一种局部自增强微发泡聚丙烯车门内饰件及其制备方法与流程

本发明属于汽车内饰件材料及聚合物成型，具体涉及一种局部自增强微发泡聚丙烯车门内饰件及其制备方法。

背景技术：

1、车门内饰件是设置在汽车车门内侧的装饰及功能性部件，通常包括面积较大的门板主体，以及设置在门板主体上的卡扣座、螺钉柱、扶手连接座、内开门把手连接部、储物盒连接部、扬声器安装部和周边翻边等结构。

2、车门内饰件不仅需要满足外观装饰和遮蔽车门内部结构的要求，还需要具有一定的弯曲刚度、冲击强度、尺寸稳定性和连接可靠性。

3、车门内饰件不同区域的受力状态存在明显差异。门板主体的大面积平板区域主要承受较小的面外载荷，对该区域而言，降低材料密度和制件质量更为重要；而卡扣座、螺钉柱、扶手连接座和扬声器安装部等局部区域需要承受拉拔、扭转、振动和反复拆装载荷，对局部强度和抗疲劳性能的要求较高。

4、现有车门内饰件通常采用聚丙烯或者滑石粉填充聚丙烯进行整体注塑成型。为了保证卡扣安装区、扶手连接区等位置的强度，通常需要增加整个车门内饰件的壁厚，或者提高整个聚丙烯材料中的填料和增强纤维含量。

5、上述方式虽然能够在一定程度上提高局部强度，但会造成车门内饰件整体质量增加，不利于汽车轻量化，同时还可能使大面积非受力区域出现材料性能过剩。

6、为降低车门内饰件质量，现有技术中还存在采用微发泡注塑工艺制造车门内饰件的方案。微发泡注塑通过在聚合物熔体中引入物理发泡剂，使制件内部形成微小泡孔，从而减少材料用量并降低制件密度。

7、但是，采用整体均匀发泡工艺时，车门内饰件的卡扣座、螺钉柱和扶手连接座等受力结构内部也会形成泡孔，容易降低安装结构根部的抗拔出强度和抗扭强度。尤其在车辆长期振动、高低温循环和多次拆装作用下，安装结构根部容易发生裂纹或者断裂。

8、为提高局部受力区域强度，现有技术中还存在在车门内饰件内部埋设玻璃纤维布、金属加强片或其他增强片材的方式。

9、但是，玻璃纤维布、金属加强片与聚丙烯基体的材料性质差异较大，其界面通常主要依靠粘接或者基体包覆进行固定。在反复载荷和温度变化作用下，增强片与聚丙烯基体之间容易发生界面剥离。

10、同时，普通增强片的材料密度和刚度通常较为均匀，其边缘与周围低密度聚丙烯区域之间存在明显的刚度突变，增强片边缘容易形成应力集中。

11、此外，采用金属加强片、玻璃纤维片或热固性增强材料，还会增加车门内饰件报废后的材料分离和回收难度。

12、例如，授权公告号为cn105566744b的中国发明专利公开了一种聚丙烯自增强复合材料及其制备方法，其将由高熔点聚丙烯芯层和低熔点聚丙烯外层构成的聚丙烯条带或织物放入模具后再采用聚丙烯进行注塑。该方案能够改善同类聚合物之间的结合，但未针对车门内饰件局部受力区域设置由中心向外围逐渐疏松的网片结构，也未涉及该网片梯度与制件发泡密度梯度之间的空间对应关系。

13、公开号为cn118906605a的中国发明专利申请公开了一种具有预置聚丙烯复合增强片材的聚丙烯注塑发泡成型体。该方案将增强片材与注塑发泡材料结合，但其增强片材采用层叠片层结构，未公开聚丙烯熔体穿过渐变网孔并在增强网片两侧形成贯穿熔接结构的技术手段。

14、授权公告号为cn110406049b的中国发明专利公开了一种用于汽车车门内饰板的开模发泡注塑模具，其主要通过活动镶件和开模发泡结构满足车门内饰板不同部位的成型要求；公开号为jp2012066485a的日本专利申请公开了一种芯部后退发泡成型模具，通过控制不同部位的型腔扩大量改善不同厚度部位的发泡状态。上述方案能够实现局部差异化发泡，但均未将局部渐变自增强网片、熔体贯穿锁合以及不同发泡密度区域进行协同设置。

