一種高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料及其製備方法與流程
2023-05-28 16:15:56
本發明屬於高分子複合材料技術領域，特別涉及一種高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料及其製備方法。
背景技術：
隨著汽車行業的快速發展，汽車輕量化成為汽車行業發展的一個趨勢，因此越來越多的汽車零部件採用塑料來替代金屬，減輕汽車重量。另外汽車保險槓在使用過程中難免經受外力衝擊，有時會產生不可回復的變形，此時保險槓的可回復特性尤為重要。
形狀記憶高分子材料近些年來的發展突飛猛進，其中熱致形狀記憶高分子材料是其中的重點。高分子材料要達到形狀記憶功能，必須具有固定相和可逆相兩種相態，當形狀記憶高分子產生形變時，升高溫度，可逆相的分子鏈段開始解凍，產生的形變在內應力的作用下回復到起始狀態，而固定相此時起著物理交聯點固定形狀的作用。
董保健、李樹材等人的《PP/PET/POE-g-MAH形狀記憶合金的製備與性能研究》一文中，以POE-g-MAH作為PP/PET共混體系反應性增容劑，採用熔融共混法製備出一種具有物理交聯結構的PP/PET熱致形狀記憶共混合金。增容劑POE-g-MAH的加入增大了PP和PET兩者之間的界面粘結力，有助於提高共混合金的形狀記憶性能和力學性能，並保持了共混合金良好的耐熱性能。
氣凝膠（aerogel）是一種輕質、多孔、非晶態的固體材料，顆粒尺寸介於1-100 nm之間，是典型的納米材料，其孔隙率可達80%-99.8%，具有非常優異的性能，其密度最低達1kg/m3。聚合物交聯的二氧化矽氣凝膠具有優良的韌性和一定的強度，氣凝膠內部的微粒結構包含初次粒子和二次粒子，聚合物交聯的效果相當於在凝膠表面形成了一層「塗層」，「塗層」的存在使得二次粒子之間有一定的緩衝作用，當施加一定的外力時，二次粒子之間會發生滑移，而初次粒子保持不變，當外力撤除時，樣品能回復到原來的形狀。
因此，本發明研究利用二氧化矽氣凝膠開發一種用於汽車保險槓的質輕、高彈性、具有形狀記憶的聚丙烯複合材料。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料，具有優異的形狀記憶性能，外力作用下產生的形變可通過加熱來回復，滿足汽車保險槓材料對形狀記憶的要求。
一種高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料，由以下重量份的原料組成：聚丙烯45-65份，正矽酸甲酯9-16份，3-氨丙基三乙氧基矽烷6-12份，馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物3-7份，成核劑1-2份，抗氧劑168 0.5-2份，乙腈50-70份，去離子水13-20份，滑石粉3-8份，偶氮二異丁腈5-10份，苯乙烯20-30份，氯苯溶液適量，甲醇適量，阻燃劑2-6份；
所述的阻燃劑由以下重量份的原料混合組成：十溴二苯乙烷1-2份，三氧化二銻0.6-1.5份，硼酸鋅0.5-1份。
具體步驟如下：
（1）二氧化矽凝膠的製備：
將正矽酸甲酯、乙腈和3-氨丙基三乙氧基矽烷混合成A溶液，去離子水和乙腈混合成B溶液，將A溶液冷卻至0℃以下，倒入B溶液中迅速攪拌混合均勻，置室溫中形成凝膠，老化放置3-4天，用甲醇洗滌得到二氧化矽溼凝膠，備用；
（2）製備聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠：
將二氧化矽溼凝膠置於溶於偶氮二異丁腈和苯乙烯的氯苯溶液，浸漬2-4天，轉移至氯苯溶液中，在70-75℃下反應22-25小時，用氯苯溶液洗滌兩次，接著用甲醇進行溶劑置換，超臨界乾燥即可得到聚苯乙烯交聯的塊狀氣凝膠，球磨粉碎至尺寸在20-80目篩間，過篩得到聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠粉體；
（3）混合：
①、將聚丙烯、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、抗氧劑168、成核劑加入到攪拌機中攪拌均勻，之後加入步驟（2）得到的聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠粉體繼續攪拌30-50分鐘；
