CN110423446B

CN110423446B - 一种高分子热熔材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110423446B
Application number: CN201910732916.9A
Authority: CN
Inventors: 蔡晓英; 王萍
Original assignee: Changshu Zhonglian Composite Products Co ltd
Current assignee: Changshu Zhonglian Composite Products Co ltd
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2039-08-09
Also published as: CN110423446A

Abstract

本发明提供了一种高分子热熔材料及其制备方法和应用。所述高分子复合热熔材料主要由以下原料制成：模压树脂，热塑性弹性体，结构型玻璃纤维，填料，色糊以及助剂。具体制备工艺包括：将色糊，助剂，模压树脂，热塑性弹性体，以及填料混合，得到树脂糊；将树脂糊与结构型玻璃纤维压合后熟化。本发明高分子复合热熔材料各项力学性能优异，既具有非常高的刚性，还具有较好的韧性，能够满足加工和使用需求；同时，材料的尺寸稳定、精度高，线性膨胀系数≤16×10^‑6/K，即使在高温或者酷寒条件下，产品都几乎不会发生变形，耐候性优异。本发明材料一次良品率高，基本没有报废品；进一步加工成产品的生产效率高。

Description

一种高分子热熔材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体而言，涉及一种高分子热熔材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着汽车向着轻量、节能、环保、美观等方向的发展，各种非金属材料在汽车中得到了广泛的应用。汽车中所使用的非金属材料主要包括塑料、橡胶、织物等多种材料。复合材料因其质量轻、性能优异、设计空间大，易于加工、制造成本低等特点，因而在车辆制造中得到了广泛的应用，也使得汽车在轻量化和低排放等多个方面获得了突破，也成为了汽车工业中不可或缺的材料选择。

玻璃纤维复合增强材料是目前应用较多的复合材料，因其具有重量轻、设计自由、隔热隔音性能好，成品尺寸稳定性好、表面光滑，以及拉伸强度高，绝缘性能好等多种优异的特性，而被广泛的应用在一些汽车轻型化构件中。

现有的玻璃纤维复合材料虽然具有很好的机械强度性能，然而大部分市售产品的韧性较低，这也导致了材料的使用寿命短、而且易于变形，同时，现有的生产工艺的不足也导致了材料的废品率高，产品的加工精度也无法达到较高水准。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种高分子热熔材料，所述的高分子热熔材料具有刚性高，韧性好，且耐候性优异等优点。

本发明的第二目的在于提供一种所述的高分子热熔材料的制备方法，该方法具有工艺简便，成品率高，适于规模化生产等优点。

本发明的第三目的在于提供一种所述的高分子热熔材料在汽车部件制备中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种高分子热熔材料，所述高分子热熔材料主要由以下原料制成：模压树脂，热塑性弹性体，结构型玻璃纤维，填料，色糊以及助剂。

同时，本发明还提供了所述的高分子热熔材料的制备方法，包括：将色糊，助剂，模压树脂，热塑性弹性体，以及填料混合，得到树脂糊；将树脂糊与结构型玻璃纤维压合后熟化，得到高分子热熔材料。

同样的，本发明也提供了一种汽车部件的制备方法，包括：将本发明高分子热熔材料经压制后，得到汽车部件；优选的，压制的温度为130～150℃，压制的压力为7～14MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明高分子热熔材料各项力学性能优异，既具有非常高的刚性，而且还具有较好的韧性，能够满足进一步的加工和使用需求。

(2)本发明材料的尺寸稳定、精度高；同时，材料的线性膨胀系数≤16×10^-6/K，因而即使在高温或者酷寒条件下，产品都几乎不会发生变形，耐候性优异。

(3)本发明材料的流动性好，能够进一步加工得到各种尺寸和规格的汽车部件；同时，由于材料中增强材料玻璃纤维均匀分布，因而即使结构设计复杂，也不会有产品中存在机械强度薄弱处情况的出现。

(4)本发明材料阻燃性能好，能够达到难燃甚至不燃烧的等级要求。

(5)本发明材料一次良品率高，基本没有报废品；进一步加工成产品的生产效率高。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

有鉴于现有玻纤复合高分子材料在材料特性以及生产工艺中所存在的不足之处，本发明特提供了一种新型高分子热熔材料和相应的材料制备工艺，以解决现有技术中所存在不足。

具体的，本发明高分子热熔材料制备所用原料为：模压树脂，热塑性弹性体，结构型玻璃纤维，填料，色糊以及助剂；

其中，(a)模压树脂：间苯新戊二醇树脂；

在本发明优选的一些实施方式中，所述间苯新戊二醇树脂为力联思生产的PALAPREG P 6029-901树脂。此款树脂强度高、抗开裂好、耐高热、耐水性能好。树脂浇注体弯曲强度132MPa，弯曲模量3850GPa，拉伸强度75MPa，拉伸模量3850GPa，拉伸断裂延伸率3％，冲击强度11kj/m²。

(b)热塑性弹性体：

本发明中，热塑性弹性体按照如下方法进行预处理：

热塑性弹性体颗粒与溶剂(优选为苯乙烯)按照2:3的质量比投入到分散罐中，以80r/min的速度进行搅拌，搅拌时间为10-20hr，使其成均匀糊状，粘度控制在(25℃):6000-10000mPa.s；

在本发明优选的一些实施方式中，所述热塑性弹性体包括SBS。

(c)结构型玻璃纤维：

本发明中，所用结构型玻璃纤维为有利于提高机械强度的玻璃纤维；

在本发明优选的技术方案中，原料结构型玻璃纤维包括：连续玻璃纤维和短切玻璃纤维，其中，短切玻璃纤维作为产品主体，保证各向异性；而连续玻璃纤维作为产品局部材料，以保证局部增强，避免出现材料中局部薄弱处的出现。

