CN110857357A - 一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料及其制备方法 - Google Patents

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周国英
孙延双
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Abstract

本发明涉及汽车配件技术领域，具体涉及一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，包括如下重量份的原料：尼龙66 50‑80份，增强尼龙20‑40份，橡胶共聚物15‑30份，相容剂1‑5份，增韧剂5‑10份，炭黑1‑5份，硫化剂0.3‑0.8份和填充剂1‑5份；克服了传统汽车内饰件材料刚性与低温冲击性能不可兼得的缺陷，通过将尼龙66、增强尼龙及橡胶共聚物复配改性，得到兼具刚性与低温冲击性能的复合材料，满足了耐低温且高性能的汽车内饰件材料的要求；其制备方法为按照配比将各原料组分混合均匀后，熔融混炼，挤出造粒，即得抗冲击复合材料，制备得到兼具刚性与低温冲击性能的高强度抗冲击复合材料。

Description

一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车配件技术领域，具体涉及一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料及其制备方法。
背景技术
汽车内饰(Automotive Interior)主要是指汽车内部改装所用到的汽车产品，涉及到汽车内部的方方面面。比如汽车方向盘套、汽车坐垫，汽车脚垫、门内装饰板、仪表盘总成、扶手、汽车挂件、内部摆件、收纳箱等等，都是汽车内饰产品。相对于汽车的其他部件而言，内饰件对汽车的运行性能影响较小。但是，汽车内饰件必须达到一定的低温冲击要求，特别是0℃-30℃的低温冲击性能。如果低温性能差，汽车在严寒气候条件下，会破裂或在碰撞的过程中会产生碎片，危及乘车人员的安全。
目前，为了达到汽车轻量化的要求，多数汽车的内饰件采用复合塑料注塑而成。而为了提高复合塑料的低温冲击性能，往往仅添加大量的增韧剂，虽然提高了材料低温冲击性能，但是也降低了材料的刚性；如热变形温度降低，达不到作为汽车内饰件材料的刚性与耐热性能要求。例如，目前仪表板专用聚丙烯材料的低温悬臂梁缺口冲击强度(-30℃)在4KJ/m2左右，多轴冲击在6.6m/s，-30℃的条件下，会破碎。随着汽车内饰件性能要求不断提高，特别是低温多轴冲击要求越来越高，多轴冲击测试标准有ASTMD3763和ISO6603，多轴高速冲击实验样片，通过击穿样片计算样品吸收的总能量。如果在高速冲击时破碎，则不能符合材料使用要求。
为了提高汽车内饰件材料的抗冲击性，现有技术中，多采用对聚烯烃进行复配改性，虽然改善了材料的耐低温冲击性能，但是其刚性会变差，达不到汽车材料使用的标准，无法得到耐低温且高性能的汽车仪内饰件。CN1156155A公开了一种聚丙烯树脂组合物及其在汽车内饰件领域的应用，通过加入弹性体及无机填料，对聚丙烯改性，使组合物的韧性得以改善；但是其拉伸强度偏小，组合物的刚性有待提高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，克服了传统汽车内饰件材料刚性与低温冲击性能不可兼得的缺陷，通过将尼龙66、增强尼龙及橡胶共聚物复配改性，得到兼具刚性与低温冲击性能的复合材料，满足了耐低温且高性能的汽车内饰件材料的要求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，包括如下重量份的原料：尼龙66 50-80份，增强尼龙20-40份，橡胶共聚物15-30份，相容剂1-5份，增韧剂5-10份，炭黑1-5份，硫化剂0.3-0.8份和填充剂1-5份。
通过采用上述技术方案，通过向尼龙66中加入橡胶共聚物及增强尼龙，使复合材料结合了尼龙材料的机械强度、耐磨性及较好的耐腐蚀性与橡胶材料的高韧性。硫化剂使橡胶共聚物的分子结构通过硫化剂的″架桥″而变成立体网状机构，从而使橡胶共聚物的机械物理性能得到明显的改善，提高了橡胶共聚物的刚性。相容剂进一步对橡胶共聚物进行改性，提高了橡胶共聚物与尼龙66以及与增强尼龙之间的界面相容性，改善了橡胶共聚物在尼龙66及增强尼龙中的分散性，有效的提高了复合材料的耐低温韧性。将尼龙66、增强尼龙及橡胶共聚物复配改性，与填充剂协同作用，得到兼具刚性与低温冲击性能的复合材料，满足了耐低温且高性能的汽车内饰件材料的要求。
