CN114193883B - 一种低压注塑用内饰材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及汽车内饰材料的技术领域，具体公开了一种低压注塑用内饰材料及其制备方法。低压注塑用内饰材料由上至下依次包括：水性涂饰层、表皮层、聚丙烯泡沫层，表皮层包括以下重量份的原料：改性TPO 40‑60粉、滑石粉改性聚丙烯20‑50份、颜料1‑4份、硅烷偶联剂3‑5份、微晶纤维素2‑6份、热稳定剂0.1‑1份；所述改性TPO包括以下重量份的原料：聚偏氯乙烯60‑80份、氯化聚乙烯橡胶40‑50份、添加剂5‑8份；所述添加剂为有机锡硫醇盐、环氧化脂肪酸酯、酚类抗氧剂中的一种或几种。本申请的低压注塑用内饰材料具有耐高温、力学性能优良、有害气体释放量低等优点。
Description
技术领域
本申请涉及汽车内饰材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种低压注塑用内饰材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的进步，汽车行业发展越来越迅速，汽车对于人类生活的影响显著。汽车中通常存在汽车内饰，起到装饰等作用，使得汽车内部更加美观舒适。
汽车的使用寿命较长，这也使得对于汽车内饰材料的使用寿命、性能要求较高。目前，汽车内饰材料常采用PVC(聚氯乙烯)、TPO(热塑性聚烯烃弹性体)等。TPO作为一种新型的汽车内饰材料，相比于PVC，其密度更低、更加环保，使得目前TPO在汽车内饰中的应用越来越广泛。TPO是一种高性能的热塑性弹性体，具有密度小、低温抗冲击性能优良、易加工、可重复使用等优点。并且，采用TPO为汽车内饰材料，直接进行低压注塑成型即可得到汽车内饰，能够减少火焰处理工序、喷胶工序，节约注塑骨架存储空间，从而达到减少工序、减少材料投入、减少库存、降低能源消耗、减低人工成本的效果。
然而，目前存在的汽车内饰材料高温条件下花纹保持性较差、力学性能较差，并且产生的挥发性气体较多。因此，开发一种耐高温、力学性能优良、气味等级优良的汽车内饰材料迫在眉睫。
发明内容
为了提高汽车内饰材料的耐高温、力学性能，同时降低其有害气体释放量，本申请提供一种低压注塑用内饰材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种低压注塑用内饰材料，采用如下技术方案：
一种低压注塑用内饰材料，所述低压注塑用内饰材料由上至下依次包括：水性涂饰层、表皮层、聚丙烯泡沫层，所述表皮层包括以下重量份的原料：改性TPO40-60份、滑石粉改性聚丙烯20-50份、颜料1-4份、硅烷偶联剂3-5份、微晶纤维素2-6份、热稳定剂0.1-1份；所述改性TPO包括以下重量份的原料：聚偏氯乙烯60-80份、氯化聚乙烯橡胶40-50份、添加剂5-8份；所述添加剂为有机锡硫醇盐、环氧化脂肪酸酯、酚类抗氧剂中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，使得低压注塑用内饰材料具有较高的拉伸强度、撕裂强度、剥离强度，拉伸强度的范围为4.4-5.0MPa；撕裂强度的范围为21-26N/mm；剥离强度的范围为21-26N。并且具有优良的气味等级、高温条件下花纹保持性，气味等级范围为2.2-2.8；200℃下花纹保持性较好或完好。通过表皮层中各原料之间的相互协同作用，显著提高了低压注塑用内饰材料的耐高温性能、力学性能，同时使得其释放的有害气体含量较低，符合绿色环保的发展理念，满足市场需求。
在本申请中，采用了改性TPO，改性TPO的原料中加入了聚偏氯乙烯、氯化聚乙烯橡胶，均为线性聚合物，并且均含有较多的氯原子，氯原子能够与极性基团中的氢原子产生氢键相互作用力，从而有助于进一步增强低压注塑用内饰材料的力学性能，提高其拉伸强度、撕裂强度、剥离强度，并且不会显著增大其粘度，能够保持TPO材料容易加工的优势，然而氯原子的引入，容易产生含氯的有害气体，因此，通过加入添加剂，能够减少聚合物的氧化、置换其中的不稳定氯原子、减少引发点，从而能够显著减少有害气体的产生；此外，通过向表皮层原料中加入微晶纤维素，微晶纤维素中的极性基团中能够与氯原子产生氢键相互作用力，从而进一步减少有害气体的释放，同时还有助于提高低压注塑用内饰材料的力学性能、耐高温性能；通过加入硅烷偶联剂，其极性基团能够与氯原子产生氢键相互作用力，进一步减少有害气体的释放，同时能够增大原料之间的相容性，进一步提高低压注塑用内饰材料的拉伸强度、撕裂强度、剥离强度，降低其气味等级。并且，当改性TPO的原料含量分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
