CN117801418A - 一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料包括下述质量份的原料：聚丙烯树脂30‑50份、TPV 20‑30份、三元乙丙橡胶20‑30份、相容剂5‑15份、润滑剂0.1‑1份、抗氧剂0.1‑1份、耐候剂0.1‑1份、填料1‑10份。本发明的材料成本低，而且具有良好的力学性能、耐候性和爆破性能，能够满足汽车安全气囊盖板的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性弹性体技术领域，尤其涉及一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，在谋求高质量、高性能与独特性的同时，汽车的安全性得到越来越高的关注，安全气囊系统正成为新型汽车的一个标准特征。
汽车仪表板安全气囊系统是一种辅助保护系统，当车辆遭受冲击时弹出的气囊使乘坐者免于与车内硬物发送碰撞，减小乘坐者受到致命伤，保护乘客安全。汽车安全气囊可以在汽车发生碰撞事故时防止或减轻人员伤亡。在汽车发生碰撞情况下，安全气囊瞬间打开形成一个气袋在乘员前方，以在乘员与部件之间形成缓冲保护屏障，减轻乘员承受的二次碰撞力，达到保护乘员的目的。汽车仪表板安全气囊系统，主要包括仪表板骨架、安全气囊气袋、安全气囊框和表皮，其中，所述安全气囊框包括框体和盖板，所述盖板固定连接于仪表板骨架的气囊爆破口内，所述框体与盖板合围成用于放置安全气囊气袋的腔体，所述仪表板骨架设有气囊爆破口，所述表皮覆盖于所述仪表板骨架和盖板表面，所述盖板靠近安全气囊气袋的一侧设有弱化沟槽，该弱化沟槽呈日字型，与盖板一体注塑成型。汽车座舱安全系统一般都是使用安全带+安全气囊的碰撞保护模式。现有的安全气囊爆破试验包括高温、常温、低温三种爆破试验(含常态及耐久试验后的爆破试验)。衡量气囊爆破试验的合格与否的指标一般是起爆时间、飞出物，更多的只是监控气囊的本身及爆破的现象，缺乏爆破系统构成件性能的研究及其对安全气囊爆破结果的影响，尚未制定相关的判定标准及管控标准。
车辆的副驾驶安全气囊框是汽车副驾驶安全气囊系统的重要组成部分，是仪表板设计过程中不可多见的硬点之一，其设计好坏决定了安全气囊在遇到车祸事故或强烈撞击后能否顺利展开，在很大程度上关乎着乘客的人身安全。通常，副驾驶侧正面安全气囊安装仪表板/框内部。副驾驶安全气囊通过副气囊框安装于仪表板内部，撞击后仪表板弱化区域破碎，气囊弹出以保护副驾驶位的乘客。这就对安全气囊框材料的韧性有着极高的要求。安全气囊在起爆时，需要将仪表板展开后让内部的气囊袋充气展开，当安全气囊框结构与强度不满足抵抗爆破冲击力时，气囊袋有可能对仪表板展开部分冲击造成仪表板、气囊框碎裂，容易出现门板与副气囊框分离飞出，可能导致破片随气囊袋弹射飞向乘员，造成更严重的伤害。
热塑性弹性体是汽车安全气囊系统的主要使用材料。用作安全气囊系统的热塑性弹性体主要有聚烯烃共混型热塑性弹性体(TPO、TPV)、聚氨酯型热塑性弹性体(TPU)、聚酯型热塑性弹性体(TPEE)。安全气囊系统常使用TPV与TPEE两种材料。日系车一般使用TPV，普遍在邵氏硬度90A左右，欧系车都使用TPEE。在国产车中，德系车一般都使用邵氏硬度55D的TPEE。美系车一般使用邵氏硬度40～55D的TPV或者TPEE。其中，TPEE的价格昂贵，而TP0存在耐候差的问题。热塑性硫化橡胶(Thermoplastic vulcanizate，简称TPV)，是采用动态硫化技术制备得到一类特殊的橡塑两相共混型热塑性弹性体，是在橡胶(含量一般在50％～80％之间)和热塑性熔融共混过程中橡胶相受到高强剪切作用发生破碎，同时在硫化剂或者交联剂作用下选择性硫化(原位“就地”交联)而形成的聚合物共混物。TPV在常温下的物理性能和弹性类似热固硫化橡胶，在高温下可像热塑性树脂一样可重复加工成型，在汽车工业、电子电器、建筑行业等应用领域可替代传统热固性硫化橡胶，是一类易于加工、可多次回用的环境友好型“绿色”化工新材料。TPV本身特殊的相态结构，被认为交联的橡胶相填充增韧热塑性树脂材料，本身具有良好低温抗冲击性能。相比于材料价格昂贵的TPEE，TPV成本要低得多。但是，TPV存在硬度过低的问题，无法满足汽车安全气囊盖板的使用要求。因此，有必要进一步开发具有良好的力学性能、耐候性和爆破性能的汽车安全气囊盖板用低成本材料。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种成本低，而且具有良好的力学性能、耐候性和爆破性能的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料及其制备方法，该材料加工容易，可回收利用，且制品外观细腻、手感好，有很好的耐老化性能和耐紫外性能，在很宽的使用温度范围内具有优良的压缩性能和压缩应力松弛；可以按客户需求调节不同的软硬度和触感，兼具了良好的力学性能、加工性能、耐高低温和环境变化以及爆破性能等优点。