15、因此，需要提供一种新的车门内饰件结构及其制备方法，使车门内饰件的大面积非受力区域具有较低密度，使安装结构根部保持较高强度，并使网片纤维密度的渐变区域与聚丙烯基体发泡密度的渐变区域形成空间对应，以改善载荷传递和界面连接稳定性。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种局部自增强微发泡聚丙烯车门内饰件及其制备方法，以解决现有整体实心车门内饰件质量较大、整体微发泡车门内饰件局部连接强度不足，以及普通增强片与聚丙烯基体之间容易发生界面剥离和边缘应力集中的问题，并重点建立网片纤维密度梯度与聚丙烯基体局部表观密度梯度之间的空间对应关系。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明公开了一种局部自增强微发泡聚丙烯车门内饰件，包括由聚丙烯基体成型的门板主体、设置于门板主体局部受力区域的安装结构，以及嵌设于安装结构根部周围的至少一个局部自增强网片。

4、局部受力区域是指在车门内饰件安装、使用或拆卸过程中承受局部拉拔力、扭矩、弯曲力、振动载荷或冲击载荷的区域。

5、局部受力区域可以为：

6、1.卡扣安装区；

7、2.螺钉柱安装区；

8、3.扶手连接区；

9、4.内开门把手连接区；

10、5.储物盒连接区；

11、6.扬声器安装区；

12、7.门板周边翻边区；

13、8.门板与其他内饰部件的连接区域。

14、门板主体沿其平面方向形成不同局部表观密度的区域，包括：

15、1.微发泡轻量区；

16、2.低发泡过渡区；

17、3.致密增强区。

18、微发泡轻量区设置在门板主体的大面积非受力区域。

19、致密增强区与局部自增强网片及安装结构根部对应设置，并覆盖至少一部分局部受力区域。

20、低发泡过渡区设置在微发泡轻量区与致密增强区之间，并围绕致密增强区设置。

21、中部致密承载区与致密增强区相对应，渐疏过渡区在门板主体厚度方向上的投影与低发泡过渡区至少部分重合。

22、2.局部自增强网片

23、局部自增强网片主要由高取向聚丙烯纤维形成。

24、高取向聚丙烯纤维可以为高结晶聚丙烯单丝、高强度聚丙烯复丝、聚丙烯扁丝、聚丙烯纤维束或者由上述纤维组成的组合纤维。

25、局部自增强网片包括：

26、1.中部致密承载区；

27、2.设置于中部致密承载区外围的渐疏过渡区；

28、3.分布于中部致密承载区和渐疏过渡区内的贯穿网孔。

29、中部致密承载区与车门内饰件中受力较大的安装结构相对应，用于承担安装结构传递的主要载荷。

30、渐疏过渡区用于将中部致密承载区受到的载荷逐渐传递至周围聚丙烯基体。

31、中部致密承载区和渐疏过渡区均具有贯穿局部自增强网片厚度方向的贯穿网孔。

32、聚丙烯熔体在车门内饰件成型过程中穿过贯穿网孔，并在局部自增强网片两侧重新汇合，从而形成贯穿局部自增强网片的贯穿熔接结构。

33、贯穿熔接结构可以为贯穿熔接柱、贯穿熔接桥或者由多个相邻贯穿熔接柱连接形成的网状熔接结构。

34、贯穿熔接结构将局部自增强网片两侧的聚丙烯基体连接为整体，使局部自增强网片同时受到热熔结合和贯穿锁合作用。