可选的，所述表皮层厚度为0.4-0.6mm，所述聚丙烯泡沫层的厚度为表皮层厚度的3-4倍。
通过采用上述技术方案，使得制备得到的低压注塑用内饰材料的性能更加优良，厚度适中、美观。并且当表皮层、聚丙烯泡沫层的厚度位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
可选的，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，原料简单、易得，能够有效提高表皮层的热稳定性。并且，当热稳定剂采用上述范围内的物质时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
可选的，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
通过采用上述技术方案，进一步增大硅烷偶联剂与表皮层中的各原料之间的相互作用力，从而有助于进一步提高低压注塑用内饰材料的力学性能、耐高温性能，并且减少有害气体的释放。
可选的，所述添加剂为有机锡硫醇盐。
通过采用上述技术方案，有机锡硫醇盐能够同时起到阻止氯化氢脱除反应的发生、减少聚合物中引发点的作用，能够进一步减少有害气体的释放。
可选的，所述聚丙烯泡沫层包括以下重量份的原料：聚丙烯60-80份、聚氨酯弹性体25-35份、碳化硅微粉5-8份、发泡剂18-23份、炭黑5-10份。
通过采用上述技术方案，聚氨酯弹性体能够提高聚丙烯泡沫层的耐高温性能；碳化硅微粉、炭黑一方面能够吸附有害气体，减少有害气体的释放，另一方面能够提高聚丙烯泡沫的耐高温、力学性能。并且当聚丙烯泡沫层各原料含量分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
可选的，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
第二方面本申请提供一种低压注塑用内饰材料的制备方法，采用如下技术方案：
一种如上述的低压注塑用内饰材料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备表皮层：将表皮层各原料混合均匀，熔融挤出薄膜，即为表皮层；
2)涂覆水性涂饰层：于表皮层一表面涂覆水性聚氨酯涂料，固化烘干，使得表皮层一面附着有水性涂饰层，所述水性涂饰层的厚度为40-60μm；
3)将表皮层远离水性涂饰层的面经过压花辊与聚丙烯泡沫层复合，得到复合材料；
4)将复合材料进行阴模真空成型，贴合于零件骨架上，得到低压注塑用内饰材料。
通过采用上述技术方案，制备方法简单，便于操作，直接将复合材料进行阴模真空成型即可。并且，当水性涂饰层的厚度在上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
综上所述，本申请至少具有以下有益效果：
第一、本申请中，通过表皮层中各原料之间的协同作用，显著提高了低压注塑用内饰材料的力学性能、耐高温性能，并且减少了有害气体的释放量，使得低压注塑用内饰材料的拉伸强度达到4.8MPa；撕裂强度达到24N/mm；剥离强度达到23N；气味等级达到2.5；200℃下花纹保持较好；
第二、通过向聚丙烯泡沫层的原料中加入聚氨酯弹性体、炭黑、碳化硅微粉，提高了聚丙烯泡沫层的耐高温、力学性能，减少了有害气体的释放，使得低压注塑用内饰材料的拉伸强度达到5.0MPa；撕裂强度达到26N/mm；剥离强度达到26N；气味等级达到2.2；200℃下花纹保持完好。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料
滑石粉改性聚丙烯选自东莞市鑫桐塑胶原料有限公司；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为硅烷偶联剂KH-570，且选自南京轩浩新材料科技有限公司；硬脂酸钙，型号为1801，且选自河北庆保塑料助剂加工有限公司；KH-602双胺基硅烷偶联剂，型号为QX-602，且选自南京全希化工有限公司；水性聚氨酯涂料，编号为JAZ02，且选自山东宏固防水材料有限公司。
制备例I
制备例I-1
一种改性TPO，其采用以下方法制备得到：
将70kg聚偏氯乙烯、45kg氯化聚乙烯橡胶、5kg添加剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，熔融混合，挤出造粒，得到改性TPO；添加剂为对苯二酚。
制备例I-2
一种改性TPO，其和制备例I-1的区别之处在于，添加剂为等量的环氧脂肪酸甲酯，其余均和制备例I-1相同。
制备例I-3
一种改性TPO，其和制备例I-2的区别之处在于，添加剂为等量的硫醇甲基锡，其余均和制备例I-2相同。
制备例II
