一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料及其制备方法与流程

本发明涉及聚丙烯，具体为一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球汽车工业向轻量化、绿色化方向发展，用于汽车内饰及外饰用的环保型材料成为了各大车企及材料研发机构的重点攻关方向。在众多基础树脂中，聚丙烯因其密度低、加工性能好、易于回收且综合力学性能优异，被广泛应用于汽车仪表盘、门内饰板、保险杠及外饰立柱等部件。为了满足日益严苛的环保要求，近年来行业内常采用天然植物纤维、生物基树脂或工业副产物（如木质素）替代传统的滑石粉或玻璃纤维作为聚丙烯的增强填料，以显著降低材料的碳足迹。

2、然而，现有的聚丙烯基环保复合材料在实际应用中仍面临严峻的技术问题，其中最突出的便是耐候性差。由于聚丙烯分子链中本身含有活泼的叔碳原子，加之引入的天然生物基材料（如植物纤维、竹粉等）富含极易发生光降解和热氧老化的半纤维素等成分，导致材料在长期受紫外线照射、温湿度交替的户外及车内高温环境中，极易发生大分子链断裂。这不仅会引起汽车内外饰件表面褪色、粉化、开裂，还会导致力学性能断崖式下降。此外，传统工艺中为了弥补耐候性，往往简单粗暴地添加大量的小分子抗氧化剂和光稳定剂，这些小分子极易在高温下析出（起霜），反而引发了严重的voc释放和车内异味问题。因此，如何通过材料与工艺的深度融合，解决环保材料耐候性差的顽疾，是当前亟待突破的技术瓶颈。

3、为此，提出了一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于设计一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料及其制备方法。本发明将聚丙烯、poe、改性增强剂、改性光稳定剂与助剂混合；通过超临界二氧化碳辅助及真空脱挥的双螺杆挤出造粒；再经定模急冷与动模缓冷的非对称温控注塑成型，得到环保型材料。本发明通过内源天然抗氧与外源抗紫外协同、表层致密结晶阻隔及超临界低温加工，使得材料具备优异的耐候性及力学性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：若无特殊说明，以下份数均为重量份数。

3、本发明一方面提供了一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将60-70份聚丙烯（等规度≥95%，熔融指数(mi)为18g/10min）、12份乙烯-辛烯共聚物（辛烯含量25%，密度0.87g/cm3）、14-18份改性增强剂、1-2份改性光稳定剂、1份kh-550、0.5份成核剂na-11和0.5份ebs润滑剂，一并投入高速混合机，设定转速800rpm，搅拌5min，得到混合物料；

5、将混合物料通过主喂料机加入长径比为l/d=48:1的同向平行双螺杆挤出机，温度区间设定（梯度升温与低温加工）：一区：150-160℃；二区：160-170℃；三区：175℃；四区至六区：设定在180℃，在第五区通过计量泵注入超临界二氧化碳（压力15mpa，注入量为总物料质量的0.5%），主机螺杆转速设定为350rpm；七区：185℃；八区：190℃，并设置常压排气口，使体系内大部分二氧化碳气体在常压下平缓泄出；九区：190-200℃，开启真空泵，真空度达到-0.098mpa；十区：190℃；采用水下切粒机系统，冷却水温设定为45℃，切粒后经离心脱水机烘干，得到复合母粒；

6、将复合母粒加入注塑机，设定料筒温度为190℃-200℃，在注塑时，将模具的定模侧（接触产品外表面）水温设定为20℃（急冷），动模侧（接触产品内表面）水温设定为65℃（缓冷），同时设定注射压力为75-85mpa，保压压力为60mpa，保压时间为15s，冷却时间为25s，成型脱模后，得到环保型材料。

7、优选的，改性增强剂的制备方法为：将3-7份碱木质素（重均分子量为5000-8000）缓慢加入到100份ph值为12.5的碱性水溶液中（用质量分数为5%的氢氧化钠水溶液调节），加热至60℃搅拌至完全溶解；随后加入10份纳米纤维素（平均直径为10-50nm，平均长度为1-2μm），使用高剪切分散乳化机以10000rpm的转速剪切30min，形成悬浮液；用冰醋酸回调体系ph值至7使碱木质素析出；将体系温度升至70℃，在悬浮液中滴加1-2份预先水解的硅烷偶联剂kh-550（水解条件：将1-2份kh-550加入到15份体积分数为90%的乙醇水溶液中，用冰醋酸调节ph至4，室温搅拌30min），滴加完毕后，保持70℃恒温搅拌反应2-4h；将反应后的浆料送入喷雾干燥机，设定进风温度160℃，出风温度80℃，雾化盘转速15000rpm，得到改性增强剂（含水率在0.5%以下）。