本发明提出的一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：聚丙烯树脂30-50份、TPV 20-30份、三元乙丙橡胶20-30份、相容剂5-15份、润滑剂0.1-1份、抗氧剂0.1-1份、耐候剂0.1-1份、填料1-10份；所述聚丙烯树脂由中韩石化PP BX3900、神华宁煤PP 1100N和台塑石化PP5090T按质量比为(3-5)：(1-1.5)：(0.5-1)组成。
优选地，所述相容剂为POE、OBC或其组合。
优选地，所述POE为陶氏化学POE 8150、埃克森美孚POE 9061、陶氏化学POE 8480、陶氏化学POE 8200、陶氏化学POE 8003、埃克森美孚POE 6202中的至少一种。
优选地，所述三元乙丙橡胶为沙比克EPDM 756、沙比克EPDM 657、吉化EPDM3080P、三井EPDM 3092、三井EPDM 3112中的至少一种。
优选地，按照ASTM D2240A型标准，所述TPV的硬度为50-90A。
优选地，所述润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硅酮、聚乙烯蜡中的至少一种；所述填料为滑石粉、碳酸钙、玻璃微珠、玻璃纤维、蒙脱土中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂为巴斯夫K033-2、K151-3或其组合，耐候剂为氰特UV-531、UV-5411、UV-3346、UV-2908中的至少一种。
一种所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料的制备方法，包括下述步骤：
S1、将聚烯烃树脂、TPV、三元乙丙橡胶、相容剂搅拌均匀，静置一段时间，得到预混料A；
S2、向所述预混料A中加入润滑剂搅拌均匀，得到预混料B；
S3、向所述预混料B中加入填料搅拌均匀，然后加入挤出机中熔融、挤出、造粒，即得。
优选地，S1中，搅拌的速度为100-500r/min，时间为10-30min；S1中，静置时间为10-20min.
优选地，S2中，搅拌的速度为100-300r/min，时间为5-10min。
优选地，S2中，搅拌的速度为100-500r/min，时间为5-10min。
优选地，S3中，所述挤出机为同向双螺杆挤出机，其喂料转速为20-80r/min，螺杆转速为100-600r/min，螺杆长径比为52-64。
优选地，所述挤出机依次包括固体输送区、塑化熔融区和熔体输送区，在固体输送区的首段加入原料；并设置固体输送区的温度为60-180℃，塑化熔融区、熔体输送区的温度为220-260℃。
本发明的有益效果如下：
本发明制备的安全气囊盖板材料以特定组分的聚丙烯树脂为主材，并引入三元乙丙橡胶、相容剂、热塑性硫化胶(TPV)，并通过合理的配比和加工工艺，加工制备得到的安全气囊盖板材料兼具了良好的力学性能、加工性能、耐高低温和环境变化以及爆破性能等优点，且制品外观细腻、手感好，有很好的耐老化性能和耐紫外性能，在很宽的使用温度范围内具有优良的压缩性能和压缩应力松弛，可以按客户需求调节不同的软硬度和触感，可用于汽车零部件中安全气囊盖板和安全气囊框。
同时，本发明通过合理的生产工艺设计，优化生产步骤，一步法完成超高耐爆破材料的生产，且生产过程工艺简单、稳定易控、环保且设备要求低，对大规模工业化生产有利。
具体实施方式
下述实施例和对比例中，抗氧剂为巴斯夫K033-2，耐候剂为氰特UV-531。
下述实施例和对比例中，按照ASTM D2240A型标准，TPV的硬度为55A。
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：聚丙烯树脂35份、TPV 25份、三井EPDM 309220份、OBC陶氏化学91075份、芥酸酰胺0.1份、抗氧剂0.2份、硅酮母粒0.5份、耐候剂0.2份、填料10份；其中，聚丙烯树脂由中韩石化PP BX3900、神华宁煤PP 1100N和台塑石化PP5090T按质量比为3:1:1组成，填料由碳酸钙和滑石粉按质量比为1：1组成。
上述汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料的制备方法包括下述步骤：
