一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料及其加工方法與流程
2023-07-15 06:03:41
本發明涉及一種塑料及其製備方法，尤其涉及一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料及其加工方法。
背景技術：
：目前，汽車等外觀件大部分採用油漆進行噴塗處理，這導致了大量的vocs的排放，對環境、生產員工、消費者的健康都有很大的危害。免噴塗塑料是將材料技術和顏色技術結合，通過控制塑料基材和特殊效果色粉(如鋁粉、珠光粉)之間的相互作用，從而實現各種靚麗的外觀效果，這種免噴塗塑料產品環保效果好。多種樹脂均可以用來製造免噴塗材料，包括常見的各種工程塑料和通用塑料。聚丙烯是最為重要的通用聚合物材料之一，但是最突出的缺點就是缺口衝擊強度低，在低溫或高應變速率下，脆性尤為突出。碳納米管具有極高的強度、韌性和彈性模量，可以將碳納米管作為複合材料的增強體。但是碳納米管具有很大的長徑比，易於彎曲纏結和團聚，提高碳納米管在聚合物中的分散性，對聚合物性能的提高有著至關重要的影響。此外，通過熔融共混的方式將無機剛性粒子填充到聚合物中，也能使聚合物的力學性能、熱學性能及其它性能得以改善。本發明採用植物纖維粉與聚丙烯形成複合材料，優化了植物纖維粉的預處理工藝，添加了改性的碳納米管和改性的氧化鋅，加工得到的免噴塗聚丙烯複合材料具有優良的力學性能和耐劃傷性能。技術實現要素：針對現有技術中存在的上述不足，本發明所要解決的技術問題之一是用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法。本發明所要解決的技術問題之二是用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料。本發明目的是通過如下技術方案實現的：一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將植物纖維粉與2mol/l的碳酸鉀水溶液混合均勻，在10℃下以400rpm的轉速攪拌6-10h，然後過300目篩，保留濾渣，瀝乾濾渣表面的水分；(2)將步驟(1)的濾渣與1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率400-800w、微波溫度60-80℃的微波爐內微波處理3-10min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥3-5h，得到預處理的植物纖維粉；(3)將預處理的植物纖維粉、聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯、金屬顏料、耐劃傷劑、抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75-85rpm，攪拌時間30-40min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160-175℃，壓縮段170-185℃，機頭溫度195-210℃，口模溫度182-195℃。一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將20-30重量份的植物纖維粉與100重量份的2mol/l的碳酸鉀水溶液混合均勻，在10℃下以400rpm的轉速攪拌6-10h，然後過300目篩，保留濾渣，瀝乾濾渣表面的水分；(2)將步驟(1)的濾渣與100重量份的1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率400-800w、微波溫度60-80℃的微波爐內微波處理3-10min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥3-5h，得到預處理的植物纖維粉；(3)將12-18重量份預處理的植物纖維粉、50-70重量份的聚丙烯、3-8重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯、1-3重量份的金屬顏料、0.1-0.3重量份的耐劃傷劑、0.2-0.8重量份的抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75-85rpm，攪拌時間30-40min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160-175℃，壓縮段170-185℃，機頭溫度195-210℃，口模溫度182-195℃。一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將20-30重量份的植物纖維粉與100重量份的2mol/l的碳酸鉀水溶液混合均勻，在10℃下以400rpm的轉速攪拌6-10h，然後過300目篩，保留濾渣，瀝乾濾渣表面的水分；(2)將步驟(1)的濾渣與100重量份的1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率400-800w、微波溫度60-80℃的微波爐內微波處理3-10min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥3-5h，得到預處理的植物纖維粉；(3)將3-6重量份的碳納米管加入到50重量份的質量分數為35％的雙氧水中，在30℃下以400rpm的轉速攪拌