制备例II-1
一种聚丙烯泡沫层，其采用以下方法制备：
将70kg聚丙烯、25kg聚氨酯弹性体、8kg碳化硅微粉、6kg炭黑加入至高速搅拌机中，于600r/min的速度下搅拌6min，然后加入20kg发泡剂，发泡剂为碳酸氢钠，搅拌至混合均匀，得到混合料；将混合料加入至密炼机中，于140℃的条件下熔融共混，然后将熔融共混的混合料加入至双螺杆挤出机中，熔融挤出厚度为2mm的薄膜，得到聚丙烯泡沫层。
制备例II-2
一种聚丙烯泡沫层，其和制备例II-1的区别之处在于，发泡剂为等量的偶氮二甲酰胺，其余均和制备例II-1相同。
实施例
表1 实施例1-4中低压注塑用内饰材料的表皮层中各原料含量(kg)
实施例1
一种低压注塑用内饰材料，其原料含量如表1所示；
其中改性TPO由制备例I-1制备得到；
颜料为碳黑M280；
硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
热稳定剂为硬脂酸钙。
一种低压注塑用内饰材料的制备方法，其包括以下步骤：
1)制备表皮层：将表皮层各原料加入至高速搅拌机中，于1200r/min下搅拌5min，然后加入至双螺杆挤出机中，熔融挤出厚度为0.5mm薄膜，即为表皮层，挤出温度为210℃；
2)涂覆水性涂饰层：采用辊涂机于表皮层一表面涂覆水性聚氨酯涂料，固化烘干，使得表皮层一面附着有水性涂饰层，水性涂饰层的厚度为60μm；
3)将表皮层远离水性涂饰层的面经过压花辊与制备例II-1制备得到的聚丙烯泡沫层复合，得到复合材料；
4)将复合材料进行阴模真空成型，贴合于零件骨架上，得到低压注塑用内饰材料，表皮加热温度为200℃，模具温度为75℃，模具内相对真空度为-0.085MPa。
实施例2-4
实施例2-4的低压注塑用内饰材料，其和实施例1的区别之处在于，表皮层的原料含量不同，其原料含量如表1所示，其余均和实施例1相同。
实施例5
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例3的区别之处在于，聚丙烯泡沫层由制备例II-2制备得到，其余均和实施例3相同。
实施例6-7
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例5的区别之处在于，改性TPO依次分别由制备例I-2～I-3制备得到，其余均和实施例5相同。
实施例8
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例7的区别之处在于，硅烷偶联剂为KH-602双胺基硅烷偶联剂，其余均和实施例7相同。
实施例9
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例8的区别之处在于，聚丙烯泡沫层的原料选用市售PP发泡材料，其余均和实施例8相同。
实施例10
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例8的区别之处在于，聚丙烯泡沫层的原料中未加入炭黑，其余均和实施例8相同。
实施例11
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例8的区别之处在于，聚丙烯泡沫层的原料中未加入碳化硅微粉，其余均和实施例8相同。
实施例12
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例8的区别之处在于，聚丙烯泡沫层的原料中未加入聚氨酯弹性体，其与均和实施例8相同。
对比例
对比例1
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例1的区别之处在于，以等量的TPO替换改性TPO，其余均和实施例1相同。
对比例2
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例1的区别之处在于，表皮层的原料中未加入硅烷偶联剂，其余均和实施例1相同。
对比例3
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例1的区别之处在于，表皮层的原料中未加入微晶纤维素，其余均和实施例1相同。
对比例4
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例1得到区别之处在于，改性TPO的原料中，以等量的聚乙烯替换聚偏氯乙烯，其余均和实施例1相同。
对比例5
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例1得到区别之处在于，改性TPO的原料中，以等量的三元乙丙橡胶替换氯化聚乙烯橡胶，其余均和实施例1相同。
对比例6
