汽车内饰用长玻纤增强聚丙烯木塑复合材料的制备方法与流程

1.本发明涉及汽车内饰用长玻纤增强聚丙烯木塑复合材料的制备方法。具体地说，该材料以聚丙烯树脂为基体，一方面利用连续玻璃纤维的拉挤成型工艺，赋予材料高刚性，高硬度；另一方面，木粉填充的方式可提高复合材料的质感与美感。最终制备的复合材料集强度与美学于一体，可广泛应用于汽车内饰的装饰功能材料，在门内饰板、左右侧围饰板、衣帽架等零件的选材中具有独特的优势。


背景技术：

2.科技的革新推动汽车内饰的设计不断推陈出新。如今，人们在享受高科技带来的便捷的同时，也不断注重环保、亲和自然的乘坐体验。木塑复合材料作为一种低成本、易加工的材料，极大的满足了用户的这种体验与需求，在越来越多的车型上得到成熟应用。
3.一般来说，木塑复合材料是将木纤维、植物纤维等天然纤维与熔融的热塑性聚合物在高温、高压条件下共混，经水冷、切粒、干燥后制备的复合材料。这种复合材料不仅具有木质材料的纹理与图案，还具有热塑性聚合物的易加工、耐腐蚀、不易发霉等特点，在汽车内饰的选材中具有独特的优势。但是，目前市场上应用的木塑复合材料普遍存在耐划伤性能差、表面硬度低、强度不足等缺点，这些性能缺陷限制了材料的应用领域，极大地限制了零件设计的难度与自由度。
4.长玻纤增强聚丙烯材料作为一种性能优异、成本低廉的工程塑料，广泛应用于汽车前端框架、天窗骨架、仪表板等功能性零件中。它主要采用拉挤成型工艺，即连续玻璃纤维在牵引力的作用下，穿过充满熔融热塑性聚合物的浸渍槽内，并经水冷、风干、切粒后得到一定长度的粒料。其中，进入模腔前的外张力架以及分布在模腔内的张力棒给予连续玻璃纤维足够大的作用力，使得单丝与玻纤束拥有良好的浸渍效果。相比一般的短纤增强材料来说，它具有更优的刚韧平衡、耐疲劳、尺寸稳定性等特点。
5.因此，结合长玻纤增强聚丙烯材料优异的性能特点，将其应用于木塑复合材料中，可有效改善目前木塑复合材料普遍存在的性能缺陷，大大提高终端零件的设计自由度，对于拓宽木塑复合材料在汽车内饰的使用范围具有积极的意义。