作为优选，包括如下重量份的原料：尼龙66 60-70份，增强尼龙25-35份，橡胶共聚物20-25份，相容剂1-3份，增韧剂5-8份，炭黑1-3份，硫化剂0.3-0.5份和填充剂1-3份。
通过采用上述技术方案，进一步优化了原料配比，使复合材料的刚性与低温冲击性能的综合性能更佳。
作为优选，所述橡胶共聚物通过三元乙丙橡胶与乙烯-1-辛烯共聚物及助剂共聚而成，所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为70-80wt％。
通过采用上述技术方案，乙烯-1-辛烯共聚物是含少量1-辛烯的乙烯共聚物，与乙烯与1-丁烯或1-己烯共聚物相比，性能更柔软、韧性好，粘结强度高，薄膜的拉伸强度和撕裂强度突出，耐穿刺，热封性好。将乙烯-1-辛烯共聚物与三元乙丙橡胶及助剂共聚，得到具有高柔性与韧性的橡胶共聚物，从而进一步改善了复合材料的低温韧性。三元乙丙橡胶中乙烯含量较高(70-80wt％)，与乙烯-1-辛烯共聚物共混具有比其他的橡胶更好的相容性，对提升橡胶共聚物的性能有明显的效果。
作为优选，所述增强尼龙通过无碱玻纤，尼龙6T和抗氧剂共混，挤出造粒得到。
通过采用上述技术方案，PA6T全称聚对苯二甲酰己二胺，是基于对苯二甲酸，己二酸及己二胺的改性尼龙6T，其熔点高达310℃，具有优异的刚性、尺寸安定性以及耐化学品性。用抗氧剂及无碱玻纤对尼龙6T改性，进一步增强了尼龙6T的拉伸强度、弹性、刚性等综合性能，从而改善了增强尼龙的综合性能。
作为优选，所述无碱玻纤∶尼龙6T∶抗氧剂为(2-4)∶(5-10)∶(0.1-0.3)。
通过采用上述技术方案，在上述配比范围内，增强尼龙的综合力学性能较佳，低于或高于上述范围，则刚性与韧性难以达到平衡，难以满足汽车内饰件材料的要求。
作为优选，所述增韧剂为乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、氢化乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，聚烯烃增韧剂对复合材料的低温冲击性能起到关键的作用，其具有极低的玻璃化转变温度，因此，在较低的温度下，共混物中的聚烯烃增韧剂仍能保持良好的形变和运动能力，从而提高了复合材料的低温韧性。
作为优选，所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物。
通过采用上述技术方案，马来酸酐接枝相容剂，通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂。增加了尼龙66及增强尼龙与橡胶共聚物以及填充剂之间的粘接力，能大大提高复合材料的相容性和橡胶共聚物以及填充剂的分散性，改善了加工流变性，提高了复合材料的拉伸、冲击强度等机械强度。
作为优选，所述硫化剂为二硫化四甲基秋兰姆。
通过采用上述技术方案，二硫化四甲基秋兰姆(Tetramethylthiuramdisulfide)，有机化合物，白色、淡灰色粉末，CAS号：137-26-8。在100℃以上即缓缓分解，析出游离硫，使橡胶共聚物的分子结构通过其″架桥″而变成立体网状机构，从而使橡胶共聚物的机械物理性能得到明显的改善，提高了橡胶共聚物的刚性；并且提高了复合材料制品的耐老化性能。
作为优选，所述填充剂为滑石粉，玻璃纤维，碳酸钙，云母粉和石英粉中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，利用滑石粉，玻璃纤维，碳酸钙，云母粉和石英粉对复合材料进行填充改性，提高了复合材料的弯曲模量和冲击强度。
本发明还提供了上述汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料的制备方法：按照配比将各原料组分混合均匀后，熔融混炼，挤出造粒，即得抗冲击复合材料。
通过采用上述技术方案，制备得到兼具刚性与低温冲击性能的高强度抗冲击复合材料，利用注塑机，将其注塑为各种汽车内饰件，满足了汽车内饰件材料的性能要求。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
(1)通过将尼龙66、增强尼龙及橡胶共聚物复配改性，并与其它助剂协同作用，得到兼具刚性与低温冲击性能的复合材料，满足了耐低温且高性能的汽车内饰件材料的要求；
(2)通过无碱玻纤、尼龙6T和抗氧剂共混改性得到的增强尼龙，兼具尼龙6T的刚性及耐化学品性能，以及无碱玻纤的高拉伸强度及弹性性能，从而改善了增强尼龙的综合性能；