一种低压注塑用内饰材料，其和实施例1得到区别之处在于，改性TPO的原料中，以等量的聚乙烯替换聚偏氯乙烯，同时以等量的三元乙丙橡胶替换氯化聚乙烯橡胶，其余均和实施例1相同。
性能检测试验
将实施例1-12、对比例1-6制备得到的18种低压注塑用内饰材料进行以下性能检测；
依据《皮革针孔撕裂强度测定方法》GB/T 17928-1999，检测上述18种低压注塑用内饰材料的撕裂强度；
依据《塑料拉伸性能试验方法》GB1040-92，检测上述18种低压注塑用内饰材料的拉伸强度；
依据《橡胶或塑料涂覆织物涂层粘合强度的测定》ISO 2411-2017，检测上述18种低压注塑用内饰材料的剥离强度；
依据《汽车驾驶室内部的构件气味实验》PV3900，检测上述18种低压注塑用内饰材料的气味等级；
分别将18种低压注塑用内饰材料加热至200℃，保温15min，观察其花纹保持性，检测结果如表2所示。
表2 检测结果
从表2可以看出，本申请的低压注塑用内饰材料具有力学性能优良、释放有害气体少、在高温条件下花纹保持性较好的优点。其中，低压注塑用内饰材料的拉伸强度范围为4.4-5.0MPa；撕裂强度的范围为21-26N/mm；剥离强度的范围为21-26N；气味等级范围为2.2-2.8；在200℃的条件下，花纹保持性较好到完好。本申请中的低压注塑用内饰材料通过各原料之间的相互协同作用，显著提高了其耐高温、力学性能，同时减少了释放有害气体的含量，提高了其环保性，符合市场需求。
将对比例1和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为4.6MPa；撕裂强度为22N/mm；剥离强度为21N；气味等级为2.5；在200℃的条件下，花纹保持完好；对比例1中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为3.6MPa；撕裂强度为17N/mm；剥离强度为15N；气味等级为2.6；在200℃的条件下，花纹保持性一般。相比于实施例1，对比例1中的表皮层的原料中以等量的TPO替换改性TPO，使得低压注塑用内饰材料的力学性能、耐高温性能下降。
将对比例2和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为4.6MPa；撕裂强度为22N/mm；剥离强度为21N；气味等级为2.5；在200℃的条件下，花纹保持完好；对比例2中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为3.8MPa；撕裂强度为16N/mm；剥离强度为17N；气味等级为2.6；在200℃的条件下，花纹保持性一般。相比于实施例1，对比例2中的低压注塑用内饰材料的表皮层的原料中未加入硅烷偶联剂，使得低压注塑用内饰材料的力学性能、耐高温性能下降，且释放的有害气体的量上升。硅烷偶联剂加入能够通过分子间作用力，增大表皮层中各原料之间的相互作用，从而提高其力学性能，且使得高温条件下，花纹保持完好，并且减少了有害气体的释放。
将对比例3和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为4.6MPa；撕裂强度为22N/mm；剥离强度为21N；气味等级为2.5；在200℃的条件下，花纹保持完好；对比例3中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为3.7MPa；撕裂强度为17N/mm；剥离强度为17N；气味等级为2.7；在200℃的条件下，花纹保持性一般。相比于实施例1，对比例3中的表皮层的原料中未加入微晶纤维素，使得低压注塑用内饰材料的力学性能下降，高温条件下，花纹保持性变差。
将对比例4-6和实施例1进行对比，实施例1中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为4.6MPa；撕裂强度为22N/mm；剥离强度为21N；气味等级为2.5；在200℃的条件下，花纹保持完好；对比例4中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为3.5MPa；撕裂强度为15N/mm；剥离强度为16N；气味等级为2.5；在200℃的条件下，花纹保持较好；对比例5中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为3.3MPa；撕裂强度为16N/mm；剥离强度为15N；气味等级为2.5；在200℃的条件下，花纹保持较好；对比例6中制备得到的低压注塑用内饰材料的拉伸强度为2.9MPa；撕裂强度为13N/mm；剥离强度为12N；气味等级为2.4；在200℃的条件下，花纹保持性一般。