技术实现要素：

6.本发明涉及汽车内饰用长玻纤增强聚丙烯木塑复合材料的制备方法，其特点在于运用长玻纤增强热塑性材料的生产工艺，使得制备的复合材料具有高强度、高抗冲击强度、尺寸稳定性、表面硬度高等优点，解决了目前木塑复合材料存在的耐刮伤性能差、强度低等问题，大大扩展了木塑复合材料在汽车内饰材料中应用的范围与领域，具有良好的市场前景与应用价值。
7.本发明所采取的技术方案是混料法，最终成品料的组成包括两部分：
8.聚丙烯/木粉复合材料半成品
9.长玻纤增强聚丙烯材料半成品
10.其中：
11.聚丙烯/木粉复合材料半成品的配方体系如下：
12.聚丙烯 50％
13.木粉 40％
14.相容剂 4％
15.偶联剂 3％
16.润滑剂 2％
17.抗氧剂 1％
18.长玻纤增强聚丙烯材料半成品配方体系如下：
19.聚丙烯 54％
20.连续长玻璃纤维 40％
21.相容剂 4％
22.抗氧剂 1％
23.润滑剂 1％
24.所述的聚丙烯基料为高流动性，高刚性的均聚聚丙烯。其中，高流动性可保证玻纤与基料的浸渍效果，减少外观浮纤的风险。高刚性可进一步优化复合材料的强度。
25.所述的连续长玻璃纤维线密度为2400tex，单丝直径15μm。玻纤表面涂覆一层聚烯烃上浆剂以及硅烷偶联剂一类极性基团，有利于无机玻纤与热塑性基体间的界面结合。
26.所述的木粉为桦木，颜色偏白、灰，粒径40
‑
100目，灰分≤8％，水分低于6％。
27.所述的抗氧剂为自制的助剂母粒，主要成分包括聚烯烃载体、主抗氧剂、辅助抗氧剂、碳酸钙等。其中主抗氧剂采用受阻酚类，辅助抗氧剂采用亚磷酸酯类、硫代酯类复配形式，可有效保证材料的热氧老化要求。
28.所述的相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃，其高接枝率、低气味的特点可改善复合材料的综合性能。
29.所述的偶联剂主要是改善木粉与基料之间的界面结合力，从而提高木塑复合材料的外观以及力学性能
30.所述的润滑剂为硅氧烷一类聚合物，特点在于超高分子量，具有不易析出、降低聚合物内摩擦以及改善零件脱模等性能特点。
31.本发明还提供了上述长玻纤增强聚丙烯木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
32.1.聚丙烯/木粉复合材料半成品的制备：
33.(1)将聚丙烯抗氧剂、偶联剂、相容剂等原材料按照相应的质量比例添加至混料机内，搅拌均匀。
34.(2)混合均匀的料品投入至挤出机的主喂料口，木粉填充物从侧喂料口进料，控制主喂料速度、侧喂料速度以及主机转速，保证木粉含量均匀稳定。
35.(3)熔融的料品经螺杆剪切，从模头流出，经水冷、风干、切粒、振动筛选、干燥后即可得到聚丙烯/木粉复合材料半成品。
36.2.长玻纤增强聚丙烯材料半成品的制备：
37.(3)将聚丙烯树脂、相容剂、抗氧剂、润滑剂按相应的质量比例投入至搅拌机内，进
行混料工序。
38.(4)混合均匀的料品投入至挤出机的主喂料口，熔融料品在挤出机内螺杆输送块的作用下流入模腔内。模腔的另一侧连接装有连续玻璃纤维团的纱架，玻纤穿过模腔，从模头挤出，经水冷、风干、切粒、干燥后即可得长玻纤增强聚丙烯材料半成品。
39.3.将制备好的长玻纤增强聚丙烯材料半成品与聚丙烯/木粉复合材料半成品按照一定的质量比例倒入混料机中，搅拌均匀，即可得长玻纤增强聚丙烯木塑复合材料。其中，搅拌转速：1000r/min，搅拌时间：5min。
40.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
41.1.高刚性、高表面硬度。运用长玻纤增强聚丙烯材料的生产工艺，使得该复合材料具有优异的刚韧平衡、尺寸稳定性、耐疲劳性以及高表面硬度等特点，有效改善目前市场上木塑复合材料存在的低强度、耐划伤性能差等缺陷。
42.2.高性价比。长玻纤增强聚丙烯材料在保持工程塑料高性能特点的同时，还拥有通用塑料的市场价格，在替代pa、pbt等工程塑料的过程中有诸多成熟的应用案例。因此将长玻纤增强材料的这种优势引入到木塑复合材料中，可有效保证材料良好的性价比，加速该复合材料的应用与推广。
具体实施方式：
43.所用原料如下所示：
44.聚丙烯m60t，高熔指，均聚聚丙烯，熔指60g/10min，测试条件230℃*2.16kg连续长玻璃纤维se4805
‑
2400欧文斯科宁，直径15μm，线密度2400tex相容剂马来酸酐接枝聚丙烯200a市售
45.抗氧剂剂自制
46.木粉灵寿县顺磊矿产品加工厂
47.偶联剂kh
‑
550，纯度99％，东莞市绿伟塑胶制品有限公司
48.润滑剂lysi
‑
306，成都思立可科技有限公司
49.产品性能评估方式
50.拉伸性能：iso 527，样条尺寸：170mm*10mm*4mm；测试条件：5mm/min
51.弯曲性能：iso 178，样条尺寸：80mm*10mm*4mm；测试条件：2mm/min、64mm
52.缺口冲击强度：iso 179，样条尺寸：80mm*10mm*4mm
53.耐刮擦性能：参考标准pv3952，样品尺寸：100mm*100mm。将样品置于刮擦仪装置上，设备启动后，刮头会在样板表面形成十字交叉的划痕，通过对比刮擦前后的色差值
△
l来评估样板的耐刮擦性能
54.洛氏硬度：参考标准gb/t 3398.2
‑
2008，，hr＝130
‑
