一种高韧性低气味再生聚丙烯汽车仪表板及其制备方法与流程

本发明涉及汽车内饰，具体涉及一种高韧性低气味再生聚丙烯汽车仪表板及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯材料密度低、加工流动性好、成本低廉且综合力学性能优异，是汽车内饰领域用量最大的塑料品类，占汽车内饰塑料总用量的40%以上。仪表板作为汽车内饰中面积最大、结构最复杂的塑料部件，普遍采用聚丙烯材料制造，广泛应用于仪表板骨架、副仪表板支撑结构等核心部位。

2、随着汽车回收利用法规要求的逐步提升，再生聚丙烯在汽车仪表板中的高值化应用成为行业发展方向。雷诺等车企已实现含20%再生聚丙烯的仪表板批量量产，表明再生聚丙烯在仪表板领域具备工业化应用基础。但目前经物理回收工艺得到的再生聚丙烯，在实际应用中仍存在多项性能短板，限制了其在仪表板等外观类内饰件中的规模化应用。

3、聚丙烯材料在长期服役与多次热加工过程中易发生热氧老化，出现分子链断裂、分子量下降的问题，导致再生聚丙烯的常温冲击强度较新料下降明显，低温韧性更差，难以满足汽车仪表板的耐冲击性能要求。仪表板在车辆使用过程中需承受乘员接触冲击、安全气囊爆破冲击等多种力学载荷，对材料的常温及低温冲击强度均有较高要求。现有技术多通过添加聚烯烃弹性体的方式实现增韧，但弹性体添加量过高会导致材料弯曲模量大幅下降，出现刚韧失衡的问题，制件易发生发软变形，无法满足仪表板的刚性要求。

4、同时，仪表板是车内气味的主要来源部件之一，新车异味约70%来自仪表板和门板等塑料部件。再生聚丙烯中残留有热氧降解产生的酮类、醛类小分子，抗氧剂分解产生的酚类物质，光稳定剂水解释放的胺类物质，加之拆解过程中残留的油污、杂质，导致材料气味大、voc散发量高，普遍无法满足汽车仪表板的气味等级要求，影响车内空气质量。现有除味技术多采用活性炭、多孔硅等材料进行物理吸附，不仅吸附容量有限、易达到饱和状态，还会在使用过程中随温度升高重新释放吸附的小分子，除味效果持久性不足，且多孔材料的加入还会对材料的力学性能与加工性能产生负面影响。

5、此外，再生聚丙烯表面因氧化产生极性基团，与弹性体、功能助剂的界面结合力较弱，简单物理共混后易出现相分离问题，制件表面易发白发花，长期使用过程中助剂易析出，导致材料性能波动大、批次稳定性不足。仪表板作为外观类部件，对表面质量要求较高，相分离和助剂析出会直接影响制件外观。且再生聚丙烯在前期服役过程中，原本添加的抗氧剂、光稳定剂已大量消耗，若仅进行简单共混改性而不补充稳定体系，制件在长期使用过程中易出现黄变、脆化问题，难以满足汽车零部件的长寿命使用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有再生聚丙烯改性技术存在的不足，提供一种高韧性低气味再生聚丙烯汽车仪表板及其制备方法，通过熔融过程中的分子链修复与核壳增韧相配合、反应型除味与负载吸附除味相配合，结合界面相容与稳定体系复配，同步提升再生聚丙烯的冲击韧性、气味性能与长期使用稳定性，使制得的汽车仪表板满足使用要求。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高韧性低气味再生聚丙烯汽车仪表板，由包含以下重量份组分的材料经注塑成型制成：再生聚丙烯树脂100份，环氧官能化核壳型增韧剂15-25份，扩链剂0.3-0.8份，端氨基超支化聚酰胺除味剂2-4份，负载型吸附除味剂1-3份，界面相容剂3-5份，复配稳定体系0.5-1.5份，加工助剂0.5-1份。

