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CN109370006A - 一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料及其制备方法 - Google Patents

一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料及其制备方法 Download PDF

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CN109370006A
CN109370006A CN201811165831.9A CN201811165831A CN109370006A CN 109370006 A CN109370006 A CN 109370006A CN 201811165831 A CN201811165831 A CN 201811165831A CN 109370006 A CN109370006 A CN 109370006A
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王滨
刘曙阳
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NANJING JULONG TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料及其制备方法。本发明的材料包括以下重量份数的组分：聚乙烯60‑85份，填充剂1‑10份，超分散剂1‑10份，增韧剂5‑20份，发泡剂1‑10份，发泡助剂5‑15份，成核剂1‑5份，其他助剂0.5‑2份。并公开了其制备方法。本发明材料具有成型泡孔孔径小，泡孔密度高，吹塑风道产品内外壁具有高表观质量等特点，降低产品风阻；产品还具有重量轻、尺寸稳定性好、成型周期短，成品合格率高等特点；同时，满足汽车主机厂关于气味和VOC性能要求。

Description

一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种汽车风道材料及其制备方法，尤其是一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
汽车风道材料位于汽车空调与驾驶舱的连接处，承担着将空调产生的冷热空气有效的传递到驾驶舱内部，产生制冷或制热效果，保证高低温环境下驾驶舱的舒适性的作用。因此对其密封性及其管壁对气流阻力有严格要求。
微发泡吹塑成型技术已经在风道产品的应用中不但可以显著减轻原有产品重量，节能环保，还具有优良的缓冲性、隔音性能等优点。在解决零部件轻量化问题，还解决了现有空调风道保温不均匀等问题，还可以省去产品表面粘接剂的使用，减少有毒有害物质散发。因此，对于中国每年生产2800万辆汽车的巨大市场，应用市场前景广阔。
然而，微发泡风道在实际应用时，仍遇到很多挑战，其中，产品表观质量差，发泡泡孔塌陷、凹缩、凹坑严重，导致产品表面，尤其是内表面凹凸不平，这一方面直接影响风道密封性，以及安装可靠性，还会产生风阻，直接影响了空调送风效率，甚至导致产品无法满足要求；另一方面，坑洼处、褶皱处容易产生灰尘挤压、细菌滋生，影响乘客人身健康甚至安全。产品应用推广前，这类问题急需解决。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料及其制备方法，材料在保证产品重量轻质化的前提下，实现了熔体成型拉伸性能好，发泡泡孔孔径小、泡孔无塌陷、保持时间长、产品内外壁光滑、刚性高、尺寸稳定性好等优点，良好解决了困扰产品应用中内外表观质量差问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，材料包括以下重量份数的组分：
聚乙烯60-85份
填充剂1-10份
超分散剂1-10份
增韧剂5-20份
发泡剂1-10份
发泡助剂5-15份
成核剂1-5份
其他助剂0.5-2份
进一步方案，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯中的一种或者两种混合物，优选高密度聚乙烯。
进一步方案，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、玻璃纤维中的一种，优选滑石粉。
进一步方案，所述超分散剂为马来酸酐接枝乙烯-α烯烃共聚物、氯化聚乙烯、马来酸酐-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的一种，优选氯化聚乙烯。
进一步方案，所述增韧剂为乙烯-α烯烃共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙丙橡胶中的一种，优选乙烯-α烯烃共聚物，例如POE等。
