一種輕量化汽車立柱護板及其製備方法與流程

2023-10-17 09:31:09

本發明屬於材料技術領域，涉及汽車立柱護板領域，尤其是一種輕量化汽車立柱護板及其製備方法。

背景技術：

能源危機和環境汙染的雙重壓力下，輕量化已經成為汽車工業發展的必然趨勢。聚丙烯微發泡材料具有獨有的緻密表層和發泡芯層結構，能夠顯著減輕製件重量，實現汽車輕量化，最終實現節能環保。然而，目前的微發泡後製件普遍存在問題是，微發泡後，製件性能尤其是強度降低非常嚴重，尤其是減重15％後，抗拉強度下降超過50％，致使汽車立柱護板無法正常採用微發泡技術實現輕量化。鑑於此，開發低密度、高強度新型聚丙烯微發泡製件對汽車立柱護板輕量化具有十分重要的現實意義。

技術實現要素：

本發明採用微發泡技術與模內裝飾技術相結合，實現汽車立柱護板減重18％以上的情況下，製件強度仍可滿足甚至超過現有技術中的汽車立柱護板材料標準強度要求，實現汽車立柱護板輕量化。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種輕量化汽車立柱護板，由兩部分組成，其中一部分為輕量化汽車立柱護板的主體複合材料，其原料包括以下重量份數的組分：

聚丙烯60-79份，

礦物粉體10-20份，

支化聚丙烯5-10份，

成核劑0.2-0.5份，

抗氧劑0.2-1份，

潤滑劑0.5-1份，

耐刮擦助劑1-5份，

功能母粒3-10份，

另一部分為包裹在輕量化汽車立柱護板的主體複合材料表面的織物，所述織物的材質為玻璃纖維、碳纖維、麻纖維、合成纖維中的任意一種。

進一步的技術特徵，所述聚丙烯結晶度為大於等於70％，熔融指數為5-30g/10min。

更進一步的技術特徵，所述的聚丙烯結晶度為75％，熔融指數為20g/10min。

進一步的技術特徵，所述支化聚丙烯具有長鏈結構且多分散性係數大於4，熔體強度大於等於22cN，熔融指數為3-12g/10min。

更進一步的技術特徵，支化聚丙烯的熔體強度為26cN，熔融指數為5g/10min。

進一步的技術特徵，所述功能母粒的主要成分為聚乙二醇、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、碳納米管、晶須、石墨烯、納米蒙拓土、碳酸氫鈉、偶氮二甲醯胺、偶氮二異丁腈、甲苯磺酞氨基崛中三種物質的組合；

所述的潤滑劑為硬脂酸鈣、芥酸醯胺、乙撐雙硬脂醯胺、聚乙烯蠟中的一種；

所述的礦物粉體為滑石粉、碳酸鈣、雲母，高嶺土中的一種；

所述的成核劑為苯甲酸鹽、山梨醇類、有機磷酸鹽中的一種；

所述的抗氧劑由主抗氧劑和輔抗氧劑組成，所述的主抗氧劑為受阻酚類、羥胺類、硫酯類中的一種；所述的輔抗氧劑為亞磷酸鹽類和亞磷酸酯類中的一種；

所述耐刮擦助劑為矽酮、聚四氟乙烯、聚醚矽氧烷、矽酸鈣中的一種。

更進一步的技術特徵，所述功能母粒的主要成分為聚乙二醇、晶須、碳酸氫鈉的組合；

所述成核劑為苯甲酸鈉；

所述的主抗氧劑為抗氧劑N,N'-二苄基羥胺和抗氧劑1010，所述的輔抗氧劑為抗氧劑168。

輕量化汽車立柱護板的製備方法包括以下步驟：

(1)將聚乙二醇、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、碳納米管、晶須、石墨烯、納米蒙拓土、碳酸氫鈉、偶氮二甲醯胺、偶氮二異丁腈、甲苯磺酞氨基崛中三種的組合混配成混合物，將此混合物加入到雙螺杆擠出機中，通過擠出製備成功能母粒；

