CN103571213B - 一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料及其制备方法，木纤维填充增强聚丙烯材料由木纤维、相容剂、聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按重量份制备而成。以聚丙烯为基体树脂，以木纤维为增强剂，按照一定比例通过熔融共混制得高性能的聚丙烯复合材料。由于木纤维是天然可再生的、密度轻，将木纤维增强的聚丙烯材料用于汽车内饰件中，不仅可以环保，实现对天然资源的有效利用，还可以达到汽车轻量化的目的，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着汽车轻量化概念的不断推广，塑料零部件占汽车总重的比例不断增长，现已达到15份-20份。目前，很多汽车内外饰部件均采用塑料制作而成。汽车内外饰件使用较多的塑料主要有聚丙烯（PP）、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚酰胺（PA）等。其中，PP材料在汽车内饰件中使用较多，诸如汽车仪表板、门板、立柱等部件。为了达到零部件所需要的刚性、强度等硬性要求，人们往往以滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维等对聚丙烯进行填充增强改性。然而，由于这些填充物的密度通常比较高，使用此类填充改性过的PP材料虽然比传统的钢材零部件轻很多，但是离汽车轻量化的要求还有一定的改善空间。

木纤维是一种比重很小的材料，而且具有一定的强度，价格低廉易得，以木纤维增强改性的PP材料用于汽车内饰件不久可以达到轻量化的目的，还可以降低生产成本。另外，术纤维作为天然可再生材料，具有生物降解性。因此，高填充量的木纤维增强PP复合材料也具备一定的环境相容性，可以减少对环境造成的污染。

发明内容：

本发明提供一种以聚丙烯材料为基体，以木纤维为增强剂，填充增强聚丙烯复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料，由以下原料按重量份制备而成：

木纤维10~50份

相容剂5~10份

聚丙烯29.1~87.1份

增韧剂3~10份

抗氧剂0.2~0.7份

润滑剂0.3~0.8份。

进一步，所述的木纤维是将其与苯磺酰胺进行混合、烘干处理所得。

进一步，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸接枝聚丙烯中的至少一种。

进一步，所述的聚丙烯为共聚聚丙烯。

进一步，所述的增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。

进一步，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。

优选的是，所述的受阻酚类为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）；硫代酯类为硫代二丙酸二硬脂醇酯（抗氧剂DSTP）；亚磷酸酯类为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯（抗氧剂168）。

进一步，所述的润滑剂为硬脂酸盐、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

本发明的另一个目的是提供上述用于汽车内饰件的木纤维增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按照配比在高速混合机中混合2~10min得混合物；

2）将木纤维先于80~90℃下干燥12-16h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.05~0.1加入高速捏合机中进行混合5~10min，然后在80~90℃烘箱中进行烘干4~8h；

３）将（1）中混合物通过主喂料口投入到双螺杆挤出机中，再将经（2）中处理过的木纤维从侧喂料口加入，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维填充增强的聚丙烯复合材料。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1．由于木纤维的密度低，将其填充增强聚丙烯，使得制备的聚丙烯复合材料具有低密度的特性，将其用于汽车内饰件中，可以达到汽车轻量化的目的；

2.本发明使用的原材料木纤维属于可再生资源，价格低廉，降低聚丙烯复合材料的生产成本；另外，木纤维是天然可再生材料，具有生物降解性。所以将木纤维填充增强聚丙烯复合材料用于汽车内饰件中，不仅可以降低其生产成本，还具有一定的环境相容性，减少对环境的污染。

3、本发明中使用马来酸酐接枝聚丙烯等作为相容剂，可以有效地增加基体与木纤维之间的结合作用，使得木纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量得到不同程度提高，可以满足不同汽车内饰件的使用要求。

4、该制备方法操作简单，原材料易得，可直接用于工业化生产。

具体实施方式：

实施例一：

一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯材料，其配方是由以下原料按照重量份组成：

木纤维10

相容剂：马来酸酐接枝聚丙烯3

共聚聚丙烯82.1

增韧剂：乙烯-辛烯共聚物4

抗氧剂10100.3

抗氧剂1680.2

硬脂酸钙0.4

制备方法如下：

1）将共聚聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按照配比在高速混合机中混合2min得混合物；

2）将木纤维先于80℃下干燥16h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.05加入高速捏合机中进行混合5min，然后在90℃烘箱中进行烘干4h；

3）将（1）中混合物通过主喂料口投入到双螺杆挤出机中，再将经（2）中处理过的木纤维从侧喂料口加入，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维填充增强的聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为35：1、加工温度为180℃。

实施例二：

一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯材料，其配方是由以下原料按照重量份组成：

木纤维20

相容剂：马来酸酐接枝聚乙烯5

共聚PP69

增韧剂：、三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物5

抗氧剂1680.2

硬脂酸钙0.4

聚乙烯蜡0.4

制备方法如下：

1）将共聚聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按照配比在高速混合机中混合2~10min得混合物；

2）将木纤维先于85℃下干燥15h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.08加入高速捏合机中进行混合7min，然后在85℃烘箱中进行烘干5h；

3）将（1）中混合物通过主喂料口投入到双螺杆挤出机中，再将经（2）中处理过的木纤维从侧喂料口加入，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维填充增强的聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为45：1、加工温度为180℃。

实施例三：

一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯材料，其配方是由以下原料按照重量份组成：

木纤维30

相容剂马来酸酐接枝聚乙烯4

相容剂甲基丙烯酸接枝聚丙烯3

共聚PP56

增韧剂苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物6

抗氧剂10100.3

抗氧剂DSTP0.4

硬脂酸钙0.3

制备方法如下：

1）将共聚聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按照配比在高速混合机中混合2~10min得混合物；

2）将木纤维先于90℃下干燥12h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.1加入高速捏合机中进行混合10min，然后在90℃烘箱中进行烘干6h；