S1、将聚丙烯树脂、TPV、三井EPDM 3092、OBC陶氏化学9107于100-500r/min下搅拌10-30min，静置15min，得到预混料A；
S2、向所述预混料A中加入芥酸酰胺，于100-300r/min下搅拌5-10min，得到预混料B；
S3、向所述预混料B中加入填料，于100-500r/min下搅拌5-10min，然后加入同向双螺杆挤出机中熔融、挤出、造粒，即得，其中挤出机的喂料转速为20-80r/min，螺杆转速为100-600r/min，螺杆长径比为52-64；挤出机依次包括固体输送区、塑化熔融区和熔体输送区，在固体输送区的首段加入原料；并设置固体输送区的温度为60-180℃，塑化熔融区、熔体输送区的温度为220-260℃。
实施例2
一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：聚丙烯树脂30份、TPV 20份、三井EPDM 309220份、OBC陶氏化学91075份、芥酸酰胺0.1份、抗氧剂0.1份、耐候剂0.1份、填料1份；其中，聚丙烯树脂由中韩石化PP BX3900、神华宁煤PP 1100N和台塑石化PP5090T按质量比为4:1:0.5组成，填料由碳酸钙和滑石粉按质量比为1：1组成。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：聚丙烯树脂50份、TPV 30份、吉化EPDM 3080P 30份、埃克森美孚POE 906115份、芥酸酰胺0.5份、抗氧剂1份、硅酮母粒0.5份、耐候剂1份、滑石粉10份；其中，聚丙烯树脂由中韩石化PP BX3900、神华宁煤PP 1100N和台塑石化PP5090T按质量比为5:1.5:1组成。
制备方法同实施例1。
对比例1
一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：神华宁煤PP1100N 35份、TPV 25份、三井EPDM 309220份、埃克森美孚POE 62025份、芥酸酰胺0.1份、抗氧剂0.2份、硅酮母粒0.5份、耐候剂0.2份、填料10份；其中，填料由碳酸钙和滑石粉按质量比为1：1组成。
上述汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料的制备方法包括下述步骤：
S1、将神华宁煤PP 1100N、TPV、三井EPDM 3092、埃克森美孚POE 6202于100-500r/min下搅拌10-30min，静置15min，得到预混料A；
S2、向所述预混料A中加入芥酸酰胺，于100-300r/min下搅拌5-10min，得到预混料B；
S3、向所述预混料B中加入填料，于100-500r/min下搅拌5-10min，然后加入同向双螺杆挤出机中熔融、挤出、造粒，即得，其中挤出机的喂料转速为20-80r/min，螺杆转速为100-600r/min，螺杆长径比为52-64；挤出机依次包括固体输送区、塑化熔融区和熔体输送区，在固体输送区的首段加入原料；并设置固体输送区的温度为60-180℃，塑化熔融区、熔体输送区的温度为220-260℃。
对比例2
一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：聚丙烯树脂35份、TPV 25份、三井EPDM 309220份、OBC陶氏化学91075份、芥酸酰胺0.1份、抗氧剂0.2份、硅酮母粒0.5份、耐候剂0.2份、填料10份；其中，聚丙烯树脂由神华宁煤PP 1100N和台塑石化PP 5090T按质量比为1:1组成，填料由碳酸钙和滑石粉按质量比为1：1组成。
上述汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料的制备方法包括下述步骤：
S1、将聚丙烯树脂、TPV、三井EPDM 3092、OBC陶氏化学9107于100-500r/min下搅拌10-30min，静置15min，得到预混料A；
S2、向所述预混料A中加入芥酸酰胺，于100-300r/min下搅拌5-10min，得到预混料B；
S3、向所述预混料B中加入填料，于100-500r/min下搅拌5-10min，然后加入同向双螺杆挤出机中熔融、挤出、造粒，即得，其中挤出机的喂料转速为20-80r/min，螺杆转速为100-600r/min，螺杆长径比为52-64；挤出机依次包括固体输送区、塑化熔融区和熔体输送区，在固体输送区的首段加入原料；并设置固体输送区的温度为60-180℃，塑化熔融区、熔体输送区的温度为220-260℃。
试验例
对实施例1和对比例1-2的材料进行性能测试。