e，其中e表示主负荷卸除后的压入深度。洛氏硬度越高，材料也就越硬
55.实施例1：
56.(1)准备150kg聚丙烯/木粉复合材料半成品和50kg长玻纤增强聚丙烯材料半成品，两种半成品需要混料均匀。
57.(2)其中聚丙烯/木粉复合材料是由75kg m60t、60kg木粉、6kg相容剂200a、1.5kg抗氧助剂包、4.5kg偶联剂kh
‑
550、3kg润滑剂lysi
‑
306混合挤出而成。需要注意的是木粉采
用侧喂料，主机转速、喂料速度与侧喂料速度需保持一致，从而维持木粉含量的稳定。
58.(3)长玻纤增强聚丙烯材料半成品是由27kg m60t、2kg相容剂200a、0.5kg抗氧助剂包、0.5kg润滑剂lysi
‑
306混合挤出而成。熔融的料品经挤出机螺杆剪切，在输送块元件的作用下流入模腔内，同时连续长玻璃纤维在牵引设备的作用下经导纱辊、模腔进入浸渍槽，并以恒定的移动速度从浸渍槽的另一端穿出，熔体遇冷水后凝固，并经风干切粒、烘干后即得长玻纤增强聚丙烯材料半成品。
59.实施例2：
60.(1)准备100kg聚丙烯/木粉复合材料半成品和100kg长玻纤增强聚丙烯材料半成品，两种半成品需要混料均匀。
61.(2)其中聚丙烯/木粉复合材料是由50kg m60t、40kg木粉、4kg相容剂200a、1kg抗氧助剂包、3kg偶联剂kh
‑
550、2kg润滑剂lysi
‑
306混合挤出而成。需要注意的是木粉采用侧喂料，主机转速、喂料速度与侧喂料速度需保持一致，从而维持木粉含量的稳定。
62.(3)长玻纤增强聚丙烯材料半成品是由54kg m60t、4kg相容剂200a、1kg抗氧助剂包、1kg润滑剂lysi
‑
306混合挤出而成。熔融的料品经挤出机螺杆剪切，在输送块元件的作用下流入模腔内，同时连续长玻璃纤维在牵引设备的作用下经导纱辊、模腔进入浸渍槽，并以恒定的移动速度从浸渍槽的另一端穿出，熔体遇冷水后凝固，并经风干切粒、烘干后即得长玻纤增强聚丙烯材料半成品。
63.实施例3：
64.(1)准备75kg聚丙烯/木粉复合材料半成品和125kg长玻纤增强聚丙烯材料半成品，两种半成品需要混料均匀。
65.(2)其中聚丙烯/木粉复合材料是由37.5kg m60t、30kg木粉、3kg相容剂200a、0.75kg抗氧助剂包、2.25kg偶联剂kh
‑
550、1.5kg润滑剂lysi
‑
306混合挤出而成。需要注意的是木粉采用侧喂料，主机转速、喂料速度与侧喂料速度需保持一致，从而维持木粉含量的稳定。
66.(3)长玻纤增强聚丙烯材料半成品是由67.5kg m60t、5kg相容剂200a、1.25kg抗氧助剂包、1.25kg润滑剂lysi
‑
306混合挤出而成。熔融的料品经挤出机螺杆剪切，在输送块元件的作用下流入模腔内，同时连续长玻璃纤维在牵引设备的作用下经导纱辊、模腔进入浸渍槽，并以恒定的移动速度从浸渍槽的另一端穿出，熔体遇冷水后凝固，并经风干切粒、烘干后即得长玻纤增强聚丙烯材料半成品。
67.对比例1：
68.将150kg m60t、8kg相容剂200a、2kg抗氧助剂包、6kg偶联剂kh
‑
550、4kg润滑剂lysi
‑
306混料均匀备用。将均匀的混合物倒入挤出机的主喂料口，30kg木粉倒入侧喂料口，控制主机转速、喂料速度与侧喂料速度的一致性，维持木粉含量的稳定，熔融物从模腔口流出，经水冷、风干、切粒、干燥后记得木粉含量为20％的聚丙烯木塑复合材料。
69.对比例2：
70.将140kg m60t、8kg相容剂200a、2kg抗氧助剂包、6kg偶联剂kh
‑
550、4kg润滑剂lysi
‑
306混料均匀备用。将均匀的混合物倒入挤出机的主喂料口，40kg木粉倒入侧喂料口，控制主机转速、喂料速度与侧喂料速度的一致性，维持木粉含量的稳定，熔融物从模腔口流出，经水冷、风干、切粒、干燥后记得木粉含量为20％的聚丙烯木塑复合材料。
71.对比例3：
72.将120kg m60t、8kg相容剂200a、2kg抗氧助剂包、6kg偶联剂kh
‑
550、4kg润滑剂lysi
‑
306混料均匀备用。将均匀的混合物倒入挤出机的主喂料口，60kg木粉倒入侧喂料口，控制主机转速、喂料速度与侧喂料速度的一致性，维持木粉含量的稳定，熔融物从模腔口流出，经水冷、风干、切粒、干燥后记得木粉含量为30％的聚丙烯木塑复合材料。
[0073][0074]
从表中数据可以看出，通过实施例1、2、3与对比例1、2、3的性能数据对比，在木粉含量相同的条件下，长玻纤增强聚丙烯木塑复合材料的综合性能远优于普通聚丙烯木塑复合材料，常规力学性能、表面硬度以及耐划伤性能具有明显的优势。而针对实施例1、2、3的
数据来看，随着玻纤含量的降低，复合材料的拉伸、弯曲性能以及表面硬度呈现出明显的下降，但冲击、耐划伤性能并没有受到很大的影响，因此在选材时需要根据零件的使用工况、结构设计选择合适的玻纤与木粉比例，平衡零件的外观与性能。
[0075]
通过本发明得到的复合材料具有高强度、高抗冲击强度、尺寸稳定性、表面硬度高等优点，解决了目前木塑复合材料存在的耐刮伤性能差、强度低等性能劣势，大大扩展了木塑复合材料在汽车内饰材料中应用的范围与领域。
[0076]
以上所述仅作为本发明的优选实施方法，应当明确，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提还可以做出若干改进，这些改进、构造、特征、原理所做的等效变化和修饰，均包括于本发明专利申请范围。