35、3.网片的纤维密度变化

36、中部致密承载区的单位面积纤维质量大于渐疏过渡区的单位面积纤维质量。

37、沿远离中部致密承载区的方向，渐疏过渡区内的单位面积纤维质量连续减小，或者呈两级以上的分级减小。

38、单位面积纤维质量是指局部自增强网片的预定区域内，构成该区域的聚丙烯纤维总质量与该区域投影面积之比。

39、渐疏过渡区的单位面积纤维质量可以通过以下一种或多种方式进行调整：

40、1.改变相邻经向纤维束的间距；

41、2.改变相邻纬向纤维束的间距；

42、3.改变纤维束中的单丝数量；

43、4.改变局部纤维铺设层数；

44、5.减少远离中部致密承载区方向上的加强纤维束数量。

45、沿远离中部致密承载区的方向，渐疏过渡区内贯穿网孔的等效尺寸连续增大或分级增大。

46、本说明书中的“等效尺寸”是指与贯穿网孔投影面积相等的圆形孔的直径；对于规则的方形、矩形或菱形网孔，也可以采用网孔相对两边之间的平均距离表征其等效尺寸。

47、中部致密承载区的贯穿网孔等效尺寸为1～5mm。

48、渐疏过渡区的贯穿网孔等效尺寸为3～12mm。

49、渐疏过渡区沿由中部致密承载区指向局部自增强网片外边缘的方向延伸，其宽度为5～30mm。

50、渐疏过渡区可以为连续渐变结构，也可以由多个纤维密度依次减小的环形区、带形区或框形区组成。

51、4.局部自增强网片与聚丙烯基体的热性能关系

52、高取向聚丙烯纤维的熔融峰温度高于聚丙烯基体的熔融峰温度。

53、高取向聚丙烯纤维与聚丙烯基体的熔融峰温度差优选为10～30℃。

54、熔融峰温度可以通过差示扫描量热法测得。

55、由于高取向聚丙烯纤维的熔融峰温度高于聚丙烯基体，高取向聚丙烯纤维在短时间充模和闭模熔合过程中相对于聚丙烯基体具有更高的热稳定性。

56、通过控制聚丙烯熔体温度、模具温度和初始闭模时间，使聚丙烯基体浸润局部自增强网片并在纤维表面形成熔合，同时避免局部自增强网片发生整体熔融。成型后网片是否保持连续网状纤维形态，可以通过制件截面显微观察进行确认。

57、由此，局部自增强网片能够与聚丙烯基体形成同类聚合物之间的熔合界面，并在保持连续网状纤维形态的情况下发挥局部增强作用。

58、5.不同局部表观密度区域

59、微发泡轻量区的局部表观密度小于低发泡过渡区的局部表观密度，低发泡过渡区的局部表观密度小于致密增强区的局部表观密度。

60、微发泡轻量区的局部表观密度为0.60～0.85g/cm3。

61、低发泡过渡区的局部表观密度为0.75～0.95g/cm3。

62、致密增强区的局部表观密度为0.85～1.05g/cm3。

63、不同区域的数值范围可以部分重叠，但对于同一个车门内饰件，应满足微发泡轻量区的实测局部表观密度小于低发泡过渡区的实测局部表观密度，低发泡过渡区的实测局部表观密度小于致密增强区的实测局部表观密度。

64、本说明书所称“局部表观密度”按照质量与几何体积之比进行测定：分别在各区域距离相邻区域边界不小于5mm的代表性位置切取试样，测量试样质量及三个方向的几何尺寸并计算体积；致密增强区试样包含嵌设于其中的局部自增强网片，但避开安装结构的中空腔体。每个区域至少选取三个试样并取平均值。