(2)將聚丙烯、支化聚丙烯、成核劑、潤滑劑、抗氧劑、耐刮擦助劑放入高速混合機中混合3-6min，得到混合物；

(3)將步驟(2)中所得到的混合物通過雙螺杆擠出機的主餵料料鬥加入，礦物粉體經過側餵料加入到機筒中，經塑化、擠出、拉條、風乾、造粒，得到可適用於輕量化汽車立柱護板的主體複合材料。

(4)將步驟(3)得到的主體複合材料與步驟(1)中得到的功能母粒按照(92-98)：(2-8)的重量比例混合後加入到注塑機中，同時在注塑機的模具內預埋織物，通過低壓注塑，得到被織物包裹的立柱護板。

進一步的技術特徵，所述的步驟(1)和(3)中，雙螺杆擠出機料筒的溫度為：I區：160-180℃、II區：200-210℃、III區：215-225℃、IV區：210-220℃、V區：210-220℃、VI區：210-220℃、VII區:210-220℃、VIII區:200-215℃、IX區200-210℃，螺杆轉速400～800r/min。

進一步的技術特徵，所述的步驟(4)中，注塑機的溫度為：I區：160-180℃、II區：200-210℃、III區：210-220℃、機頭200-210℃。

有益效果

與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點：

1、本發明將模內裝飾技術與聚合物微孔發泡技術相結合，能夠在汽車立柱護板即使重量減輕超過18％情況下，利用織物補強作用，還能保持材料高機械強度，實現低密度、高強度性能與應用平衡，並最終實現汽車立柱護板輕量化。

2、本發明使用功能母粒形式，功能母粒實現了發泡劑、發泡助劑在樹脂中的預分散，有利於提高立柱護板中泡孔均勻性，減少了工廠粉塵，提高生產效率、降低了生產製造成本。

3、本發明使用的原料均為環保材料，且揮發性有機化合物含量低，因此還具有低氣味、低VOC含量特點，能夠有效改善汽車車內空氣品質。

4、本發明材料的製備方法工藝簡單，生產成本低，效率高、易於實現工業化。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1

將聚乙二醇、晶須、碳酸氫鈉按照6：1：3的重量比例3份混配成混合物，將此混合物加入到雙螺杆擠出機中，通過擠出製備成功能母粒；將熔融指數為20g/10min、結晶度為75％的聚丙烯60份，熔體強度為26cN、熔融指數為5g/10min的支化聚丙烯10份，山梨醇0.5份，芥酸醯胺0.5份，抗氧劑1010 0.6份，抗氧劑168 0.4份，矽酮5份放入高速混合機中混合3min，得到混合物；將以上所得到的混合物通過雙螺杆擠出機的主餵料料鬥加入，滑石粉20份經過側餵料加入到機筒中，經塑化、擠出、拉條、風乾、造粒，得到可適用於輕量化汽車立柱護板的主體複合材料。

將以上步驟得到的複合材料與功能母粒按照97：3的重量比混合後加入到注塑機中，同時在注塑機的模內預埋合成纖維織物，通過低壓注塑，將合成纖維織物包裹在主體複合材料表面，得到具有輕量化特徵、高強度的立柱護板。

其中，上述步驟中，雙螺杆擠出機料筒溫度為I區：160℃、II區：200℃、III區：215℃、IV區：210℃、V區：210℃、VI區：210℃、VII區:210℃、VIII區:200℃、IX區200℃，螺杆轉速400r/min。上述步驟中注塑機溫度I區：180℃、II區：210℃、III區：220℃、機頭210℃。

實施例2

將乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、碳納米管、偶氮二甲醯胺按照7：1：2重量比例8份混配成混合物，將此混合物加入到雙螺杆擠出機中，通過擠出製備成功能母粒；將熔融指數為5g/10min、結晶度為80％的聚丙烯74.5份，熔體強度為22cN、熔融指數為3g/10min的支化聚丙烯5份，苯甲酸鈉0.2份，聚乙烯蠟1份，抗氧劑N,N'-二苄基羥胺0.1份，抗氧劑168 0.2份，聚四氟乙烯1份放入高速混合機中混合6min，得到混合物；將以上所得到的混合物通過雙螺杆擠出機的主餵料料鬥加入，碳酸鈣10份經過側餵料加入到機筒中，經塑化、擠出、拉條、風乾、造粒，得到可適用於輕量化汽車立柱護板的主體複合材料。