3-4h後，以2000-5000rpm的轉速離心40-60min，離心後去掉液體，將固體與2-5重量份的乙酸、0.5-2重量份的改性劑、80-120重量份的水混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌3-4h，然後再次以2000-5000rpm的轉速離心40-60min，離心後去掉液體，用水將固體洗滌至中性，在50℃下真空乾燥3-5h，得到改性的碳納米管；所述的改性劑為聚二烯丙基二甲基氯化銨和/或殼聚糖；(4)將12-18重量份預處理的植物纖維粉、50-70重量份的聚丙烯、0.2-1重量份改性的碳納米管、3-8重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯、1-3重量份的金屬顏料、0.1-0.3重量份的耐劃傷劑、0.2-0.8重量份的抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75-85rpm，攪拌時間30-40min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160-175℃，壓縮段170-185℃，機頭溫度195-210℃，口模溫度182-195℃。一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將20-30重量份的植物纖維粉與100重量份的2mol/l的碳酸鉀水溶液混合均勻，在10℃下以400rpm的轉速攪拌6-10h，然後過300目篩，保留濾渣，瀝乾濾渣表面的水分；(2)將步驟(1)的濾渣與100重量份的1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率400-800w、微波溫度60-80℃的微波爐內微波處理3-10min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥3-5h，得到預處理的植物纖維粉；(3)將3-6重量份的碳納米管加入到50重量份的質量分數為35％的雙氧水中，在30℃下以400rpm的轉速攪拌3-4h後，以2000-5000rpm的轉速離心40-60min，離心後去掉液體，將固體與2-5重量份的乙酸、0.5-2重量份的改性劑、80-120重量份的水混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌3-4h，然後再次以2000-5000rpm的轉速離心40-60min，離心後去掉液體，用水將固體洗滌至中性，在50℃下真空乾燥3-5h，得到改性的碳納米管；所述的改性劑為聚二烯丙基二甲基氯化銨和/或殼聚糖；(4)將12-15重量份的矽烷偶聯劑與60重量份乙醇混合均勻後，與3-6重量份的氧化鋅在混合攪拌機中以500-800rpm的轉速攪拌50min，然後在50℃下真空乾燥30min，乾燥後研磨15min，得到改性的氧化鋅；(5)將12-18重量份預處理的植物纖維粉、50-70重量份的聚丙烯、0.2-1重量份改性的碳納米管、0.2-1重量份改性的氧化鋅、3-8重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯、1-3重量份的金屬顏料、0.1-0.3重量份的耐劃傷劑、0.2-0.8重量份的抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75-85rpm，攪拌時間30-40min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160-175℃，壓縮段170-185℃，機頭溫度195-210℃，口模溫度182-195℃。優選地，所述的矽烷偶聯劑為矽烷偶聯劑g570。優選地，所述的植物纖維粉為杉木粉和/或松木粉。優選地，所述的金屬顏料為金屬鋁粉。優選地，所述的耐劃傷劑為矽酮粉。優選地，所述的抗氧劑為亞磷酸酯類抗氧劑或受阻酚類抗氧劑。本發明還提供用上述方法加工而成的用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料。本發明所述用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料，優化了生產工藝，添加了改性的碳納米管和改性的氧化鋅，加工得到的免噴塗聚丙烯複合材料，顏色亮麗，質感高端，同時具有優良的力學性能和耐劃傷性能，綠色環保，特別適用於對耐刮擦和強度要求較高的汽車外飾件。具體實施方式拉伸強度測試：按iso527對製備的汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料進行拉伸強度測試，樣條尺寸：150mm×10mm×4mm，最大拉伸測試速率2mm/min，標距50mm。斷裂伸長率測試：按iso527對製備的汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料進行斷裂伸長率測試。樣條尺寸：150mm×10mm×4mm，最大拉伸測試速率2mm/min，標距50mm。彎曲強度測試：按iso178對製備的汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料進行彎曲強度測試。樣條尺寸：80mm×10mm×4mm，測試速率2mm/min。