②、之後加入阻燃劑的混合料繼續攪拌10-20分鐘，得混合料備用；
（4）將攪拌均勻的上述物料加入到平行雙螺杆擠出機的料鬥中，共混熔融擠出造粒，得到一種高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料。
其中，所述雙螺杆擠出機的加工條件為，一區溫度為240-250℃，二區溫度為250-260℃，三區溫度為260-270℃，四區溫度為260-280℃，五區溫度為270-290℃，六區溫度為280-295℃。
本發明與現有技術相比，具有以下優點：
（1）本發明使用3-氨丙基三乙氧基矽烷與正矽酸甲酯共聚，製備表面含有氨基的溼凝膠，然後與聚苯乙烯交聯，提高了二氧化矽氣凝膠的彈性、熱穩定性，與聚丙烯材料的相容性，且氣凝膠密度前後變化不大，添加到保險槓用聚丙烯複合材料中可以減輕汽車重量，產品具有優異的耐熱性、回彈性。
（2）聚丙烯的熔融溫度在165℃左右，本發明使用聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠與聚丙烯擠出共混，賦予了聚丙烯形狀記憶的特性，並且聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠本身具有優異的韌性，本發明產品作為汽車保險槓材料，一旦由於外部應力產生了形變，將其加熱至聚丙烯的熔點以上，樣品能回復到原來的形狀。
（3）聚丙烯是易燃材料，純聚丙烯的氧指數只有18左右，本發明的高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料，在阻燃性能方面得到大大提高，使聚丙烯材料在使用時提高安全性能。
具體實施方式
一種高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料，由以下重量份（公斤）的原料組成：聚丙烯55，正矽酸甲酯13，3-氨丙基三乙氧基矽烷10，馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物6，成核劑2，抗氧劑168 1，乙腈65，去離子水19，滑石粉6，偶氮二異丁腈7，苯乙烯24，氯苯溶液適量，甲醇適量，阻燃劑4；
所述的阻燃劑由以下重量份的原料混合組成：十溴二苯乙烷2，三氧化二銻1，硼酸鋅1。
具體步驟如下：
（1）二氧化矽凝膠的製備：
將正矽酸甲酯、乙腈和3-氨丙基三乙氧基矽烷混合成A溶液，去離子水和乙腈混合成B溶液，將A溶液冷卻至0℃以下，倒入B溶液中迅速攪拌混合均勻，置室溫中形成凝膠，老化放置3天，用甲醇洗滌得到二氧化矽溼凝膠，備用；
（2）製備聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠：
將二氧化矽溼凝膠置於溶於偶氮二異丁腈和苯乙烯的氯苯溶液，浸漬3天，轉移至氯苯溶液中，在72℃下反應24小時，用氯苯溶液洗滌兩次，接著用甲醇進行溶劑置換，超臨界乾燥即可得到聚苯乙烯交聯的塊狀氣凝膠，球磨粉碎至尺寸在80目篩間，過篩得到聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠粉體；
（3）混合：
①、將聚丙烯、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、抗氧劑168、成核劑加入到攪拌機中攪拌均勻，之後加入步驟（2）得到的聚苯乙烯交聯二氧化矽氣凝膠粉體繼續攪拌40分鐘；
②、之後加入阻燃劑的混合料繼續攪拌15分鐘，得混合料備用；
（4）將攪拌均勻的上述物料加入到平行雙螺杆擠出機的料鬥中，共混熔融擠出造粒，得到一種高阻燃的汽車保險槓用形狀記憶聚丙烯材料。
其中，所述雙螺杆擠出機的加工條件為，一區溫度為240℃，二區溫度為255℃，三區溫度為265℃，四區溫度為270℃，五區溫度為280℃，六區溫度為295℃。
經檢測性能數據如下：拉伸強度36MPa，斷裂伸長率295%，熱變形溫度（0.45MPa）107℃，形狀回復率97%，形狀回復溫度169℃，形狀回復響應時間≤100s。