65、微发泡轻量区内部形成数量较多的微孔，用于降低门板主体的大面积区域密度。

66、低发泡过渡区内部的泡孔数量或平均泡孔尺寸小于微发泡轻量区。

67、致密增强区不形成明显泡孔，或者仅形成少量不影响局部连接强度的微小泡孔。

68、渐疏过渡区在门板主体厚度方向上的投影与低发泡过渡区至少部分重合。

69、通过该投影重合关系，局部自增强网片的纤维密度梯度与聚丙烯基体的局部表观密度梯度形成协同过渡，使致密增强区的刚度向微发泡轻量区逐渐降低。

70、6.聚丙烯基体的材料组成

71、聚丙烯基体的原料按重量份包括：

72、（1）聚丙烯树脂65～85份；

73、（2）高熔体强度聚丙烯8～20份；

74、（3）聚烯烃弹性体5～15份；

75、（4）无机填料3～12份；

76、（5）微孔成核剂0.1～1.0份；

77、（6）抗氧剂0.2～0.8份。

78、在不影响上述主要组分比例关系的情况下，还可以加入色母粒、润滑分散剂、光稳定剂或者气味吸附剂。

79、聚丙烯树脂可以采用均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或者二者的混合物。

80、优选采用嵌段共聚聚丙烯，以兼顾材料刚度和低温冲击性能。

81、高熔体强度聚丙烯用于提高聚丙烯熔体扩腔发泡时的熔体支撑能力，减少泡孔合并和破裂。

82、聚烯烃弹性体选自乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和丙烯基弹性体中的至少一种。

83、无机填料选自滑石粉、碳酸钙和硅灰石中的至少一种。

84、优选采用平均粒径为1～10μm的滑石粉。

85、微孔成核剂可以为超细滑石粉、纳米二氧化硅、碳酸钙、聚四氟乙烯微粉或者适用于聚丙烯物理发泡的成核母粒。

86、抗氧剂可以包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂。

87、7.车门内饰件的制备方法

88、本发明还提供一种上述局部自增强微发泡聚丙烯车门内饰件的制备方法，包括以下步骤。

89、s1，制备微发泡聚丙烯组合物和局部自增强网片

90、将聚丙烯树脂、高熔体强度聚丙烯、聚烯烃弹性体、无机填料、微孔成核剂和抗氧剂进行熔融混合并造粒，得到微发泡聚丙烯组合物。

91、采用高取向聚丙烯纤维制备具有中部致密承载区、渐疏过渡区和贯穿网孔的局部自增强网片。

92、中部致密承载区可以通过减小相邻高取向聚丙烯纤维之间的间距、增加纤维铺设层数或者增加主要受力方向上的纤维束数量形成。

93、渐疏过渡区可以通过沿远离中部致密承载区的方向逐渐增大相邻高取向聚丙烯纤维之间的间距形成。

94、高取向聚丙烯纤维的交叉节点采用局部热压或者超声波点焊进行固定。

95、局部热压温度低于高取向聚丙烯纤维的熔融峰温度，以避免高取向聚丙烯纤维发生整体熔融和取向松弛。

96、s2，将局部自增强网片定位于模具内

97、将局部自增强网片设置在车门内饰件成型模具内与局部受力区域对应的位置。

98、局部自增强网片上设置至少三个不共线布置的定位孔。

99、模具内设置与定位孔一一配合的定位针。

100、将定位孔套设在定位针上，以限制局部自增强网片在模具内发生平移和转动。

101、成型模具设有熔体进料口，并在局部自增强网片相对于熔体进料口的熔体流动末端侧设置与模腔连通的排气槽，用于排出局部自增强网片背面的空气，减少聚丙烯熔体穿过贯穿网孔时形成气穴或欠注。

102、s3，引入物理发泡剂

103、将微发泡聚丙烯组合物加入注塑设备中进行熔融塑化。

104、向所得聚丙烯熔体中引入物理发泡剂。

105、物理发泡剂为超临界氮气或者超临界二氧化碳。

106、物理发泡剂的质量为聚丙烯熔体质量的0.2%～1.5%。

107、通过注塑设备中的混合段使物理发泡剂均匀分散和溶解于聚丙烯熔体中，形成含物理发泡剂的聚丙烯熔体。

108、s4，聚丙烯熔体充模并穿过局部自增强网片

109、将含物理发泡剂的聚丙烯熔体注入成型模具。

110、聚丙烯熔体到达局部自增强网片后，一部分聚丙烯熔体沿局部自增强网片朝向进料侧的表面流动，另一部分聚丙烯熔体穿过贯穿网孔，到达局部自增强网片背离进料侧的一侧。

111、穿过不同贯穿网孔的聚丙烯熔体在局部自增强网片另一侧汇合。

112、在熔体压力作用下，聚丙烯熔体浸润局部自增强网片表面的高取向聚丙烯纤维，并填充局部自增强网片纤维束之间的间隙。

113、s5，初始闭模状态下熔合

114、聚丙烯熔体完成充模后，维持成型模具的初始闭合状态。

115、在初始闭合状态下，聚丙烯熔体继续浸润局部自增强网片。

116、聚丙烯熔体在初始闭模状态下浸润高取向聚丙烯纤维，并在高取向聚丙烯纤维表面形成熔合界面。

117、通过控制初始闭模时间，使局部自增强网片保持连续网状纤维形态；若成型后截面显微观察显示网片发生整体熔融，则相应降低熔体温度、降低模具温度或缩短初始闭模时间。