抗刮性能測試：按gmw14688對製備的汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料進行耐刮性能測試，採用網格刮擦試驗法，刮擦頭為鋼製球形、直徑為1mm，刮擦速度100mm/s，刮擦間距為3mm。實施例中各原料介紹：pp樹脂，採用中國石化揚子石油化工有限公司提供的牌號為r503的聚丙烯樹脂。杉木粉：採用德清林牌木粉有限公司提供的杉木粉，粒徑80目。松木粉：採用臨安市明珠竹木粉有限公司提供的松木粉，粒徑80目。碳酸鉀：cas號：584-08-7，由南京化學試劑股份有限公司。氫氧化鈉：cas號：1310-73-2，由南京化學試劑股份有限公司。雙氧水：採用廣州市新詣化工有限公司提供的質量分數為35％的雙氧水。乙酸：cas號：367-64-6，由金錦樂化學有限公司提供。聚二烯丙基二甲基氯化銨：採用鄭州傑克斯化工有限公司提供的純度為98％的聚二烯丙基二甲基氯化銨。殼聚糖：採用杭州鼎燕化工有限公司提供的純度為95％的殼聚糖。氧化鋅：採用南京天行新材料有限公司提供的氧化鋅，粒徑30nm。乙醇：cas號：64-17-5，由南京盛慶和化工有限公司提供。矽烷偶聯劑g570：cas號：2530-85-0，由上海吉來德新材料科技有限公司提供。碳納米管，直徑10-30nm長度1-10μm，由杭州大陽化工有限公司提供。馬來酸酐接枝聚丙烯：接枝率：0.5％-2％，由廣州謙叄化工科技有限公司提供。金屬鋁粉：採用銀元型片狀鋁粉，由長沙天九金屬材料有限公司提供，粒徑70μm。矽酮粉：採用東莞市山一塑化有限公司提供的sy-306a型矽酮粉。抗氧劑1222：cas號：976-56-7，由杭州傑恆化工有限公司提供。實施例1一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將20重量份的植物纖維粉與100重量份的2mol/l的碳酸鉀水溶液混合均勻，在10℃下以400rpm的轉速攪拌8h，然後過300目篩，保留濾渣，瀝乾濾渣表面的水分；(2)將步驟(1)的濾渣與100重量份的1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率500w、微波溫度70℃的微波爐內微波處理6min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥4h，得到預處理的植物纖維粉；(3)將14重量份預處理的植物纖維粉、60重量份的聚丙烯、3重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯、1重量份的金屬顏料、0.2重量份的耐劃傷劑、0.3重量份的抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75rpm，攪拌時間30min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160℃，壓縮段170℃，機頭溫度195℃，口模溫度182℃。其中，所述的植物纖維粉由杉木粉和松木粉按質量比為1:1混合而成，所述的金屬顏料為銀元型片狀鋁粉，所述的耐劃傷劑為矽酮粉，所述抗氧劑為抗氧劑1222。對比例1一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將20重量份的植物纖維粉與100重量份的1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率500w、微波溫度70℃的微波爐內微波處理6min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥4h，得到預處理的植物纖維粉；(2)將14重量份預處理的植物纖維粉、60重量份的聚丙烯、3重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯、1重量份的金屬顏料、0.2重量份的耐劃傷劑、0.3重量份的抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75rpm，攪拌時間30min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160℃，壓縮段170℃，機頭溫度195℃，口模溫度182℃。其中，所述的植物纖維粉由杉木粉和松木粉按質量比為1:1混合而成，所述的金屬顏料為銀元型片狀鋁粉，所述的耐劃傷劑為矽酮粉，所述抗氧劑為抗氧劑1222。實施例2一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將20重量份的植物纖維粉與100重量份的2mol/l的碳酸鉀水溶液混合均勻，在10℃下以400rpm的轉速攪拌8h，然後過300目篩，保留濾渣，瀝乾濾渣表面的水分；(2)將步驟(1)的濾渣與100重量份的1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率500w、微波溫度70℃的微波爐內微波處理6min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥4h，得到預處理的植物纖維粉；(3)將5重量份的碳納米管加入到50重量份的質量分數為35％的雙氧水中，在30℃下以400rpm的轉速攪拌3h後，以3000rpm的轉速離心50min，離心後去掉液體，將固體與3重量份的乙酸、1重量份的改性劑、80重量份的水混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌4h，然後再次以3000rpm的轉速離心50min，離心後去掉液體，用水將固體洗滌至中性，在50℃下真空乾燥5h，得到改性的碳納米管；所述的改性劑為聚二烯丙基二甲基氯化銨；(4)將14重量份預處理的植物纖維粉、60重量份的聚丙烯、0.5重量份改性的碳納米管、3重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯、1重量份的金屬顏料、0.2重量份的耐劃傷劑、0.3重量份的抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75rpm，攪拌時間30min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160℃，壓縮段170℃，機頭溫度195℃，口模溫度182℃。