4、所述环氧官能化核壳型增韧剂为以环氧官能化乙烯-辛烯共聚物为核层、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物为壳层的核壳结构粒子，核壳质量比为7:3~8:2。粒子表面分布的环氧基团可在熔融共混过程中，与再生聚丙烯断裂分子链的端羧基、端羟基发生开环反应，在修复断裂分子链的同时，以核壳粒子的形式分散于基体中发挥增韧作用。

5、所述端氨基超支化聚酰胺除味剂的分子表面带有大量高活性端氨基，可在熔融状态下与再生聚丙烯中的醛类、酮类、酚类等异味小分子发生加成反应，将小分子异味物质转化为键合在聚合物基体中的非挥发性大分子，从反应机理上减少异味来源。

6、所述负载型吸附除味剂为介孔二氧化硅负载黄酮类除味活性组分，其中介孔二氧化硅的孔径为2-5nm，黄酮类除味活性组分的负载量为10-15wt%。介孔结构可对残留的微量异味小分子进行物理吸附，黄酮类组分可捕获加工过程中产生的自由基，辅助抑制材料的热氧降解。

7、进一步地，所述再生聚丙烯树脂为汽车内饰拆解料经破碎、清洗、分选、熔融造粒得到，按照gb/t 3682.1-2018标准，在190℃、2.16kg负荷下测试的熔融指数为10-20g/10min，使用前干燥至水分含量不高于0.1wt%。

8、进一步地，所述扩链剂为苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，环氧值为0.2-0.3mol/100g，重均分子量为3000-5000，可辅助修复再生聚丙烯的断裂分子链，提升材料的熔体强度。

9、进一步地，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为0.8-1.2wt%，按照gb/t 3682.1-2018标准，在190℃、2.16kg负荷下测试的熔融指数为50-80g/10min，用于改善各功能组分与聚丙烯基体的界面结合力。

10、进一步地，所述复配稳定体系按重量份计包括：受阻酚抗氧剂1010占0.2-0.5份，亚磷酸酯抗氧剂168占0.2-0.5份，受阻胺光稳定剂944占0.1-0.5份，三者配合提升材料的热氧稳定性与光稳定性。

11、进一步地，所述加工助剂为硬脂酸锌和乙撑双硬脂酰胺按质量比1:1复配而成，用于改善材料的加工流动性，减少螺杆剪切生热。

12、所述汽车仪表板在23℃悬臂梁缺口冲击强度不低于45kj/m2，-30℃悬臂梁缺口冲击强度不低于12kj/m2，弯曲模量不低于1800mpa，80℃放置2h后的气味等级不高于2.5级，总voc散发量不高于30μgc/g，1000h热氧老化后冲击强度保留率不低于85%，可满足汽车仪表板对力学性能、气味性能和长期耐老化性能的要求。

13、本发明还提供上述高韧性低气味再生聚丙烯汽车仪表板的制备方法，包括以下步骤：

14、s1、预处理：将汽车内饰拆解聚丙烯料经破碎、清洗、磁选、风选除去金属、纤维等杂质，经熔融挤出造粒得到再生聚丙烯树脂，干燥至水分含量不高于0.1wt%备用；

15、s2、预混：按重量份称取各组分，先将再生聚丙烯树脂、环氧官能化核壳型增韧剂、扩链剂、界面相容剂、复配稳定体系、加工助剂加入高速混合机，在800-1000rpm转速下混合3-5min，使各组分初步分散均匀；再加入端氨基超支化聚酰胺除味剂、负载型吸附除味剂，在300-500rpm转速下低速混合1-2min，避免除味剂在高速剪切下提前反应失效，得到混合物料；

16、s3、熔融反应挤出：将混合物料加入双螺杆挤出机，控制螺杆转速300-400rpm，机筒温度从喂料段到机头依次设置为160℃、180℃、190℃、195℃、200℃、200℃、195℃、190℃、185℃，挤出段真空度控制为-0.08~-0.1mpa。熔融共混过程中同步发生分子链扩链修复反应与异味小分子反应，挤出物经拉条、冷却、切粒、干燥后，得到改性聚丙烯粒料；