试验方法：硬度，测量标准为ISO 7619-1，A型；
拉伸强度，测试标准为ISO 37-1，拉伸测试速率为500mm/min；
撕裂强度，测试标准为ISO 34-1，方法B，选用无割口直角形试样，测试速率为500mm/min；
熔体流动速率，测试标准为ISO 1133-1，方法A，190℃，2.16kg；
热空气老化，按GB/T 3512中规定的方法进行，把试样放在恒热老化箱内，按照规定温度(130±2)℃放置168h，取出试样在标准环境下存放至少16h后进行拉伸强度的测量，并计算拉伸强度变化率：
安全气囊盖板静态展开实验(参照GB T 19949.2-2005道路车辆安全气囊部件第2部分_安全气囊模块试验标准)：白车身前半段，管梁，仪表板上体及其上安装的零部件(副驾驶侧)，侧风口，前挡风玻璃以及其他可能影响气囊爆破以及在气囊爆破时可能脱落的零部件。注：如果没有白车身，需要制作刚性安装支架，安装结构应模拟整车装配实验设备：1)在高温实验室内贮存贮存温度：85℃±2.5℃贮存时间：4小时在高温状态下做静态展开试验2)在保持常温状态下的室内做静态展开试验3)在低温实验室中贮存贮存温度：-35℃±2.5℃贮存时间：4小时在低温状态下做静态展开试验备注：1)副驾驶安全气囊模块的安放位置及引燃系统应其在汽车上的实际情况相同2)若无高、低温试验室，将上本体总成及周边零件如实车状态安装在白车身或工装上，进行高、低温存放4小时后取出，3分钟内在工装上进行静态展开试验。
测试结果如下表所示：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，其特征在于，包括下述质量份的原料：聚丙烯树脂30-50份、TPV 20-30份、三元乙丙橡胶20-30份、相容剂5-15份、润滑剂0.1-1份、抗氧剂0.1-1份、耐候剂0.1-1份、填料1-10份；所述聚丙烯树脂由中韩石化PP BX3900、神华宁煤PP 1100N和台塑石化PP5090T按质量比为(3-5)：(1-1.5)：(0.5-1)组成。
2.根据权利要求1所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为POE、OBC或其组合；
所述POE为陶氏化学POE 8150、埃克森美孚POE 9061、陶氏化学POE 8480、陶氏化学POE8200、陶氏化学POE 8003、埃克森美孚POE 6202中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶为沙比克EPDM 756、沙比克EPDM 657、吉化EPDM 3080P、三井EPDM 3092、三井EPDM3112中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，其特征在于，按照ASTMD2240 A型标准，所述TPV的硬度为50-90A。
5.根据权利要求1所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硅酮、聚乙烯蜡中的至少一种；所述填料为滑石粉、碳酸钙、玻璃微珠、玻璃纤维、蒙脱土中的至少一种。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将聚烯烃树脂、TPV、三元乙丙橡胶、相容剂搅拌均匀，静置一段时间，得到预混料A；
S2、向所述预混料A中加入润滑剂搅拌均匀，得到预混料B；
S3、向所述预混料B中加入填料搅拌均匀，然后加入挤出机中熔融、挤出、造粒，即得。
7.根据权利要求6所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，搅拌的速度为100-500r/min，时间为10-30min；S1中，静置时间为10-20min；
S2中，搅拌的速度为100-300r/min，时间为5-10min；
S2中，搅拌的速度为100-500r/min，时间为5-10min。
8.根据权利要求7所述的汽车安全气囊盖板用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，S3中，所述挤出机为同向双螺杆挤出机，其喂料转速为20-80r/min，螺杆转速为100-600r/min，螺杆长径比为52-64；
所述挤出机依次包括固体输送区、塑化熔融区和熔体输送区，在固体输送区的首段加入原料；并设置固体输送区的温度为60-180℃，塑化熔融区、熔体输送区的温度为220-260℃。
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