CN105924777B - 一种长纤维增强热塑性复合材料及其应用 - Google Patents

一种长纤维增强热塑性复合材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种长纤维增强热塑性复合材料及其应用，属于新型环保材料研发、生产、应用技术领域。该复合材料含有均聚PP、共聚PP、玻璃纤维等，具有密度低、强度大等特性，可以取代传统的金属件和造价昂贵的改性工程塑料件，在保证零件性能的同时能够有效的减轻零件重量(在原基础上降低40％以上)，可较好地实现节能与汽车轻量化的各项目标，同时该制品可回收再利用，为环保型产品。本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料在乘用车结构件的应用填补了国内G‑LFT‑D在乘用车结构零部件的应用空白，可有效提升乘用车品质，减少污染，降低乘用车重量从而降低油耗。

Description

一种长纤维增强热塑性复合材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其应用，尤其涉及一种长纤维增强热塑性复合材料及其应用，属于新型环保材料研发、生产、应用技术领域。
背景技术
G-LFT-D在欧美主要应用于汽车结构件和半结构件，乘用车前端支架、仪表盘骨架、座椅骨架、后举升门等结构件，备胎舱、备胎箱盖、底护板等半结构件均大量采用G-LFT-D成型；在欧美自2000年以来G-LFT-D的使用量逐年上升，2015年，G-LFT-D使用量为55万吨，约占全部热塑性复合材料使用量的70％。
在我国，G-LFT-D进入较晚，自2010年起开始工业化应用，前期主要应用于客车空调罩，近年来在乘用车底护板上开始使用，总使用量不大，2015年乘用车全年用量不到2000吨；在乘用车结构件上的使用尚属空白。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术之缺陷提供一种长纤维增强热塑性复合材料，该复合材料具有比重小、强度大等优点。此外，本发明进一步提供该长纤维增强热塑性复合材料的应用。
本发明所述技术问题是由以下技术方案实现的。
一种长纤维增强热塑性复合材料，其由重量百分比为60～80％的熔融混合物与重量百分比为20～40％的等长度的玻璃纤维制备而成。
进一步的，上述长纤维增强热塑性复合材料，所述熔融混合物中含有重量比为1～5:1的均聚PP、共聚PP；占均聚PP与共聚PP总重量0.2～0.5％的含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油；与均聚PP、共聚PP的总重量比为10～20:2～8:3～10:100的mEPDM、POE、PP-g-MAH；占均聚PP与共聚PP总重量1％～5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体。
上述长纤维增强热塑性复合材料，所述HY-101型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5；所述混合载体中增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为2:1:1:1。
上述长纤维增强热塑性复合材料，所述等长度的玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400的连续玻璃纤维定长切割而成。
一种制备上述长纤维增强热塑性复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)均聚PP与共聚PP的重量比为1～5:1在高速混合釜内混合，然后加入均聚PP与共聚PP总重量0.2～0.5％的含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油，所述HY-101型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5，对PP进行共混改性，得一次共混改性PP，备用；
(2)将一次共混改性PP：mEPDM：POE：PP-g-MAH按重量比100:10-20:2-8:3-10的比例混合均匀，得混合物，备用；
(3)向步骤(2)中所得的混合物中加入均聚PP与共聚P总重量1％～5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体，所述混合载体中增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为2:1:1:1，经高速搅拌混合均匀，得二次共混改性PP，备用；
(4)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的60～80％，各加热段的温度控制在200℃～230℃，步骤(3)所得二次共混改性PP经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(5)自动切割设备设定玻璃纤维输出量为最终产品重量的20～40％，将48根EW758-2400的连续纤维丝通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的玻璃纤维，备用；
(6)将步骤(5)所得等长度的玻璃纤维掉落到步骤(4)所得的熔融混合物上，通过二级双螺杆挤出机将熔融混合物和等长度的玻璃纤维进行混配，调节温度为200℃～230℃及转速150r/min，在保证等长度的玻璃纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至120r/min，减少对玻璃纤维的长度的损坏；
(7)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的长纤维增强热塑性复合材料。
上述长纤维增强热塑性复合材料在制备乘用车结构零部件中的应用，例如应用在制备乘用车前端支架、仪表盘骨架、座椅骨架等乘用车结构件或备胎舱、底护板等半结构件等。
本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料，其使用的物料均为现有技术中可直接获得的材料，如，均聚PP为均聚聚丙烯，共聚PP为共聚聚丙烯，mEPDM为茂金属催化聚合所得的三元乙丙橡胶，POE为20％辛烯的聚烯烃树脂或叫聚烯烃弹性体，PP-g-MAH为聚丙烯与马来酸酐接枝共聚物，EBS为N.N’-1、2-乙二基双十八(碳)酰胺，UV326为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并***，GW-944为聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}，DLTP为硫代二丙酸双月桂酯等。
本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料由特定的物料配比与特定的制备工艺而得，具有密度低、强度大等特性，在乘用车前端支架、仪表盘骨架、座椅骨架等乘用车结构件和备胎舱、底护板等半结构件产品上使用，可以取代传统的金属件和造价昂贵的改性工程塑料件，在保证零件性能的同时能够有效的减轻零件重量(在原基础上降低40％以上)，可较好地实现节能与汽车轻量化的各项目标，同时该制品可回收再利用，为环保型产品。本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料在乘用车结构件的应用填补了国内G-LFT-D在乘用车结构零部件的应用空白，可有效提升乘用车品质，减少污染，降低乘用车重量从而降低油耗。
附图说明
图1本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料制备流程图
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但只是用于帮助理解本发明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，不对本发明构成任何限制。
实施例1本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料的制备
组成：
一种长纤维增强热塑性复合材料，其由重量百分比为70％的熔融混合物与重量百分比为30％的等长度的玻璃纤维制备而成；所述熔融混合物中含有30kg的均聚PP、10kg共聚PP，0.12kg含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油，6kgmEPDM、2kgPOE、2.4kgPP-g-MAH，1.2kg的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述HY-101型号钛酸酯偶联剂重量为0.02kg，24#白油的重量为0.1kg；所述混合载体中增韧剂SY-PP重量为0.48kg、分散剂200目EBS重量为0.24kg、紫外线吸收剂UV326重量为0.24kg、抗氧化剂DLTP重量为0.24kg；所述等长度的玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400的连续玻璃纤维定长切割而成。
制备方法，包括如下步骤：
(1)均聚PP与共聚PP在高速混合釜内混合，然后加入含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油，对PP进行共混改性，得一次共混改性PP，备用；
(2)将PP、mEPDM、POE、PP-g-MAH比例混合均匀，得混合物，备用；
(3)向步骤(2)中所得的混合物中加入由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体，经高速搅拌混合均匀，得二次共混改性PP，备用；
(4)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的70％，各加热段的温度控制在200℃～230℃，步骤(3)所得二次共混改性PP经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(5)自动切割设备设定玻璃纤维输出量为最终产品重量的30％，将48根EW758-2400的连续纤维丝通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的玻璃纤维，备用；
(6)将步骤(5)所得等长度的玻璃纤维掉落到步骤(4)所得的熔融混合物上，通过二级双螺杆挤出机将熔融混合物和等长度的玻璃纤维进行混配，调节温度为200℃～230℃及转速150r/min，在保证等长度的玻璃纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至120r/min，减少对玻璃纤维的长度的损坏；
(7)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的长纤维增强热塑性复合材料。
实施例2本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料的制备
组成：
一种长纤维增强热塑性复合材料，其由重量百分比为60％的熔融混合物与重量百分比为40％的等长度的玻璃纤维制备而成；所述熔融混合物中含有10kg的均聚PP、10kg共聚PP，0.04kg含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油，4kgmEPDM、1.6kgPOE、2kgPP-g-MAH，0.2kg的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述HY-101型号钛酸酯偶联剂重量为0.006kg，24#白油的重量为0.034kg；所述混合载体中增韧剂SY-PP重量为0.08kg、分散剂200目EBS重量为0.04kg、紫外线吸收剂GW-944重量为0.04kg、抗氧化剂DLTP重量为0.04kg；所述等长度的玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400的连续玻璃纤维定长切割而成。
制备方法，包括如下步骤：
(1)均聚PP与共聚PP在高速混合釜内混合，然后加入含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油，对PP进行共混改性，得一次共混改性PP，备用；
(2)将PP、mEPDM、POE、PP-g-MAH比例混合均匀，得混合物，备用；
(3)向步骤(2)中所得的混合物中加入由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体，经高速搅拌混合均匀，得二次共混改性PP，备用；
(4)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的60％，各加热段的温度控制在200℃～230℃，步骤(3)所得二次共混改性PP经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(5)自动切割设备设定玻璃纤维输出量为最终产品重量的40％，将48根EW758-2400的连续纤维丝通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的玻璃纤维，备用；
(6)将步骤(5)所得等长度的玻璃纤维掉落到步骤(4)所得的熔融混合物上，通过二级双螺杆挤出机将熔融混合物和等长度的玻璃纤维进行混配，调节温度为200℃～230℃及转速150r/min，在保证等长度的玻璃纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至120r/min，减少对玻璃纤维的长度的损坏；
(7)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的长纤维增强热塑性复合材料。
实施例3本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料的制备
组成：
一种长纤维增强热塑性复合材料，其由重量百分比为80％的熔融混合物与重量百分比为20％的等长度的玻璃纤维制备而成；所述熔融混合物中含有50kg的均聚PP、10kg共聚PP，0.3kg含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油，12kgmEPDM、4.8kgPOE、6kgPP-g-MAH，3kg的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；所述HY-101型号钛酸酯偶联剂重量为0.05kg，24#白油的重量为0.25kg；所述混合载体中增韧剂SY-PP重量为1.2kg、分散剂200目EBS重量为0.6kg、紫外线吸收剂UV326重量为0.6kg、抗氧化剂DLTP重量为0.6kg；所述等长度的玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400的连续玻璃纤维定长切割而成。
制备方法，包括如下步骤：
(1)均聚PP与共聚PP在高速混合釜内混合，然后加入含有HY-101型号铝酸酯偶联剂的24#白油，对PP进行共混改性，得一次共混改性PP，备用；
(2)将PP、mEPDM、POE、PP-g-MAH比例混合均匀，得混合物，备用；
(3)向步骤(2)中所得的混合物中加入由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326、抗氧化剂DLTP组成的混合载体，经高速搅拌混合均匀，得二次共混改性PP，备用；
(4)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的60％，各加热段的温度控制在200℃～230℃，步骤(3)所得二次共混改性PP经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(5)自动切割设备设定玻璃纤维输出量为最终产品重量的40％，将48根EW758-2400的连续纤维丝通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的玻璃纤维，备用；
(6)将步骤(5)所得等长度的玻璃纤维掉落到步骤(4)所得的熔融混合物上，通过二级双螺杆挤出机将熔融混合物和等长度的玻璃纤维进行混配，调节温度为200℃～230℃及转速150r/min，在保证等长度的玻璃纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至120r/min，减少对玻璃纤维的长度的损坏；
(7)由二阶段双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的长纤维增强热塑性复合材料。
实施例4使用本发明实施例1制备的长纤维增强热塑性复合材料制备后背门内衬板