进一步方案，所述发泡剂为有机、无机型发泡剂中的一种或两种组合，其中有机发泡剂为磺酰肼类发泡剂、亚硝基类发泡剂、偶氮类发泡剂、脲氨基化合物、三唑类化合物中的一种，无机型发泡剂为叠氮化合物、硼氢化钠、碳酸盐类、碳酸氢盐、硝酸或亚硝酸盐类中的一种。优选磺酰肼类发泡剂与碳酸氢盐类发泡剂组合。
进一步方案，所述发泡助剂为有机酸及其盐类，例如硬脂酸及其金属盐类、柠檬酸及其盐类、醋酸及其盐类、硼酸及其盐类、磺酸或亚磺酸及其盐类、己二酸及其盐类、酒石酸及其盐类、草酸及其盐类等，优选硬脂酸及其金属盐类，例如硬脂酸、硬脂酸锌等；
进一步方案，所述成核剂为有机无极复配型成核剂，其中有机成核剂为二苄叉山梨醇及其衍生物、苯甲酸盐及其衍生物、有机磷酸盐及其衍生物中的一种，优选二苄叉山梨醇及其衍生物，无机成核剂为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米层状硅酸盐（例如有机改性蒙脱土等）、纳米碳管、石墨烯中的一种，优选纳米氧化钛；
进一步方案，所述助剂为分散剂和抗氧剂，其中所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺（EBS）、聚乙烯蜡、硬脂酸甘油酯中的一种，优选聚乙烯蜡。所述抗氧剂为1010、1098、168、H10、H318中的一种，优选1010。
进一步方案，所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将聚乙烯60-85份，填充剂1-10份，超分散剂1-10份，增韧剂5-20份，发泡助剂5-15份，成核剂1-5份，其他助剂0.5-2份在混合机中混合2-4min，通过料斗加入到双螺杆挤出机中，在150-220℃温度下造粒，螺杆转速300-600r/min，得到吹塑聚乙烯复合材料；
步骤二：将发泡剂按照重量份数预先在高混机中进行充分混合，然后由侧喂料口加入单螺杆吹塑机中；同时，将步骤一获得的聚乙烯复合材料加入到单螺杆吹塑机料筒；在150-220℃温度下，进行吹塑，获得具有内外壁高表面质量的微发泡汽车风道材料。其中，吹塑机螺杆为分离型、屏障型、分流型螺杆中的一种，优选分离型螺杆。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明获得了高表面质量吹塑微发泡汽车风道材料，其微孔平均孔径小于150um，这有利于提高气体保留率，进一步减轻产品重量；而且，泡孔无塌陷、保持时间长；产品内外壁光滑、尺寸稳定性好，良好的解决了困扰吹塑微发泡汽车风道材料产品表观质量问题，降低了微发泡风道内壁风阻，光滑的风道内壁有效改善了灰尘、细菌附着，解决了微发泡风道应用过程中的健康和安全隐患；另外，它还具有较好的刚性、优良的缓冲性、隔热、隔音性能等优点，提高了乘车舒适性。另外，由于省去了外粘接EVA泡棉，省去了粘接剂的使用，因此，大幅降低了风道总成的气味和VOC有害物质释放量，满足了主机厂对风道产品的散发性标准要求；同时提高了总成装配合格率；产品还具有良好的长期热老化性能，满足了主机厂高低温循环、冷凝实验、低温落球冲击等零部件实验要求。
2、本发明通过使用增韧剂有效改善了聚乙烯的在发泡过程中的抗熔垂能力和泡孔生产稳定性，改善泡孔结构的均匀性；本发明中发泡助剂的使用可以有效提高发泡剂分解效率以及降低发泡剂残留，改善气体在聚乙烯中的溶解度，提高气体在吹塑过程中的保留率，保证产品重量减轻；尤其是采用有机无机成核剂的复配，体系具有更强更好的气泡成核活性，显著微细化泡孔作用，有效调控泡孔成核和生长速度，增加泡孔密度，稳定泡孔结构，改善泡孔塌陷，提高产品平滑性，利于改善风道制品外观质量，且采用发泡剂环保，无毒副作用。
3、通过采用超分散剂和分散剂协调作用，有效改善各组分间界面结合，尤其是发泡剂、发泡助剂、成核剂等在聚乙烯基体中的分散，保证发泡剂分解产生的气体有效分散，不会局部过度积聚，成核剂细化孔径作用，有效调控发泡过程成核和生长速度，稳定泡孔结构，有利于获得平均孔径小、泡孔结构优良的产品，进而有利于实现优良的产品内外壁的平滑性。
4、本发明材料的制备方法中，将发泡剂通过侧喂料引入，这有利于避免发泡剂在螺杆中的提前分解，气体的浪费，提高发泡剂效率。
5、本发明提供该材料的制备方法，工艺可控，生产成本低，效率高、易于实现工业化。
附图说明
图1为对比例1制备的汽车风道材料内表面的示意图；
图2为对比例1制备的汽车风道材料外表面的示意图；
图3 为本发明制备的汽车风道材料外表面的示意图；
图4 为本发明制备的汽车风道材料内表面的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做作进一步详细的说明。
实施例
