松，使成块的汉麻纤维和剑麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网，铺层方式为(0/90/90/0)、；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，加热温度为170℃，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，热压时间为5min，压力为6MPa，结束后得到聚丙烯复合材料。

实施例2

S1.用开包机将剑麻纤维(60％)和亚麻纤维(40％)进行开松，使成块的亚麻纤维和剑麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网，铺层方式为(0/45/45/0)；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，加热温度为175℃，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，热压时间为8min，压力为8MPa，结束后得到聚丙烯复合材料。

实施例3

S1.用开包机将亚麻纤维(50％)和汉麻纤维(50％)进行开松，使成块的汉麻纤维和亚麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网，铺层方式为(30/-30/30/-30)；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，加热温度为180℃，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，热压时间为10min，压力为12MPa，结束后得到聚丙烯复合材料。

实施例4

S1.用开包机将剑麻纤维(35％)、汉麻纤维(35％)和汉麻(30％)进行开松，使成块的汉麻纤维、剑麻纤维和亚麻充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网，铺层方式为(45/-45/45/-45)；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，加热温度为192℃，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，热压时间为15min，压力为13MPa，结束后得到聚丙烯复合材料。

力学性能试验

聚丙烯复合材料的拉伸试验是指在规定的温度、湿度和试验速度下，对试验样件施加拉伸载荷使其破坏。试验方法按GB/T 1499-2005进行。拉伸试验在WSM-5K型微机控制电子万能试验机上进行。在试验机上，用夹具夹持试样，试样的纵轴中心与上下模具的中心线相重合。

试验的拉伸强度按照下式计算得出：

t＝F/bd…………………………………(3.1)

其中：t-------拉伸强度或拉伸应力或拉伸屈服应力，单位MPa；

F-------最大载荷或破坏载荷或屈服载荷，单位N；

b--------试样的宽度，单位mm；

d--------试样的厚度，单位mm；

弯曲试验

弯曲性能的标准是采用简支梁中心加载，在挠度小于或等于规定挠度下呈现最大载荷或破坏的材料，测定最大的承载载荷或破坏时的弯曲应力(即弯曲强度)及其挠度。试验是采用三点简支梁结构，将试样的两端固定在两支点上，在支点的中间位置施加集中载荷，试样变形被破坏时的强度则为弯曲强度。

弯曲模量计算公式为：

E＝L³△P/bh³△f…………………………………(3.2)

式中：L------试样的跨距，mm；

b------试样的宽度，mm；

H------试样的厚度，mm；

△P-----载荷-挠度曲线上的初始直线的载荷增量，N；

△f-----对应于△P的跨距中心点处的挠度增量，mm；

冲击试验

复合材料的冲击试验是利用材料冲压试验机，将聚丙烯复合材料板材在冲压机上进行平头冲击测试。将试验样件夹持在平头试验机中间开孔的两钢板之间，冲头与聚丙烯复合材料保持平面垂直，其中，冲头的形状是长方形。冲击过程中的速度保持一致。

一、不同成型温度对于聚丙烯复合材料力学性能的影响

试样样品：将按照本发明的聚丙烯复合材料的制备方法制备的样品1、样品2和样品3和样品4。

将上述的试验样品1、2、3和4分别在温度170℃、175℃、180℃和185℃，压力10MPa，时间9min条件下制备，并分别对其拉伸强度、弯曲模量和冲击强度进行测试。(相关数据如表1所示)

表1 不同成型温度对于聚丙烯复合材料力学性能的影响

从上述试验数据显示，成型温度对聚丙烯复合材料力学性能有着重要的影响，随着成型温度的变化，复合板材的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度也在变化。在压力和时间一定的情况下，随着成型温度的不断升高，聚丙烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度先逐渐增加，当成型温度为180℃时，拉伸强度和弯曲强度可达到最大值，此后，随着成型温度的进一步上升，聚丙烯复合材料的各项力学性能均有所下降，因此，可以推断，成型温度为180℃左右时，聚丙烯复合材料能够获得最大的拉伸强度和弯曲强度。

二、不同成型时间对于聚丙烯复合材料力学性能的影响

试样样品：将按照本发明的聚丙烯复合材料的制备方法制备的样品1、样品2和样品3和样品4。

将上述的试验样品1、2、3和4分别在温度180℃，压力10MPa，时间分别为6min、8min、10min和12min条件下制备，并分别对其拉伸强度、弯曲模量和冲击强度进行测试。(相关数据如表2所示)