(3)通过三元乙丙橡胶与乙烯-1-辛烯共聚物及助剂共聚得到橡胶共聚物，得到具有高柔性与韧性的橡胶共聚物，从而进一步改善了复合材料的低温韧性；
(4)硫化剂使橡胶共聚物的分子结构通过硫化剂的″架桥″而变成立体网状机构，从而使橡胶共聚物的机械物理性能得到明显的改善，提高了橡胶共聚物的刚性，使最终共混得到的复合材料的抗拉伸强度提高了近四倍，改善了复合材料的刚性。
具体实施方式
本发明中尼龙66买自深圳市亿之圣塑化有限公司，尼龙6T买自东莞市宏羽塑胶有限公司，其余原料均为普通市售产品。下述实施例中的份数均为以g为单位的重量份。
将200份无碱玻纤，500份尼龙6T和10份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯共混，双螺杆机内挤出造粒，得到增强尼龙样品1。将400份无碱玻纤，1000份尼龙6T和30份双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯共混，双螺杆机内挤出造粒，得到增强尼龙样品2。将300份无碱玻纤，800份尼龙6T，10份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，10份双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯共混，双螺杆机内挤出造粒，得到增强尼龙样品3。
将乙烯含量为70wt％的三元乙丙橡胶，乙烯-1-辛烯共聚物与乙烯基三乙氧基硅烷在密炼机中密炼混合，共聚得到橡胶共聚物样品1。将乙烯含量为75wt％的三元乙丙橡胶，乙烯-1-辛烯共聚物与乙烯基三甲氧基硅烷在密炼机中密炼混合，共聚得到橡胶共聚物样品2。将乙烯含量为80wt％的三元乙丙橡胶，乙烯-1-辛烯共聚物与乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷在密炼机中密炼混合，共聚得到橡胶共聚物样品3。
实施例1
一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，通过如下方法制备得到：
按照如下重量份称取尼龙66 80份，增强尼龙样品1 40份，橡胶共聚物样品1 30份，马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物5份，乙烯-己烯共聚物5份，氢化乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物5份，炭黑5份，二硫化四甲基秋兰姆0.8份和玻璃纤维2份，碳酸钙2份，石英粉1份，加入高速混合机中混合均匀，混合机转速为5000r/min，加热温度为120℃；将上述混合物通过同向、平行双螺杆挤出机挤出造粒；螺杆转速为80r/min，挤出温度220℃，得到实施例1的高强度抗冲击复合材料。
实施例2
一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，通过如下方法制备得到：
按照如下重量份称取尼龙66 50份，增强尼龙样品2 20份，橡胶共聚物样品2 15份，马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物5份，乙烯-丁烯共聚物5份，炭黑1份，二硫化四甲基秋兰姆0.3份和滑石粉1份，加入高速混合机中混合均匀，混合机转速为4500r/min，加热温度为100℃；将上述混合物通过同向、平行双螺杆挤出机挤出造粒；螺杆转速为80r/min，挤出温度210℃，得到实施例2的高强度抗冲击复合材料。
实施例3
一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，通过如下方法制备得到：
按照如下重量份称取尼龙66 60份，增强尼龙样品3 25份，橡胶共聚物样品3 20份，马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物1份，乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物5份，炭黑1份，二硫化四甲基秋兰姆0.3份和云母粉1份，加入高速混合机中混合均匀，混合机转速为4500r/min，加热温度为110℃；将上述混合物通过同向、平行双螺杆挤出机挤出造粒；螺杆转速为80r/min，挤出温度210℃，得到实施例3的高强度抗冲击复合材料。
实施例4