相比于实施例1，对比例4中的改性TPO的原料中，以等量的聚乙烯替换聚偏氯乙烯；对比例5中，改性TPO的原料中，以等量的三元乙丙橡胶替换氯化聚乙烯橡胶；对比例6中，改性TPO的原料中，以等量的聚乙烯替换聚偏氯乙烯，同时以等量的三元乙丙橡胶替换氯化聚乙烯橡胶。对比例4、对比例5中制备得到的低压注塑用内饰材料的力学性能、耐高温性能下降，对比例6中制备得到的低压注塑用内饰材料的力学性能、耐高温性能进一步降低。可以看出，在改性TPO的原料中，聚偏氯乙烯与氯化聚乙烯橡胶之间存在相互协同作用，该两个原料的加入，同时向表皮层的原料中引入了氯原子，使得表皮层的原料保持容易加工的优势，并且，氯原子能够与其它极性基团中的氢原子产生氢键相互作用力，能够增强低压注塑用内饰材料的力学性能，同时使得其在高温条件下，花纹保持完好。
本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 (8)
1.一种低压注塑用内饰材料，所述低压注塑用内饰材料由上至下依次包括：水性涂饰层、表皮层、聚丙烯泡沫层，其特征在于，所述表皮层包括以下重量份的原料：改性TPO 40-60份、滑石粉改性聚丙烯20-50份、颜料1-4份、硅烷偶联剂3-5份、微晶纤维素2-6份、热稳定剂0.1-1份；所述改性TPO包括以下重量份的原料：聚偏氯乙烯60-80份、氯化聚乙烯橡胶40-50份、添加剂5-8份；所述添加剂为有机锡硫醇盐、环氧化脂肪酸酯、酚类抗氧剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种低压注塑用内饰材料，其特征在于，所述表皮层厚度为0.4-0.6mm，所述聚丙烯泡沫层的厚度为表皮层厚度的3-4倍。
3.根据权利要求1所述的一种低压注塑用内饰材料，其特征在于，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种低压注塑用内饰材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述的一种低压注塑用内饰材料，其特征在于，所述添加剂为有机锡硫醇盐。
6.根据权利要求1所述的一种低压注塑用内饰材料，其特征在于，所述聚丙烯泡沫层包括以下重量份的原料：聚丙烯60-80份、聚氨酯弹性体25-35份、碳化硅微粉5-8份、发泡剂18-23份、炭黑5-10份。
7.根据权利要求6所述的一种低压注塑用内饰材料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
8.一种如权利要求1-7任一所述的低压注塑用内饰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备表皮层：将表皮层各原料混合均匀，熔融挤出薄膜，即为表皮层；
2）涂覆水性涂饰层：于表皮层一表面涂覆水性聚氨酯涂料，固化烘干，使得表皮层一面附着有水性涂饰层，所述水性涂饰层的厚度为40-60μm；
3）将表皮层远离水性涂饰层的面经过压花辊与聚丙烯泡沫层复合，得到复合材料；
4）将复合材料进行阴模真空成型，贴合于零件骨架上，得到低压注塑用内饰材料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 215000 No. 5, Youyi Road, Huangjing Town Industrial Park, Taicang City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Rui High Tech Materials Co.,Ltd. Address before: 215000 No. 5, Youyi Road, Huangjing Town Industrial Park, Taicang City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: SUZHOU GREENTECH Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Gao Jingang Inventor after: Han Liye Inventor after: Chang Yingying Inventor after: Li Chao Inventor before: Han Liye Inventor before: Chang Yingying Inventor before: Li Chao Inventor before: Gao Jingang |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |