CN109721992A - 一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为60‑80:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 30‑50％、ABS 10‑18％、PBT 4‑8％、改性碳纳米管15‑25％、加强填料5‑15％、分散剂4‑8％、相容剂0.5‑4％、发泡剂0.5‑2％、促进剂CZ 0.1‑0.5％，所述组分B为TDI固化剂，本发明复合材料各项力学性能优越，密度小，硬度高，适合作为新能源汽车车身覆盖件制造用，具有极大的社会和经济效益。

Description

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料。

背景技术

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

目前，对新能源汽车最大的制约因素就是其续航能力，提高新能源汽车的续航能力一般有两个方法：第一个是增加电池的容量，另一个是减少新能源汽车的重量。

、钢和铝合金材料是新能源汽车车身中最为广泛使用的材料。对于新能源汽车而言，一百公斤的减重可以增加续航距离的10％左右，另外可以通过减重降低成本。因为汽车车身轻了，就可以把电池的重量减轻。现在这个电池说成本用容量来算的话，一千瓦大概是在两千到三千块钱，通过减重把电池成本降低，可以一定程度上解决新能源汽车成本问题。

与钢、铝合金相比，新型的复合材料密度有20％到30％的优势，并具有非金属一些比较典型的特点，比如耐腐蚀，此外还有非常高的强度和硬度，将复合材料应用到新能源汽车车身覆盖件制造，是目前汽车行业的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料。

本发明的核心内容如下：

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为60-80:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 30-50％、ABS10-18％、PBT 4-8％、改性碳纳米管15-25％、加强填料5-15％、分散剂4-8％、相容剂0.5-4％、发泡剂0.5-2％、促进剂CZ 0.1-0.5％，所述组分B为TDI固化剂。

优选地，所述改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到乙醇水溶液中，40-50℃超声震荡2-5h，得到均一溶液，再向溶液中加入硅烷偶联剂，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

优选地，乙醇水溶液的质量浓度为60-80％。

优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的任意一种。

优选地，所述加强填料为400-600目铝酸酯活化粉煤灰微珠。

优选地，所述铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将400-600目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至100-120℃，20-40min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合3-5h即可。

优选地，所述分散剂为芳香族乙烯基单体或乙烯基单体多元共聚物。

优选地，所述相容剂为BY-R60或BY-Z2。

优选地，所述发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

上述新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.4-0.8MPa，140-160℃加热混炼40-60min后，再将改性碳纳米管、加强填料、分散剂、相容剂加入，继续混炼20-30min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应2-5h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，8-15MPa，120-140℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至60-80℃，保温5-10h后空冷出箱即可。

本发明的有益效果如下：

PC是一种强韧的热塑性树脂，具高强度及弹性系数、高冲击强度，ABS具有较好的力学稳定性和表面硬度，较高的韧性和抗冲击性能，ABS的加入可以提高PC的加工流动性，PBT的分子链含有柔性的脂肪烃基、刚性的苯基和极性的酯基，主链是由每个重复单元为刚性苯环和柔性脂肪醇连接起来的饱和线性分子组成，分子的高度几何规整性和刚性部分使聚合物具有高的机械强度，其中脂肪烃基可以增加与PC、ABS的相容性，降低结晶性能，改性碳纳米管作为基体骨架，形成网络节构，提高复合材料的强度和硬度，而且改性之后，其表面结合上许多个-OH、-COOH，在PC、ABS中更好的分散，而且也可以与铝酸酯活化粉煤灰微珠更好的连接，避免铝酸酯活化粉煤灰微珠插层，脆性增加，本发明复合材料各项力学性能优越，密度小，硬度高，适合作为新能源汽车车身覆盖件制造用，具有极大的社会和经济效益。

具体实施方式

实施例1

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为65:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 35％、ABS12％、PBT 6％、改性碳纳米管20％、500目铝酸酯活化粉煤灰微珠12％、芳香族乙烯基单体5％、BY-Z2 0.8％、发泡剂1％、促进剂CZ 0.2％，所述组分B为TDI固化剂。

改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度为65％的乙醇水溶液中，45℃超声震荡2.5h，得到均一溶液，再向溶液中加入乙烯基三乙氧基硅烷，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将500目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至110℃，35min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合3.5h即可。

发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

上述新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.5MPa，150℃加热混炼45min后，再将改性碳纳米管、500目铝酸酯活化粉煤灰微珠、芳香族乙烯基单体、BY-Z2加入，继续混炼25min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应4h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，12MPa，130℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至65℃，保温8h后空冷出箱即可。

实施例2

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为60:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC40％、ABS12％、PBT 4％、改性碳纳米管18％、400目铝酸酯活化粉煤灰微珠5％、乙烯基单体多元共聚物5％、BY-R60 2％、发泡剂1.5％、促进剂CZ 0.1％，所述组分B为TDI固化剂。

改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，50℃超声震荡5h，得到均一溶液，再向溶液中加入乙烯基三甲氧基硅烷，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将600目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至105℃，30min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合4h即可。

发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

上述新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.7MPa，140℃加热混炼60min后，再将改性碳纳米管、400目铝酸酯活化粉煤灰微珠、乙烯基单体多元共聚物、BY-R60加入，继续混炼30min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应3.5h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，8MPa，125℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至60℃，保温6h后空冷出箱即可。

实施例3

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为60:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 30％、ABS10％、PBT 4％、改性碳纳米管15％、400目铝酸酯活化粉煤灰微珠5％、芳香族乙烯基单体4％、BY-R60 0.5％、发泡剂0.5％、促进剂CZ 0.1％，所述组分B为TDI固化剂。