8、优选的，改性光稳定剂的制备方法为：将0.1-2份光稳定剂hals-944溶解于20份无水乙醇中，超声震荡10min至完全溶解；向溶液中加入1-3份介孔二氧化硅(sba-15，平均孔径为7-8nm)，将混合体系置于真空干燥箱中，设定温度40℃，抽真空至真空度达到0.08mpa，保持1-3h；破真空后，转移至旋转蒸发仪，在真空度约为0.08mpa、水浴温度60℃、转速60rpm的条件下旋蒸去除多余的乙醇溶剂，最后在真空烘箱中80℃干燥4h，得到改性光稳定剂。

9、本发明另一方面提供了一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料，制备原料包括聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、改性增强剂、改性光稳定剂、kh-550、成核剂na-11和ebs润滑剂。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

11、本发明构建了内源抗氧和外源抗紫的双效化学防护体系，提升了材料的耐候性。通过碱木质素与纳米纤维素的杂化改性，利用了木质素分子骨架中富含酚羟基的抗氧化和紫外线吸收特性，将其作为自由基猝灭剂；同时配合负载于介孔二氧化硅中的受阻胺光稳定剂hals-944作为外源抗紫剂。两者在聚丙烯基体中形成的化学协同，能够长效、持续地消耗光氧老化过程中产生的游离基，有效阻断聚丙烯及植物纤维大分子链的断裂反应，解决了传统环保复合材料在户外暴晒或车内高温环境下极易发生的力学性能降低的技术难题。

12、本发明利用了配方成核与非对称温控注塑的协同作用，在材料外表面构筑了一道抵御环境老化的致密物理屏障。在注塑成型工序中，通过定模侧（20℃急冷）与动模侧（65℃缓冷）的温差控制，结合配方中添加的成核剂na-11的异相诱导结晶作用，迫使聚丙烯熔体在汽车内外饰件的外表面形成了一层致密的微观结晶皮层。这层坚固的致密皮层从物理隔绝的角度阻挡了紫外线与氧化介质向材料内部的侵入，实现了耐候性能的提升。

13、本发明中超临界二氧化碳的注入起到了塑化降粘作用，使挤出加工温度降低至180℃，避免了碱木质素和纳米纤维素在常规高温强剪切下发生热降解变色，最大程度保留了其天然耐候活性；此外，光稳定剂被预先负载于介孔二氧化硅sba-15中，介孔孔道不仅在真空脱挥阶段大量捕获并锁住了降解产生的voc，还在材料的长期服役过程中起到了缓释作用。这有效防止了小分子稳定剂向外表面的快速迁移析出，赋予了汽车内外饰件更持久的寿命。

1.一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料的制备方法，其特征在于，所述混合物料的制备方法为：将所述聚丙烯、所述乙烯-辛烯共聚物、所述改性增强剂、所述改性光稳定剂、kh-550、成核剂和ebs润滑剂投入高速混合机，搅拌得到所述混合物料。

3.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料的制备方法，其特征在于，所述复合母粒的制备方法为：将所述混合物料通过主喂料机加入双螺杆挤出机，一区：150-160℃；二区：160-170℃；三区：175℃；四区至六区：180℃，在第五区通过计量泵注入超临界二氧化碳；七区：185℃；八区：190℃，设置常压排气口；九区：190-200℃，开启真空泵；十区：190℃；采用水下切粒机系统，切粒后经离心脱水机烘干，得到所述复合母粒。

4.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料的制备方法，其特征在于，所述环保型材料的制备方法为：将所述复合母粒加入注塑机，设定料筒温度为190℃-200℃，在注塑时，将模具的定模侧水温设定为20℃，动模侧水温设定为65℃，同时设定注射压力为75-85mpa，成型脱模后，得到所述环保型材料。

5.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料的制备方法，其特征在于，所述改性增强剂的制备方法为：将所述碱木质素加入到碱性水溶液中，溶解后加入所述纳米纤维素，剪切形成悬浮液；用冰醋酸回调体系ph值至7；在所述悬浮液中滴加预先水解的所述kh-550，滴加完毕后，搅拌反应2-4h；将反应后的浆料送入喷雾干燥机，得到所述改性增强剂。

6.根据权利要求1所述的一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料的制备方法，其特征在于，所述改性光稳定剂的制备方法为：将光稳定剂hals-944溶解于无水乙醇中，超声溶解后向溶液中加入所述介孔二氧化硅，将混合体系置于真空干燥箱中保持1-3h；破真空后，转移至旋转蒸发仪，旋蒸去除多余的乙醇溶剂，真空干燥得到所述改性光稳定剂。

7.一种用于汽车内饰及外饰用的环保型材料，其特征在于，所述环保型材料的合成原料包括聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、改性增强剂、改性光稳定剂、kh-550、成核剂na-11和ebs润滑剂；所述环保型材料由权利要求1-6任意一项所述制备方法制备得到。