CN115505202A - 一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,按重量百分比计,包括以下组分:聚丙烯40‑80份;天然纤维素纤维母粒10‑50份;相容剂5‑15份;增韧剂0‑20份;抗氧剂0.1‑1份;光稳剂0.1‑0.5份。而天然纤维素纤维母粒组分:聚丙烯20‑70份、天然纤维纤维素纤维30‑80份、抗氧剂0.5‑1.0份、偶联剂3‑5份。本发明主要是在汽车内饰用聚丙烯复合材料体系中引入吸湿性强的天然纤维素纤维,通过调整烘料工艺来管控纤维素纤维改性聚丙烯母粒含水量,利用母粒中少量水分在高温下气化出的气体进行发泡,气化过程比较缓和,保证注塑制品具有良好的外观和力学性能。另外,材料配方体系无需额外添加特殊助剂如发泡剂,不增加材料成本,同时满足汽车内饰材料力学性能。
Description
技术领域
本发明设计高分子材料改性技术领域,具体涉及一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
发泡改性聚丙烯材料因其低密度低、高性能和优越的吸能减震特性被广泛应用于汽车内饰件如门板和尾门饰板等,满足汽车行业材料轻量化的需求。同时,为积极落实我国的双碳政策,汽车行业持续探寻碳足迹小且碳排放量小的天然材料,其中天然纤维素纤维由于其来源广、纯度高、耐温性好等可被广泛利用,将替代滑石粉来填充聚丙烯材料应用于汽车内饰装饰件。
目前,针对自发泡天然材料填充聚丙烯材料的报道较少。专利CN113308053A公开了一种自发植物纤维改性聚丙烯材料及其制备,不额外使用化学发泡剂或者惰性气体等气源,而是采用强碱使得植物纤维分解出气体进行发泡。但是所添加的强碱含量较高,不仅导致植物纤维中的纤维素纤维强度有所损失,同时会严重影响到材料气味味型,不适合应用汽车内饰件。因此,十分有必要开发一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料及其制备方法。该方法主要是在汽车内饰用聚丙烯复合材料体系中引入吸湿性强的天然纤维素纤维,通过调整烘料工艺来管控纤维素纤维改性聚丙烯母粒含水量,利用母粒中少量水分在高温下气化出的气体进行发泡,气化过程比较缓和,不像发泡剂受高温影响而快速释放气体,从而保证注塑制品具有良好的外观和力学性能。
本发明的另一个目的在于提供汽车内饰用的自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料制备方法。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,按重量百分比计,包括以下组分:
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中一种或几种,熔融指数为30-60g/10min。
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,所述的天然纤维素纤维母粒由下列组分按重量份数制备而成:聚丙烯20-70份、天然纤维纤维素纤维30-80份、抗氧剂0.5-1.0份、偶联剂3-5份。
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中一种或几种,熔融指数为10-30g/10min;所述的天然纤维素纤维为原生木浆纤维中一种或几种,其中原生木浆纤维直接从云杉、桦木和松树等木材中提炼而出;所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550;所述的抗氧剂由任意比混合的主抗氧剂和辅抗氧剂组成,主抗氧剂为四季戊四醇酯;辅抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二硬酯中的至少一种。
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,所述的聚丙烯相容剂为马来酸酐、马来酸、丙烯酸、丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯接枝而成的接枝聚丙烯,接枝率在0.5-2%。
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,所述的增韧剂为弹性体,选自乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、氢化乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的一种或几种。
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,所述的抗氧剂由任意比混合的主抗氧剂和辅抗氧剂组成,主抗氧剂为四季戊四醇酯;辅抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二硬酯中的至少一种。
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,所述的光稳剂选自水杨酸对辛基苯基酯、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯中的至少一种。
所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,具体步骤为:
A.天然纤维素纤维母粒的制备:
按重量组分将聚丙烯、天然纤维素纤维、抗氧剂和偶联剂一同加入高速混料机进行混合5-10min后,接着转入密炼机进行密炼混合,再将密炼好的的块状物料转移到双腕式喂料口进行喂料,由单螺杆挤出机对其进行挤出、风冷和造粒,最终制备出天然纤维素纤维母粒。其中密炼温度设置在180-200℃,单螺杆直径为70mm,长径比为12,单螺杆挤出机各段温度依次设置为180℃、190℃和200℃。粒子干燥温度为80-110℃,干燥时间为6-10小时,天然纤维素纤维母粒含水率为0.1-1%。
B.自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料的制备
将聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂和光稳剂等按比例称重,先放入高速混合机器中混合5-10min,从主喂料口加入双螺杆挤出机中,而天然纤维素纤维母粒从侧向喂料口加入双螺杆挤出机,经过熔融挤出、拉条、冷却、造粒和干燥工艺,最后制备出自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料。螺杆挤出的加工温度为100-200℃,主机转速为300-500rpm,干燥温度为80-110℃,干燥时间为4-6小时,自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料含水率为0.5-3%
本发明与现有技术相比,具有如下积极效果:
(1)本发明是在汽车内饰用聚丙烯复合材料体系中引入吸湿性强的纤维素纤维,通过调整烘料工艺来管控纤维素纤维改性聚丙烯母粒含水量,利用母粒中少量水分在高温下气化出的气体进行发泡,气化过程比较缓和,不会像发泡剂受高温影响而快速下释放气体,保证注塑制品具有良好的外观和性能。
(2)材料配方体系无需额外添加特殊助剂如发泡剂,不增加材料成本,而且满足汽车内饰材料力学性能。
(3)材料可在普通注塑机上实现发泡工艺,操作简单,可实现产业化。
具体实施方式
本发明的目的是一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料及其制备方法。下面是实施例和对比例,通过它们可以进一步的理解本发明技术方案。但本发明并不局限如此,凡是本发明的等同或等效变换,均在本发明的保护范围内。