改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度为60％的乙醇水溶液中，40℃超声震荡2h，得到均一溶液，再向溶液中加入β-甲氧乙氧基)硅烷，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将400目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至100℃，20min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合3h即可。

发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

上述新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.4MPa，140℃加热混炼40min后，再将改性碳纳米管、400目铝酸酯活化粉煤灰微珠、芳香族乙烯基单体、BY-R60加入，继续混炼20min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应2h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，8MPa，120℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至60℃，保温5h后空冷出箱即可。

实施例4

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为80:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 50％、ABS18％、PBT 8％、改性碳纳米管25％、600目铝酸酯活化粉煤灰微珠15％、乙烯基单体多元共聚物8％、BY-R60 4％、发泡剂2％、促进剂CZ 0.5％，所述组分B为TDI固化剂。

改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度为80％的乙醇水溶液中，50℃超声震荡5h，得到均一溶液，再向溶液中加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将600目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至120℃，40min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合5h即可。

发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

上述新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.8MPa，160℃加热混炼60min后，再将改性碳纳米管、600目铝酸酯活化粉煤灰微珠、乙烯基单体多元共聚物、BY-R60加入，继续混炼30min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应5h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，15MPa，140℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至80℃，保温10h后空冷出箱即可。

实施例5

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为60:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 50％、ABS14％、PBT 4.5％、改性碳纳米管15％、600目铝酸酯活化粉煤灰微珠15％、乙烯基单体多元共聚物8％、BY-Z2 2％、发泡剂1.5％、促进剂CZ 0.2％，所述组分B为TDI固化剂。

改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度为80％的乙醇水溶液中，40℃超声震荡3h，得到均一溶液，再向溶液中加入异丁基三乙氧基硅烷，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将600目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至110℃，25min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合5h即可。

发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

上述新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.6MPa，140℃加热混炼40min后，再将改性碳纳米管、600目铝酸酯活化粉煤灰微珠、乙烯基单体多元共聚物、BY-Z2，继续混炼30min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应2h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，15MPa，120℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至80℃，保温5h后空冷出箱即可。

实施例6

一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为80:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 30％、ABS10％、PBT 8％、改性碳纳米管20％、600目铝酸酯活化粉煤灰微珠14％、乙烯基单体多元共聚物4-8％、BY-R60 2.5％、发泡剂0.5％、促进剂CZ 0.1％，所述组分B为TDI固化剂。

改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，40℃超声震荡4h，得到均一溶液，再向溶液中加入乙烯基三甲氧基硅烷，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将600目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至100℃，30min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合3.5h即可。

发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

上述新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.4-0.8MPa，140-160℃加热混炼40-60min后，再将改性碳纳米管、600目铝酸酯活化粉煤灰微珠、乙烯基单体多元共聚物、BY-R60加入，继续混炼20min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应2h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，12MPa，130℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至60℃，保温10h后空冷出箱即可。

力学性能测试:

将本发明实施例1-5制备的复合材料制成1cm×1cm×1cm的方形块用YDD-1型多功能材料力学试验机进行力学性能测试，测试结果如下表1所示：

表1：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						抗压强度(MPa)	482	503	497	493	486
弯曲强度(MPa)	295	298	314	301	287
						冲击功(J)	18.4	18.2	19.7	19.5	19.5
密度(g/cm<sup>3</sup>)	1.56	1.52	1.51	1.63	1.49
						硬度(HV)	621	635	634	628	661

综上所述：本发明复合材料各项力学性能优越，密度小，硬度高，适合作为新能源汽车车身覆盖件制造用。

Claims (10)

1.一种新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，由组分A和组分B制备而成，所述组分A和组分B的重量比为60-80:1，所述组分A以下重量百分数的组成成分：PC 30-50％、ABS10-18％、PBT 4-8％、改性碳纳米管15-25％、加强填料5-15％、分散剂4-8％、相容剂0.5-4％、发泡剂0.5-2％、促进剂CZ 0.1-0.5％，所述组分B为TDI固化剂。

2.如权利要求1所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，所述改性碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到乙醇水溶液中，40-50℃超声震荡2-5h，得到均一溶液，再向溶液中加入硅烷偶联剂，在500W、60℃下超声反应5h，真空抽滤、洗涤至中性、冷冻干燥即可。

3.如权利要求2所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，乙醇水溶液的质量浓度为60-80％。

4.如权利要求2所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的任意一种。

5.如权利要求1所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，所述加强填料为400-600目铝酸酯活化粉煤灰微珠。

6.如权利要求1所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，所述铝酸酯活化粉煤灰微珠的制备方法为：将400-600目粉煤灰微珠在高速混合机中加热至100-120℃，20-40min后加入液体石蜡和铝酸酯偶联剂，升温至140℃，混合3-5h即可。

7.如权利要求1所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，所述分散剂为芳香族乙烯基单体或乙烯基单体多元共聚物。

8.如权利要求1所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，所述相容剂为BY-R60或BY-Z2。

9.如权利要求1所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，所述发泡剂由烷基糖苷、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇按重量比10:1:1:1混合而成。

10.如权利要求1所述的新能源汽车车身覆盖件制造用高强轻质复合材料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

(1)将PC、ABS、PBT加入到双螺杆挤出机中，0.4-0.8MPa，140-160℃加热混炼40-60min后，再将改性碳纳米管、加强填料、分散剂、相容剂加入，继续混炼20-30min后挤出到高温混融机中，升温至180℃加入发泡剂，反应2-5h后加入促进剂CZ、TDI固化剂，搅拌均匀，得到熔融液；

(2)将熔融液注入到压力铸造模具中，8-15MPa，120-140℃压制成型，自然冷却至室温，得到胚料；

(3)将胚料放入烘箱中，升温至60-80℃，保温5-10h后空冷出箱即可。