將以上步驟得到的複合材料與功能母粒按照92：8重量比混合後加入到注塑機中，同時在注塑機的模內預埋碳纖維織物，通過低壓注塑，將碳纖維織物包裹在主體複合材料表面，得到具有輕量化特徵、高強度的立柱護板。

其中，上述步驟中，雙螺杆擠出機料筒溫度為I區：180℃、II區：210℃、III區：225℃、IV區：220℃、V區：220℃、VI區：220℃、VII區:220℃、VIII區:215℃、IX區210℃，螺杆轉速800r/min。上述步驟中注塑機溫度I區：160℃、II區：200℃、III區：210℃、機頭200℃。

實施例3

將聚乙烯、納米蒙拓土、偶氮二異丁腈按照6：2：2重量比例2份混配成混合物，將此混合物加入到雙螺杆擠出機中，通過擠出製備成功能母粒；將熔融指數為15g/10min、結晶度為77％的聚丙烯79份，熔體強度為25cN、熔融指數為4g/10min的支化聚丙烯6份，芳雜環有機磷酸酯0.3份，乙撐雙硬脂醯胺0.7份，抗氧劑1010 0.3份，抗氧劑168 0.2份，聚四氟乙烯1.5份放入高速混合機中混合4min，得到混合物；將以上所得到的混合物通過雙螺杆擠出機的主餵料料鬥加入，高嶺土10份經過側餵料加入到機筒中，經塑化、擠出、拉條、風乾、造粒，得到可適用於輕量化汽車立柱護板的主體複合材料。

將以上步驟得到的複合材料與功能母粒按照98：2重量比混合後加入到注塑機中，同時在注塑機的模內預埋麻纖維織物，通過低壓注塑，將麻纖維織物包裹在主體複合材料表面，得到具有輕量化特徵、高強度的立柱護板。

其中，上述步驟中，雙螺杆擠出機料筒溫度為I區：165℃、II區：200℃、III區：215℃、IV區：210℃、V區：210℃、VI區：215℃、VII區:215℃、VIII區:210℃、IX區205℃，螺杆轉速600r/min。上述步驟中注塑機溫度I區：170℃、II區：205℃、III區：215℃、機頭205℃。

實施例4

將乙烯-丁烯共聚物、石墨烯、甲苯磺酞氨基崛按照5：2：3重量比例5份混配成混合物，將此混合物加入到雙螺杆擠出機中，通過擠出製備成功能母粒；將熔融指數為10g/10min、結晶度為79％的聚丙烯68.5份，熔體強度為28cN、熔融指數為5g/10min的支化聚丙烯8份，山梨醇0.4份，硬脂酸鈣0.6份，抗氧劑1010 0.3份，抗氧劑168 0.2份，聚醚矽氧烷2份放入高速混合機中混合5min，得到混合物；將以上所得到的混合物通過雙螺杆擠出機的主餵料料鬥加入，雲母15份經過側餵料加入到機筒中，經塑化、擠出、拉條、風乾、造粒，得到可適用於輕量化汽車立柱護板的主體複合材料。

將以上步驟得到的複合材料與功能母粒按照95：5重量比混合後加入到注塑機中，同時在注塑機的模內預埋玻璃纖維織物，通過低壓注塑，將玻璃纖維織物包裹在主體複合材料表面，得到具有輕量化特徵、高強度的立柱護板。

其中，上述步驟中，雙螺杆擠出機料筒溫度為I區：165℃、II區：200℃、III區：210℃、IV區：210℃、V區：210℃、VI區：215℃、VII區:215℃、VIII區:210℃、IX區210℃，螺杆轉速500r/min。上述步驟中注塑機溫度I區：165℃、II區：200℃、III區：215℃、機頭200℃。

本發明產品實施例性能表

以上所述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的技術人員根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。