3）将（1）中混合物通过主喂料口投入到双螺杆挤出机中，再将经（2）中处理过的木纤维从侧喂料口加入，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维填充增强的聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为40：1、加工温度为180℃。

实施例四：

一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯材料，其配方是由以下原料按照重量份组成：

木纤维40

相容剂马来酸酐接枝聚丙烯9

共聚PP42.1

增韧剂乙烯-辛烯共聚物4

增韧剂丙烯-α烯烃共聚物4

抗氧剂10100.3

抗氧剂1680.2

乙撑双硬脂酰胺0.4

制备方法如下：

1）将共聚聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按照配比在高速混合机中混合2~10min得混合物；

2）将木纤维先于90℃下干燥16h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.05加入高速捏合机中进行混合7min，然后在80℃烘箱中进行烘干8h；

3）将（1）中混合物通过主喂料口投入到双螺杆挤出机中，再将经（2）中处理过的木纤维从侧喂料口加入，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维填充增强的聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为45：1、加工温度为180℃。

实施例五：

一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯材料，其配方是由以下原料按照重量份组成：

木纤维50

相容剂马来酸酐接枝聚丙烯10

共聚PP29.1

增韧剂丙烯-α烯烃共聚物10

抗氧剂10100.3

抗氧剂1680.2

硬脂酸钙0.4

制备方法如下：

1）将共聚聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按照配比在高速混合机中混合2~10min得混合物；

2）将木纤维先于90℃下干燥12h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.09加入高速捏合机中进行混合5~10in，然后在80℃烘箱中进行烘干8h；

3）将（1）中混合物通过主喂料口投入到双螺杆挤出机中，再将经（2）中处理过的木纤维从侧喂料口加入，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维填充增强的聚丙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为35：1、加工温度为180℃。

对比例一：

一种用于汽车内饰的滑石粉增强的聚丙烯材料，其配方是由以下原料按照重量份组成：

滑石粉10

共聚PP87.1

增韧剂3

抗氧剂10100.3

抗氧剂1680.2

硬脂酸钙0.4

具体制备方法如下：

将共聚PP、滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合3min，将混合物投入到双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维增强的聚丙烯复合材料。所述的双螺杆挤出机长径比为40：1，双螺杆挤出机的加工温度为180℃。

对比例二：

一种用于汽车内饰的滑石粉增强的聚丙烯材料，其配方是由以下原料按照重量份组成：

滑石粉20

共聚PP75.1

增韧剂4

抗氧剂10100.3

抗氧剂1680.2

硬脂酸钙0.4

具体制备方法同对比例一。

将上述实施例1-5与对比例1-2所制备的聚丙烯复合材料按ISO标准分别检测其密度、拉伸强度等性能，如下表一所示：

表一：

从表一中各实施例和对比例的性能结果可以看出：

1、由于木纤维的孔隙度大、密度小，当一定量的木纤维与聚丙烯等原料混合后经双螺杆挤出机挤出造粒后，得到的复合材料中木纤维会与聚丙烯粘合在一起，而且木纤维的孔隙度会减小很多。所以，随着木纤维填充量的增加，得到的复合材料的密度也是呈增加的趋势的。

2、将实施例一与对比例一进行对比可知，施例一中木纤维的含量为10份，复合材料的密度为0.92g/cm3；而对比例一中滑石粉的含量为10份，复合材料的密度为.0.97g/cm3。同样的，实施例二中木纤维的含量为20份，复合材料的密度为0.96g/cm3；对比例二中滑石粉的含量为20份，复合材料的密度为.1.04g/cm3；对于一个汽车内饰件来讲，若使用滑石粉20份的材料重1000g，使用木纤维20份的材料只重920g，一个制件的重量就会减轻80g；汽车上的内饰件那么多，若都使用木纤维填充增强的材料，将会对汽车轻量化起到很大的贡献。

3、比较实施例一和对比例一、实施例二和对比例二，当使用木纤维替代滑石粉来填充聚丙烯材料用于汽车内饰件时，复合材料的机械性能相差不大均满足汽车内饰件材料的使用标准要求。所以，本发明制备的木纤维填充增强聚丙烯材料不仅可以满足一定的力学性能要求，而且具备密度低、质量轻的特点，将其应用于汽车内饰件中，可进一步达到汽车轻量化的目的，具有很大优势的。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下原料按重量份制备而成：

木纤维30~50份

相容剂7~10份

共聚聚丙烯29.1~56份

增韧剂10份

抗氧剂0.5~0.7份

润滑剂0.3~0.4份；

所述的木纤维是将其与苯磺酰胺进行混合、烘干处理所得，其具体为：将木纤维先于80~90℃下干燥12-16h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.05~0.1加入高速捏合机中进行混合5~10min，然后在80~90℃烘箱中进行烘干4~8h；

所述的增韧剂为三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物或丙烯-α烯烃共聚物。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸接枝聚丙烯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的受阻酚类为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，硫代酯类为硫代二丙酸二硬脂醇酯，亚磷酸酯类为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。

5.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸盐、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

6.一种制备如权利要求1所述的用于汽车内饰件的木纤维填充增强聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将共聚聚丙烯、相容剂、增韧剂、抗氧剂、润滑剂按照配比在高速混合机中混合2~10min得混合物；

2）将木纤维先于80~90℃下干燥12-16h后，与苯磺酰胺按质量比为1：0.05~0.1加入高速捏合机中进行混合5~10min，然后在80~90℃烘箱中进行烘干4~8h；

3）将1）中混合物通过主喂料口投入到双螺杆挤出机中，再将经2）中处理过的木纤维从侧喂料口加入，经过熔融、挤出、造粒得到木纤维填充增强的聚丙烯复合材料。