(1)根据工艺要求，对二阶段双螺杆挤出机挤出的材料进行定长定量切断，即按照产品的重量，输入到自动切割***，设备自动定长定量切断，通过保温160-180℃输送通道输送到合适的位置，利用机械手将材料从保温输送带上取下，放置到模具中；
(2)铺料结束后压机下行压制并加压；
(3)保压，当达到规定的压力值16000KN”后进行保温保压55s；
(4)产品脱模，压机开模后，抽芯退回，顶出产品；
(5)取产品，待产品完全脱离模具后，使用机械手或人工将产品从模具上取出，放置到工装上；
(6)后处理，打磨掉产品飞边，禁止磕碰划伤产品，产品边缘也不得有锯齿等不良现象；
(7)对产品表面处理，消除产品表面的脱模剂及缺陷；
(8)；进行喷漆处理，包括底漆、中涂、面漆、清漆等；
(9)获得后背门内衬板。
测试例1本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料性能测试
依据GB1463、GB/T1447-2005、GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、GB/T1449-2005、GB/T1451-2005、GB/T2411-2008、GB/T1633-2000、GB/T1462-2005、GB1634、JIS K6911中的规定，对本发明实施例1所制备的长纤维增强热塑性复合材料与传统LFT-D进行了性能测试，见表1。
表1材料性能对比表
由表1结果可知，本发明所述的长纤维增强热塑性复合材料与传统LFT-D材料相比，比重明显降低，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、无缺口冲击强度、表面硬度(邵氏)明显提高，可以取代传统的金属件和造价昂贵的改性工程塑料件，在保证零件性能的同时能够有效的减轻零件重量(在原基础上降低40％以上)，可较好地实现节能与汽车轻量化的各项目标，同时该制品可回收再利用，为环保型产品。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出的若干改进、润饰、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，其由重量百分比为60～80％的熔融混合物与重量百分比为20～40％的等长度的玻璃纤维制备而成；
所述熔融混合物中含有重量比为1～5:1的均聚PP、共聚PP；
占均聚PP与共聚PP总重量0.2～0.5％的含有HY-101型号钛酸酯偶联剂的24#白油；
与均聚PP、共聚PP的总重量比为10～20:100的mEPDM；
与均聚PP、共聚PP的总重量比为2～8:100的POE；
与均聚PP、共聚PP的总重量比为3～10:100的PP-g-MAH；
占均聚PP与共聚PP总重量1％～5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体；
所述HY-101型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5；所述混合载体中增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为2:1:1:1；
所述等长度的玻璃纤维的长度为25.4mm，由48根EW758-2400的连续玻璃纤维定长切割而成。
2.一种制备如权利要求1所述的长纤维增强热塑性复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)均聚PP与共聚PP的重量比为1～5:1在高速混合釜内混合，然后加入均聚PP与共聚PP总重量0.2～0.5％的含有HY-101型号钛酸酯偶联剂的24#白油，所述HY-101型号钛酸酯偶联剂与24#白油的重量比为1:5，对PP进行共混改性，得一次共混改性PP，备用；
(2)将一次共混改性PP、mEPDM、POE、PP-g-MAH混合均匀，备用，其中，mEPDM：POE：PP-g-MAH的重量与均聚PP、共聚PP总重量的比为10～20:2～8:3～10:100；
(3)向步骤(2)中所得的混合物中加入均聚PP与共聚PP总重量1％～5％的由增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP组成的混合载体，所述混合载体中增韧剂SY-PP、分散剂200目EBS、紫外线吸收剂UV326或GW-944、抗氧化剂DLTP的重量比为2:1:1:1，经高速搅拌混合均匀，得二次共混改性PP，备用；
(4)一级双螺杆挤出机设定混合物输出量为最终产品重量的60～80％，各加热段的温度控制在200℃～230℃，步骤(3)所得二次共混改性PP经过一级双螺杆挤出机熔融，得熔融混合物，备用；
(5)自动切割设备设定玻璃纤维输出量为最终产品重量的20～40％，将48根EW758-2400的连续玻璃纤维通过输送管道到自动切割设备，对其进行定长切割，长度为25.4mm，得等长度的玻璃纤维，备用；
(6)将步骤(5)所得等长度的玻璃纤维掉落到步骤(4)所得的熔融混合物上，通过二级双螺杆挤出机将熔融混合物和等长度的玻璃纤维进行混配，调节温度为200℃～230℃及转速150r/min，在保证等长度的玻璃纤维浸润完全的前提下，降低双螺杆挤出机的转速至120r/min，减少对玻璃纤维的长度的损坏；
(7)由二级双螺杆挤出机挤出的材料，即为所述的长纤维增强热塑性复合材料。
3.权利要求1所述的长纤维增强热塑性复合材料在制备乘用车结构零部件中的应用，其特征在于，该应用为制备乘用车前端支架、仪表盘骨架、座椅骨架乘用车结构件或备胎舱、底护板半结构件。
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