17、s4、注塑成型：将改性聚丙烯粒料干燥后，在注塑温度190-210℃、注射压力80-100mpa、保压压力50-60mpa、模具温度40-50℃条件下注塑成型，得到高韧性低气味再生聚丙烯汽车仪表板。

18、进一步地，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1~48:1，螺杆上设置有2组啮合块元件和1组齿形盘元件，以强化剪切分散效果，促进各组分均匀分散与反应充分进行。

19、本发明的工作原理如下：

20、在熔融共混过程中，环氧官能化核壳型增韧剂表面的环氧基团与扩链剂分子上的环氧基团，共同与再生聚丙烯断裂分子链末端的羧基、羟基发生开环反应，将断裂的聚丙烯分子链重新连接，从分子层面改善再生聚丙烯的基体性能，提升聚丙烯的分子量与熔体强度。同时，核壳结构的增韧粒子均匀分散在聚丙烯基体中，乙烯-辛烯共聚物橡胶核在受到冲击时可引发银纹与剪切带，吸收大量冲击能量；甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物壳层与聚丙烯基体相容性良好，界面结合力强，可在提升冲击韧性的同时，避免材料弯曲模量出现大幅下降，实现刚韧平衡。

21、在除味方面，端氨基超支化聚酰胺带有大量高活性端氨基，在熔融状态下可与醛类、酮类、小分子羧酸、酚类等异味小分子发生加成反应，将小分子异味物质转化为键合在聚合物基体中的非挥发性大分子，通过化学反应减少异味来源，不存在吸附饱和与后期释放的问题。介孔二氧化硅负载的黄酮类除味活性组分，一方面通过介孔的物理吸附作用捕获残留的微量异味小分子，另一方面黄酮类物质可捕获加工过程中产生的自由基，辅助抑制热氧降解，二者配合实现高效持久的除味效果。

22、界面相容剂马来酸酐接枝聚丙烯可改善增韧粒子、除味组分、稳定体系与聚丙烯基体的界面结合状态，避免相分离与助剂析出问题，提升材料的批次稳定性。复配稳定体系补充了再生聚丙烯中已消耗的抗氧与光稳定组分，提升材料的长期耐老化性能，满足汽车零部件的长期使用要求。

23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、第一，本发明采用带环氧基团的核壳型增韧剂配合扩链剂，在熔融共混过程中同步实现分子链修复与高效增韧，可大幅提升再生聚丙烯的常温与低温冲击强度，同时保持较高的弯曲模量，有效解决了现有增韧技术中刚韧失衡的问题，改性后材料的冲击性能较未改性再生聚丙烯提升显著，能够满足汽车仪表板对冲击韧性和刚性的双重要求。

25、第二，本发明采用反应型除味与负载吸附除味相结合的方式，通过端氨基超支化聚酰胺的化学反应减少异味小分子，不存在吸附饱和问题，配合介孔硅负载黄酮类组分的辅助吸附与抗氧作用，可使材料达到较低的气味等级与voc散发量，且除味效果持久，不易出现后期异味反弹，能够满足汽车仪表板作为车内主要气味来源部件的低气味要求。

26、第三，本发明通过一步挤出工艺完成分子修复、增韧、除味、相容、稳定等多重改性，再经注塑成型直接制得汽车仪表板，工艺简单，无需额外后处理除味工序，制备成本低，适合工业化大规模生产。制得的仪表板批次稳定性好，表面无析出、不发花，实现再生聚丙烯在汽车仪表板领域的高值化应用。

27、经测试，本发明制备的汽车仪表板综合性能满足车用级新料聚丙烯的性能指标要求，可替代新料用于汽车仪表板制备。