一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将聚乙烯60-85份，填充剂1-10份，超分散剂1-10份，增韧剂5-20份，发泡助剂5-15份，成核剂1-5份，其他助剂0.5-2份在混合机中混合2-4min，通过料斗加入到双螺杆挤出机中，在150-220℃温度下造粒，螺杆转速300-600r/min，得到吹塑聚乙烯复合材料；
步骤二：将发泡剂按照重量份数预先在高混机中进行充分混合，然后由侧喂料口加入单螺杆吹塑机中；同时，将步骤一获得的聚乙烯复合材料加入到单螺杆吹塑机料筒；在150-220℃温度下，进行吹塑，获得具有内外壁高表面质量的微发泡汽车风道材料。
所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯中的一种或者两种混合物，优选高密度聚乙烯。
所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、玻璃纤维中的一种，优选滑石粉。
所述超分散剂为马来酸酐接枝乙烯-α烯烃共聚物、氯化聚乙烯、马来酸酐-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的一种，优选氯化聚乙烯。
所述增韧剂为乙烯-α烯烃共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙丙橡胶中的一种，优选乙烯-α烯烃共聚物，例如POE等。
所述发泡剂为有机、无机型发泡剂中的一种或两种组合，其中有机发泡剂为磺酰肼类发泡剂、亚硝基类发泡剂、偶氮类发泡剂、脲氨基化合物、三唑类化合物中的一种，无机型发泡剂为叠氮化合物、硼氢化钠、碳酸盐类、碳酸氢盐、硝酸或亚硝酸盐类中的一种。优选磺酰肼类发泡剂与碳酸氢盐类发泡剂组合。
所述发泡助剂为有机酸及其盐类，例如硬脂酸及其金属盐类、柠檬酸及其盐类、醋酸及其盐类、硼酸及其盐类、磺酸或亚磺酸及其盐类、己二酸及其盐类、酒石酸及其盐类、草酸及其盐类等，优选硬脂酸及其金属盐类，例如硬脂酸、硬脂酸锌等；
所述成核剂为有机无极复配型成核剂，其中有机成核剂为二苄叉山梨醇及其衍生物、苯甲酸盐及其衍生物、有机磷酸盐及其衍生物中的一种，优选二苄叉山梨醇及其衍生物，无机成核剂为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米层状硅酸盐（例如有机改性蒙脱土等）、纳米碳管、石墨烯中的一种，优选纳米氧化钛；
所述助剂为分散剂和抗氧剂，其中所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺（EBS）、聚乙烯蜡、硬脂酸甘油酯中的一种，优选聚乙烯蜡。所述抗氧剂为1010、1098、168、H10、H318中的一种，优选1010。
根据上述制备方法，对比例1、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4，具体配方如下表所示：
组分 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
高密度聚乙烯 100 60 65
低密度聚乙烯 85
线性低密度聚乙烯 70
滑石粉 1 8
碳酸钙 3 10
乙烯-甲基丙烯酸共聚物 1
氯化聚乙烯 2 5
马来酸酐-丙烯酸共聚物 10
乙丙橡胶 20
乙烯-α烯烃共聚物 5 15
乙烯-醋酸乙烯共聚物 10
氧化苯磺酰肼 0.4 1
二亚硝基对苯二酰胺 5
偶氮二异丁腈 2
碳酸氢钠 2 0.6 2
亚硝酸铵 5
碳酸钠 4
硼酸钠 10
己二酸 5
硬脂酸 7
酒石酸钠 15
二苄叉山梨醇 0.4 1
苯甲酸钠 2 1
纳米氧化锌 3
纳米氧化钛 0.6 2
纳米碳管 1
抗氧剂1010 0.3 0.3 0.4 0.5 1.2
聚乙烯蜡 0.2 0.2 0.6 0.5 0.8
对上表中的对比例和实施例进行检测，性能结果如下表所示：
检测项目 标准 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
抗熔垂性能/cm JL法 50 32 26 21 20
泡孔平均直径/微米 JL法 ＞250 120 102 78 56
密度/g/cm<sup>3</sup> ISO 1183 0.86 0.60 0.51 0.46 0.40
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup>（23℃） ISO 179 NB NB NB NB NB
从以上结果可以看出，与对比例1比较，本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4产品密度更低，减重效果更好，这得益于其更小的泡孔孔径。同时，对比图1和图2，可以看出，本发明实施例发泡风道产品内外表面，无气泡、无气痕、凹陷等缺陷，表观质量明显优于对比例1，同时可以满足主机厂的要求，解决了吹塑发泡风道存在的内外表观缺陷难题，有助于拓展其应用。另外，本发明结构均匀的泡孔，使其具有优良的缓冲性，也降低了汽车行进过程中风道震动产生的噪音，提高了乘车舒适性。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