一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，通过如下方法制备得到：
按照如下重量份称取尼龙66 70份，增强尼龙样品3 35份，橡胶共聚物样品3 25份，马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物3份，乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物8份，炭黑3份，二硫化四甲基秋兰姆0.5份和玻璃纤维3份，加入高速混合机中混合均匀，混合机转速为5000r/min，加热温度为120℃；将上述混合物通过同向、平行双螺杆挤出机挤出造粒；螺杆转速为80r/min，挤出温度220℃，得到实施例4的高强度抗冲击复合材料。
实施例5
一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，通过如下方法制备得到：
按照如下重量份称取尼龙66 65份，增强尼龙样品3 30份，橡胶共聚物样品3 25份，马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物2份，乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物8份，炭黑3份，二硫化四甲基秋兰姆0.5份和玻璃纤维3份，加入高速混合机中混合均匀，混合机转速为5000r/min，加热温度为120℃；将上述混合物通过同向、平行双螺杆挤出机挤出造粒；螺杆转速为80r/min，挤出温度220℃，得到实施例5的高强度抗冲击复合材料。
对比例1
对比例1的复合材料与实施例5的区别在于，原料中无增强尼龙，其余均与实施例5一致。
对比例2
对比例2的复合材料与实施例5的区别在于，原料中橡胶共聚物，其余均与实施例5一致。
对比例3
对比例3的复合材料与实施例5的区别在于，橡胶共聚物样品3中的三元乙丙橡胶中乙烯含量为65wt％，其余均与实施例5一致。
对比例4
对比例4的复合材料与实施例5的区别在于，增强尼龙样品为150份无碱玻纤，400份尼龙6T和8份的三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯共混，双螺杆机内挤出造粒，制备得到，其余均与实施例5一致。
对比例5
对比例5的复合材料与实施例5的区别在于，增强尼龙样品为450份无碱玻纤，1200份尼龙6T和35份的三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯共混，双螺杆机内挤出造粒，制备得到，其余均与实施例5一致。
对比例6
对比例6与实施例5的区别在于，各原料组分的含量具体为：尼龙66 45份，增强尼龙样品3 15份，橡胶共聚物样品3 10份，马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物0.8份，乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物4份，炭黑1份，二硫化四甲基秋兰姆0.2份和玻璃纤维1份，其余均匀实施例5一致。
对比例7
对比例7与实施例5的区别在于，各原料组分的含量具体为：尼龙66 85份，增强尼龙样品3 45份，橡胶共聚物样品3 35份，马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物6份，乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物11份，炭黑6份，二硫化四甲基秋兰姆0.8份和玻璃纤维5份，其余均匀实施例5一致。
对比例8
对比例8与实施例5的区别在于，原料中无硫化剂的加入，其余均匀实施例5一致。
对实施例1-5与对比例1-8的复合材料进行性能测试，按照按照ASTM-D638的检测标准进行拉伸强度以及断裂伸长率的检测；按照ASTM-D3763的检测标准，进行多轴冲击强度检测，冲击速度为2.2-6.6m/s，冲击直径为12.7mm，支撑圈直径为76.2mm；按照ASTM-D256的检测标准进行缺口冲击强度检测，缺口类型为V类口，缺口剩余厚度为9.87mm；按照ASTM-D790的检测标准进行弯曲强度及弯曲模量的检测；按照ASTM-D648的检测标准进行热变形温度检测；按照ASTM-D1238的检测标准进行熔体流动速率检测。具体检测结果分别如表1和表2所示。
表1实施例1-5的复合材料的性能检测结果
Figure BDA0001777397780000071
表2对比例1-8的复合材料的性能检测结果