其中，所述的植物纖維粉由杉木粉和松木粉按質量比為1:1混合而成，所述的金屬顏料為銀元型片狀鋁粉，所述的耐劃傷劑為矽酮粉，所述抗氧劑為抗氧劑1222。實施例3與實施例2基本相同，區別僅僅在於：步驟(3)所述的改性劑為殼聚糖。實施例4優選地，所述改性劑為聚二烯丙基二甲基氯化銨和殼聚糖按質量比(1-3)：(1-3)混合的混合物。與實施例2基本相同，區別僅僅在於：步驟(3)所述的改性劑為0.3重量份的聚二烯丙基二甲基氯化銨和0.7重量份的殼聚糖的混合物。力學性能測試結果為：拉伸強度36.2mpa，彎曲強度44.3mpa，斷裂伸長率29％；耐刮傷性能測試結果為：△l＝0.7。實施例5一種用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的加工方法，包含以下步驟：(1)將20重量份的植物纖維粉與100重量份的2mol/l的碳酸鉀水溶液混合均勻，在10℃下以400rpm的轉速攪拌8h，然後過300目篩，保留濾渣，瀝乾濾渣表面的水分；(2)將步驟(1)的濾渣與100重量份的1mol/l的氫氧化鈉水溶液混合均勻，置於微波功率500w、微波溫度70℃的微波爐內微波處理6min，然後過300目篩，將得到的濾渣用水洗滌至中性，在80℃下乾燥4h，得到預處理的植物纖維粉；(3)將5重量份的碳納米管加入到50重量份的質量分數為35％的雙氧水中，在30℃下以400rpm的轉速攪拌3h後，以3000rpm的轉速離心50min，離心後去掉液體，將固體與3重量份的乙酸、1重量份的改性劑、80重量份的水混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌4h，然後再次以3000rpm的轉速離心50min，離心後去掉液體，用水將固體洗滌至中性，在50℃下真空乾燥5h，得到改性的碳納米管；所述的改性劑為0.3重量份的聚二烯丙基二甲基氯化銨和0.7重量份的殼聚糖的混合物；(4)將12重量份的矽烷偶聯劑與60重量份乙醇混合均勻後，與5重量份的氧化鋅在攪拌機中以500rpm的轉速攪拌50min，然後在50℃下真空乾燥30min，乾燥後研磨15min，得到改性的氧化鋅；(5)將14重量份預處理的植物纖維粉、60重量份的聚丙烯、0.5重量份改性的碳納米管、0.5重量份改性的氧化鋅、3重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯、1重量份的金屬顏料、0.2重量份的耐劃傷劑、0.3重量份的抗氧劑於混合攪拌機中進行混合，混合轉速為75rpm，攪拌時間30min，將混合後的物料置於雙螺杆擠出機中進行擠出，其中溫度控制參數為，供料段160℃，壓縮段170℃，機頭溫度195℃，口模溫度182℃。其中，所述的矽烷偶聯劑為矽烷偶聯劑g570，所述的植物纖維粉由杉木粉和松木粉按質量比為1:1混合而成，所述的金屬顏料為銀元型片狀鋁粉，所述的耐劃傷劑為矽酮粉，所述抗氧劑為抗氧劑1222。測試例1對實施例製備得到的用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的力學性能進行測試。具體測試結果見表1：表1：力學性能測試結果表樣品拉伸強度/mpa彎曲強度/mpa斷裂伸長率/％實施例121.525.216實施例227.329.320實施例324.834.722實施例541.649.531對比例114.219.212比較實施例1與對比例1，通過低溫、碳酸鉀處理植物纖維粉，將植物纖維粉中木質素、半纖維素去除更徹底，促進纖維粉表面的弱極性小分子溶出，表面暴露更多的極性官能團，從而增強與熔融聚丙烯基體的界面結合能力，使用碳酸鉀還能避免強鹼溶液長時間處理對植物纖維粉分子鏈造成的損傷，提高了複合材料的力學性能。比較實施例2、實施例3與實施例1，碳納米管具有較大的長徑比，易纏結，用聚二烯丙基二甲基氯化銨或殼聚糖預處理碳納米管，提高了碳納米管的分散性，表面的官能團化增強了對聚丙烯的化學親和力，起到良好的增韌效果，提高了複合材料的力學性能。發明人在實施例5中在聚丙烯材料中添加了改性的氧化鋅，發現改性的氧化鋅作為無機填料可以提高聚丙烯韌性的同時提高複合材料的強度。測試例2對實施例製備得到的用於汽車外飾件的免噴塗聚丙烯複合材料的抗刮性能測試進行測試。具體測試結果見表2：表2：抗刮性能測試結果表樣品△l(10n)實施例11.7實施例21.5實施例31.4實施例50.5對比例12.0比較實施例1與對比例1，經低溫、碳酸鉀處理的植物纖維粉能提高複合材料的抗刮性能。實施例2-3，添加了改性的碳納米管，增強了複合材料的力學強度，對提高抗刮性能也有促進作用。實施例5添加的改性氧化鋅作為剛性粒子在複合材料中分散性好、與界面的結合力強，提高了耐刮傷性能。當前第1頁12