聚乙烯60-85份
填充剂1-10份
超分散剂1-10份
增韧剂5-20份
发泡剂1-10份
发泡助剂5-15份
成核剂1-5份
其他助剂0.5-2份。
2.根据权利要求1所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于：所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯中的一种或者两种混合物；
所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、玻璃纤维中的一种；
所述超分散剂为马来酸酐接枝乙烯-α烯烃共聚物、氯化聚乙烯、马来酸酐-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的一种；
所述增韧剂为乙烯-α烯烃共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙丙橡胶中的一种。
3.根据权利要求2所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于：所述聚乙烯为高密度聚乙烯；
所述填充剂为滑石粉；
所述超分散剂为氯化聚乙烯；
所述增韧剂为乙烯-α烯烃共聚物。
4.根据权利要求1所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于：所述发泡剂为有机、无机型发泡剂中的一种或两种组合，其中，有机发泡剂为磺酰肼类发泡剂、亚硝基类发泡剂、偶氮类发泡剂、脲氨基化合物、三唑类化合物中的一种，无机型发泡剂为叠氮化合物、硼氢化钠、碳酸盐类、碳酸氢盐、硝酸或亚硝酸盐类中的一种；
所述发泡助剂为有机酸及其盐类，有机酸及其盐类发泡助剂为硬脂酸及其金属盐类、柠檬酸及其盐类、醋酸及其盐类、硼酸及其盐类、磺酸或亚磺酸及其盐类、己二酸及其盐类、酒石酸及其盐类、草酸及其盐类中的一种。
5.根据权利要求4所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于： 所述发泡剂为磺酰肼类发泡剂与碳酸氢盐类发泡剂组合；
所述发泡助剂为硬脂酸及其金属盐类。
6.根据权利要求1所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于：所述成核剂为有机无机复配型成核剂，其中，有机成核剂为二苄叉山梨醇及其衍生物、苯甲酸盐及其衍生物、有机磷酸盐及其衍生物中的一种，无机成核剂为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米层状硅酸盐、纳米碳管、石墨烯中的一种。
7.根据权利要求6所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于：所述有机成核剂二苄叉山梨醇及其衍生物，无机成核剂为为纳米氧化钛。
8.根据权利要求1所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于：所述助剂包括分散剂和抗氧剂，其中，所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸甘油酯中的一种；所述抗氧剂为1010、1098、168、H10、H318中的一种。
9.根据权利要求8所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料，其特征在于： 所述分散剂为聚乙烯蜡，所述抗氧剂为1010。
10.权利要求1-9任一项所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将聚乙烯60-85份，填充剂1-10份，超分散剂1-10份，增韧剂5-20份，发泡助剂5-15份，成核剂1-5份，其他助剂0.5-2份在混合机中混合2-4min，通过料斗加入到双螺杆挤出机中，在150-220℃温度下造粒，螺杆转速300-600r/min，得到吹塑聚乙烯复合材料；
步骤二：将发泡剂按照重量份数预先在高混机中进行充分混合，然后由侧喂料口加入单螺杆吹塑机中；同时，将步骤一获得的聚乙烯复合材料加入到单螺杆吹塑机料筒；在150-220℃温度下，进行吹塑，获得具有微孔形态的微发泡汽车风道材料。
11.根据权利要求10所述高表观质量吹塑微发泡汽车风道材料的制备方法，其特征在于：所述的单螺杆吹塑机为分离型、屏障型、分流型螺杆吹塑机中的一种，压缩比超过20：1。
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