Figure BDA0001777397780000072
Figure BDA0001777397780000081
由表1可知，在本发明的原料组成及配比范围内得到的复合材料，其力学综合性能优异，兼具刚性与低温韧性。通过多轴冲击强度检测，证明该复合材料具备优良的低温韧性，保证在高速冲击时不被破碎，符合汽车内饰件材料的使用要求。
由表2中结果对比表1可知，若无增强尼龙(对比例1)，则复合材料的机械强度降低，熔体流动速率也相应降低，证明增强尼龙与尼龙66及其他原料与助剂共同作用，才可以实现本发明复合材料的优良性能。若无橡胶共聚物(对比例2)，则复合材料的多轴冲击强度大大降低，熔体流动速率也相应降低，断裂伸长率，弯曲强度等韧性性能相应降低，证明本发明中的橡胶共聚物对复合材料的抗冲击性能及韧性有很大影响。若橡胶共聚物中乙烯含量较低(对比例3)，则与乙烯-1-辛烯共聚物共混后相容性降低，对提升橡胶共聚物的性能不利，因此，复合材料的综合力学性能也大大降低，证明本发明中橡胶共聚物的原料中，三元乙丙橡胶的乙烯含量对复合材料的性能具有较大的影响。若增强尼龙的原料中各组分配比不在本发明的范围内(对比例4和对比例5)，证明本发明的组分只有在其特定的配比范围内制备的增强尼龙，才具有优良的综合性能，复配到本发明的原料中后，才对复合材料的性能产生正面的积极效果。复合材料的各组分原料配比不在本发明的配比范围内(对比例6和对比例7)，则复合材料的综合力学性能、热变形温度、熔体流动速率及表面光滑度均大大下降，证明本发明的组分只有在其特定的配比范围内制备的复合材料，才具有优良的综合性能。若无硫化剂，则复合材料的刚性大大降低，主要由于硫化剂使橡胶共聚物的分子结构通过硫化剂的″架桥″而变成立体网状机构，从而使橡胶共聚物的机械物理性能得到明显的改善，提高了橡胶共聚物的刚性；因此，硫化剂对橡胶共聚物乃至最终的复合材料的整体力学性能，均有很大的影响。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于，其包括如下重量份的原料：尼龙66 50-80份，增强尼龙20-40份，橡胶共聚物15-30份，相容剂1-5份，增韧剂5-10份，炭黑1-5份，硫化剂0.3-0.8份和填充剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于，其包括如下重量份的原料：尼龙66 60-70份，增强尼龙25-35份，橡胶共聚物20-25份，相容剂1-3份，增韧剂5-8份，炭黑1-3份，硫化剂0.3-0.5份和填充剂1-3份。
3.根据权利要求1所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于：所述橡胶共聚物通过三元乙丙橡胶与乙烯-1-辛烯共聚物及助剂共聚而成，所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为70-80wt%。
4.根据权利要求1所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于：所述增强尼龙通过无碱玻纤，尼龙6T和抗氧剂共混，挤出造粒得到。
5.根据权利要求4所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于：所述无碱玻纤：尼龙6T：抗氧剂为（2-4）：（5-10）：（0.1-0.3）。
6.根据权利要求1所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、氢化乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸共聚物。
8.根据权利要求1所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于：所述硫化剂为二硫化四甲基秋兰姆。
9.根据权利要求1所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料，其特征在于：所述填充剂为滑石粉，玻璃纤维，碳酸钙，云母粉和石英粉中的一种或多种。
10.一种权利要求1-9任一项所述的汽车内饰件用高强度抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：按照配比将各原料组分混合均匀后，熔融混炼，挤出造粒，即得抗冲击复合材料。
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