118、维持初始闭合状态还可以抑制聚丙烯熔体在局部自增强网片尚未充分包覆前提前发泡。

119、s6，分区扩腔发泡

120、完成初始闭模熔合后，驱动与微发泡轻量区对应的第一可移动型芯后退第一扩腔距离。

121、驱动与低发泡过渡区对应的第二可移动型芯后退第二扩腔距离。

122、与致密增强区对应的局部压紧部保持原位。

123、第一扩腔距离大于第二扩腔距离。

124、第一扩腔距离为0.3～1.5mm。

125、第二扩腔距离为0.1～0.8mm。

126、局部压紧部在分区扩腔过程中保持原位，使致密增强区不扩腔。

127、第一可移动型芯后退后，微发泡轻量区对应的模腔体积增大，使溶解在聚丙烯熔体中的物理发泡剂析出并形成较多微孔。

128、第二可移动型芯的后退距离较小，使低发泡过渡区形成数量较少或尺寸较小的泡孔。

129、局部压紧部保持原位，使致密增强区维持初始型腔厚度和较高压力，抑制局部自增强网片所在区域及安装结构根部形成大量泡孔。

130、s7，冷却定型并脱模

131、保持成型模具的分区扩腔状态进行冷却。

132、冷却过程中，微发泡轻量区和低发泡过渡区内的泡孔逐渐稳定。

133、位于贯穿网孔内的聚丙烯熔体冷却后形成贯穿熔接结构。

134、局部自增强网片两侧的聚丙烯基体通过贯穿熔接结构连接为整体。

135、冷却完成后，使第一可移动型芯和第二可移动型芯复位，打开成型模具并取出车门内饰件。

136、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

137、1.兼顾整体轻量化和局部连接强度

138、本发明在车门内饰件的大面积非受力区域形成微发泡轻量区，降低门板主体的平均材料密度和材料用量。

139、与此同时，卡扣安装区、螺钉柱安装区和扶手连接区等局部受力区域形成致密增强区，避免整体均匀发泡导致安装结构根部强度下降。

140、2.局部自增强网片与聚丙烯基体材料相容性好

141、局部自增强网片由高取向聚丙烯纤维形成，聚丙烯基体同样以聚丙烯材料作为主要连续相。

142、在成型过程中，高取向聚丙烯纤维的外层能够与聚丙烯基体发生热熔结合，减少异种增强材料与聚丙烯基体之间的界面相容性问题。

143、3.提高局部自增强网片的成型热稳定性

144、高取向聚丙烯纤维的熔融峰温度高于聚丙烯基体。

145、高取向聚丙烯纤维具有高于聚丙烯基体的熔融峰温度，通过控制熔体温度、模具温度和闭模接触时间，可使聚丙烯基体浸润网片并形成熔合界面，同时使网片保持连续网状纤维形态。

146、4.贯穿熔接结构提高界面连接稳定性

147、聚丙烯熔体穿过局部自增强网片上的贯穿网孔，并在网片两侧汇合。

148、冷却后形成的贯穿熔接柱或贯穿熔接桥能够将网片两侧的聚丙烯基体连接为整体，从而对局部自增强网片形成贯穿式机械锁合。

149、与仅依靠增强片表面粘接或包覆的结构相比，能够降低局部自增强网片发生界面剥离的风险。

150、5.形成双重刚度过渡

151、局部自增强网片具有中部致密承载区和渐疏过渡区，网片纤维密度由受力中心向外围逐渐减小。

152、同时，车门内饰件具有致密增强区、低发泡过渡区和微发泡轻量区，聚丙烯基体密度由局部受力区域向大面积非受力区域逐渐降低。

153、渐疏过渡区在门板主体厚度方向上的投影与低发泡过渡区至少部分重合，使网片纤维密度梯度与基体局部表观密度梯度相互配合，降低增强区域边缘的应力集中。

154、6.减少后续补强和装配工序

155、局部自增强网片在车门内饰件成型过程中预先设置于模具中，并与门板主体一次成型。

156、无需在车门内饰件成型后额外粘接金属补强片或玻璃纤维增强板，能够减少零件数量和后续装配工序。

157、7.便于回收利用

158、局部自增强网片和门板主体均以聚丙烯材料为主。

159、车门内饰件报废后，可以整体破碎并作为聚丙烯类回收材料使用，减少金属补强件或异种增强纤维的分离处理。

160、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的全部技术效果。