表2 不同成型时间对于聚丙烯复合材料力学性能的影响

从上述试验数据显示，成型时间对聚丙烯复合材料力学性能有着重要的影响，随着成型时间的变化，复合板材的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度也在变化。在压力和温度一定的情况下，随着成型时间的不断升高，聚丙烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度先逐渐增加，当成型时间为10min时，拉伸强度和弯曲强度可达到最大值，此后，随着成型时间的进一步上升，聚丙烯复合材料的各项力学性能均有所下降，因此，可以推断，成型时间为10min左右时，聚丙烯复合材料能够获得最大的拉伸强度和弯曲强度。

三、不同成型压力对于聚丙烯复合材料力学性能的影响

试样样品：将按照本发明的聚丙烯复合材料的制备方法制备的样品1、样品2和样品3和样品4。

将上述的试验样品1、2、3和4分别在温度180℃，压力分别为6MPa、8MPa、10MPa和12MPa，时间10min条件下制备，并分别对其拉伸强度、弯曲模量和冲击强度进行测试。(相关数据如表3所示)

表3 不同成型压力对于聚丙烯复合材料力学性能的影响

从上述试验数据显示，成型压力对聚丙烯复合材料力学性能有着重要的影响，随着成型压力的变化，复合板材的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度也在变化。在温度和时间一定的情况下，随着成型压力的不断升高，聚丙烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度先逐渐增加，当成型压力为10MPa时，拉伸强度和弯曲强度可达到最大值，此后，随着成型压力的进一步上升，聚丙烯复合材料的各项力学性能均有所下降，因此，可以推断，成型压力为10MPa左右时，聚丙烯复合材料能够获得最大的拉伸强度和弯曲强度。

四、不同材料力学性能的测试

试样样品：将按照本发明的聚丙烯复合材料的制备方法制备的样品1、样品2和样品3和市售常用的改性聚丙烯材料(样品4)。

并分别对上述4个样品的拉伸强度、弯曲模量和冲击强度进行测试。(相关数据如表4所示)

表4 不同材料力学性能的测试

样品编号	拉伸强度MPa	弯曲模量MPa	冲击强度MPa	相对质量
					试验样品1	25.73	1422.55	19.69	0.77
试验样品2	25.58	1369.87	20.39	0.76
					试验样品3	24.77	1351.75	19.86	0.75
试验样品4	23.75	1277.28	19.46	1

从上述试验数据显示，市售某常用的改性聚丙烯材料(试验样品4)相比，本实施例的3个试验样品1、2和3均有较好的力学性能，符合市场需求；同时，相对于现有市售常用的改性聚丙烯材料相比，它的质量也较轻，满足汽车轻量化的需求，具有很好的市场前景。

最后应当说明的是，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地说明，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 (7)

1.一种适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯复合材料是通过将天然纤维与树脂基体复合成型制得；所述的天然纤维为麻纤维；所述的树脂基体为聚丙烯。

2.根据权利要求1所述的适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的天然纤维为黄麻、汉麻、剑麻和亚麻中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的天然纤维是经过机械脱胶和改性处理后的汉麻、剑麻和亚麻中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的复合材料的改性处理是通过使用相容剂来降低纤维和聚合物两相的界面张力，提高麻纤维和树脂基体的相容性。

5.根据权利要求4所述的适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯共聚物。

6.一种权利要求1所述的适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1.用开包机将麻纤维进行开松，使成块的麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，结束后得到聚丙烯复合材料。

7.根据权利要求6所述的适用于低压注塑成型的车用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1.用开包机将麻纤维进行开松，使成块的麻纤维充分混合；

S2.用混合机将开松后的麻纤维按比例进行混合，混合后，再通混合机对混合后的材料进行除尘；

S3.除尘完成后，用梳理机将完成除尘的麻纤维和聚丙烯进行梳理，使其成为单纤状态，利于进一步混合和除杂；

S4.将梳理分层呈的单纤状态的混合物用铺网机进行机械铺网，铺层方式为(0/90/90/0)、(0/45/45/0)、(30/-30/30/-30)和(45/-45/45/-45)中一种；

S5.再用针刺机将铺叠成网的纤维按照针刺法进行针刺成毡；

S6.针刺成型后的麻纤维聚丙烯复合毡，再对将其进行加热，加热温度为170～195℃，使聚丙烯纤维发生融化；

S7.当聚丙烯纤维融化到一定程度时，对其进行热压成型，热压时间为5～15min，压力为5～15MPa，结束后得到聚丙烯复合材料。