实施例1-5以及对比例1-2所用原材料如下:
聚丙烯1:熔融指数50,测试条件230℃*2.16kg,市售;
聚丙烯2:熔融指数60,测试条件230℃*2.16kg,市售;
弹性体:乙烯-己烯共聚物,市售;
相容剂:马来酸酐聚丙烯,接枝率1%,市售;
抗氧剂配方:硫代二丙酸十八酯︰四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯:双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯=1:2:1,市售;
光稳剂:水杨酸对辛基苯基酯,市售;
天然纤维素纤维:来源桦木,市售;
硅烷偶联剂:KH550,市售。
对比例1-2和实施例1-5的具体实施方式展开如下:
A.天然纤维素纤维母粒的制备:按重量组分将35.5份聚丙烯、60份天然纤维素纤维、0.5份抗氧剂和4份偶联剂一同加入高速混料机进行混合10min后,接着转入密炼机进行密炼混合,再将密炼好的的块状物料转移到双腕式喂料口进行喂料,由单螺杆挤出机对其进行挤出、风冷和造粒,最终制备出天然纤维素纤维母粒。其中密炼温度设置在200℃,单螺杆直径为70mm,长径比为12,单螺杆挤出机各段温度依次设置为180℃、190℃和200℃。粒子干燥温度为110℃,干燥时间为8小时,天然纤维素纤维母粒含水率为1.0%。
B.汽车内饰用的自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料:将表1中的前6个成分等按比例称重,先放入高速混合机器中混合10min,从主喂料口加入双螺杆挤出机中,天然纤维素纤维母粒按一定比重从侧向喂料口加入双螺杆挤出机,经过熔融挤出、拉条、冷却、造粒和干燥的工艺,最后制备出隔音降噪的绿色聚丙烯复合材料。螺杆挤出的加工温度为180℃,主机转速是400rpm。粒子干燥温度为110℃,干燥时间为4-6小时,自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料含水率为0.5-3%
基本力学性能测试:拉伸强度按照ISO527-2标准进行检测,测试速率为5mm/min;弯曲模量按ISO178标准进行检测,跨距为64mm,测试速率为2mm/min;简支梁缺口冲击强度按照ISO179-1标准进行检测,样条缺口为A型。
表1自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料配方及其烘料工艺对材料粒子吸湿率的影响(表中组份含量为重量百分比)
表2改性聚丙烯材料测试结果
表2分别是汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料测试结果。由表可见,通过调整烘料工艺来管控纤维素纤维改性聚丙烯母粒含水率来完成发泡工艺,可以使材料中间层带有孔隙结构;经过自发泡工艺之后,材料含水率越高,材料密度越低,拉伸强度和缺口冲击强度越低,但弯曲模量越低。由此可见,自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料可利用母粒中的少量水分在高温下气化出的气体进行发泡,并在普通注塑机上实现发泡工艺,材料性能符合汽车内饰用材料力学性能要求。
Claims (9)
2.根据权利要求1所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于:所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中一种或几种,熔融指数为30-60g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于:所述的天然纤维素纤维母粒由下列组分按重量份数制备而成:聚丙烯20-70份、天然纤维纤维素纤维30-80份、抗氧剂0.5-1.0份、偶联剂3-5份。
4.根据权利要求3所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于:所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中一种或几种,熔融指数为10-30g/10min;所述的天然纤维素纤维为原生木浆纤维中一种或几种,其中原生木浆纤维直接从云杉、桦木和松树等木材中提炼而出;所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550;所述的抗氧剂由任意比混合的主抗氧剂和辅抗氧剂组成,主抗氧剂为四季戊四醇酯;辅抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二硬酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于:所述的聚丙烯相容剂为马来酸酐、马来酸、丙烯酸、丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯接枝而成的接枝聚丙烯,接枝率在0.5-2%。
6.根据权利要求1所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于:所述的增韧剂为弹性体,选自乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、氢化乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于:所述的抗氧剂由任意比混合的主抗氧剂和辅抗氧剂组成,主抗氧剂为四季戊四醇酯;辅抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二硬酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于:所述的光稳剂选自水杨酸对辛基苯基酯、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯中的至少一种。
9.根据权利要求1-8任意之一所述的一种汽车内饰用自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料,其特征在于,具体步骤为:
A.天然纤维素纤维母粒的制备:
按重量组分将聚丙烯、天然纤维素纤维、抗氧剂和偶联剂一同加入高速混料机进行混合5-10min后,接着转入密炼机进行密炼混合,再将密炼好的的块状物料转移到双腕式喂料口进行喂料,由单螺杆挤出机对其进行挤出、风冷、造粒和干燥,最终制备出天然纤维素纤维母粒。其中密炼温度设置在180-200℃,单螺杆直径为70mm,长径比为12,单螺杆挤出机各段温度依次设置为180℃、190℃和200℃。粒子干燥温度为80-110℃,干燥时间为6-10小时,天然纤维素纤维母粒含水率为0.1-1%。
B.自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料的制备:
将聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂和光稳剂等按比例称重,先放入高速混合机器中混合5-10min,从主喂料口加入双螺杆挤出机中,而天然纤维素纤维母粒从侧向喂料口加入双螺杆挤出机,经过熔融挤出、拉条、冷却、造粒和干燥的工艺,最后制备出自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料。螺杆挤出的加工温度为100-200℃,主机转速为300-500rpm,干燥温度为80-110℃,干燥时间为4-6小时,自发泡天然纤维素纤维填充聚丙烯材料含水率为0.5-3%。
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