(d)填料：

本发明中，原料填料：碳酸钙和氢氧化铝按照1.5:2.5(质量比)的比例混合得到。

同时，需要对于填料中的水分含量进行控制，并优选的将填料中水分含量控制在0.08～0.25％。

(e)色糊：

本发明中，原料色糊由碳黑粉与载体树脂经过混合、研磨后得到，为膏状产物；

在本发明优选的一些实施方式中，所述载体树脂为常州华日新材有限公司生产的HRM6110。

(f)助剂：

本发明中，助剂包括：脱模剂、引发剂、增稠剂、阻聚剂等。

同时，本发明由如上原料以制备高分子热熔材料的方法可参考如下：

(a)将①色糊，②助剂中的增稠剂，③以及除①、②、结构玻璃纤维外的其他原料分别加入不同流量泵中，然后按照配方比例，将三个流量泵中的原料混合，得到树脂糊；

期间，流量泵内的温度控制在25～42℃。

(b)将树脂糊按照一定的厚度要求，同时分别涂布于机组的上承载膜和下承载膜，然后，将结构型玻璃纤维置于上、下承载膜之间(例如，可以将结构型玻璃纤维置于涂布有色糊的下承载膜之上，不与下承载膜接触的结构型玻纤另一侧覆盖上承载膜)。

其中，结构型玻璃纤维有两种组合方式：一种是全部短切玻璃纤维，一种是连续玻璃纤维加上少量的短切玻璃纤维；

其中，第一种组合形式的结构型玻璃纤维与树脂糊压合形成材料后作为车辆部件产品的主体结构；第二种组合形式的结构型玻璃纤维与树脂糊压合所形成材料作为车辆部件产品的边缘结构。

(c)开启机组，将上承载膜-结构型玻璃纤维-下承载膜的夹层结构进行紧压和啮合，使得树脂糊能够充分浸入结构型玻璃纤维中，达到完全浸透的效果，并使得树脂糊与结构型玻璃纤维能够形成一体式结构；

(d)完成压合后，将半成品材料送入熟化室内进行熟化增稠，熟化温度控制在30～40℃，时间控制在20～40h；

熟化后并检查合格后，即得到成品高分子热熔材料，而所得制备的材料为上下表面为承载膜、中间为浸有树脂糊的结构型玻璃纤维的夹心结构。

由如上方法所制备的材料，再经过高温高压后所得到的产品，既有足够高的刚性，承受高负载而不破裂，又有一定韧性，抵御较大变形而不变形。材料的密度比钢板轻，约为钢板的20～24％，但与钢板的比强度、比模量相同。

本发明材料兼具金属和塑料的优势，还能够克服二者各自所存在的缺点。具体的，与传统有色金属不同，本发明材料能耐化学腐蚀；而且，与热塑性塑料也不同的是，本发明材料能耐严苛的气候条件。

进一步的，本发明材料产品尺寸稳定，精度高，其线性热膨胀系数≤16*10^-6/K。产品主体各向异性、性能均匀，局部导向，强度几何级增强。

如上的制备方法中，各原料质量百分占比如下：

模压树脂20～30％，例如可以为，但不限于22、25、27，或者29％等；热塑性弹性体5～15％，例如可以为，但不限于8、10、12，或者14％等；结构型玻璃纤维20～45％，例如可以为，但不限于22、25、27、30、32、35、37、40，或者42％等；填料20～40％，例如可以为，但不限于22、25、27、30、32、35，或者37％等；色糊和助剂(二者质量占比之和)1～8％，例如可以为，但不限于2、3、5，或者7％等。

条件是，各原料质量占比之和为100％。

优选的，如上制备方法中，各原料占比如下：

模压树脂22～25％，热塑性弹性体8～12％，结构型玻璃纤维25～35％，填料30～35％，色糊和助剂4～5％。

条件是，各原料占比之和为100％。

更优选的，如上制备方法中，各原料占比如下：

模压树脂25％，热塑性弹性体10％，结构型玻璃纤维30％，填料30％，色糊和助剂5％。

进一步的，如上所制备的高分子热熔材料还可以进一步加工成不同的车用部件，具体的，加工方法可参考如下：

将成品高分子热熔材料经液压机压制，成型为具有各种尺寸和规格的汽车部件(例如汽车发动机底护板，电动汽车大型电池盒等)，部件最长可以达到3m，厚度最小可控制在1mm；

其中，压制的压力为7～14MPa，温度为130～150℃。

而且，如上的加工生产效率高，成型时间可以达到20～50s/mm产品部件，可以实现成品的快速制备。

如下实施例1-5中，原料模压树脂为：力联思PALAPREG P 6029-901；热塑性弹性体为：巴陵岳华SBS(经过预处理)；结构型玻璃纤维为：巨石集团ER14-4800-440；填料为：碳酸钙和氢氧化铝按照1.5:2.5(质量比)的比例混合得到的混合物；色糊为：炭黑粉与载体树脂HRM6110混合得到；所用脱模剂，引发剂，增稠剂以及阻聚剂均为市售产品。

实施例1

分别称取适量的模压树脂，热塑性弹性体，结构型玻璃纤维，填料，色糊以及助剂等各原料；

将色糊装填入流量泵A中，助剂中的增稠剂填充入流量泵B中，模压树脂、热塑性弹性体、填料以及除了增稠剂之外的其他助剂装填入流量泵C中；

然后，按照：模压树脂25％，热塑性弹性体10％，填料30％，色糊2％，助剂2.5％的质量比例(余量为结构型玻璃纤维)，将如上流量泵A、B、C(流量泵C中三种原料按照如上的质量占比比例预混合)中的各原料混合，得到树脂糊。

将树脂糊按照一定厚度要求，涂覆到机组的上承载薄膜、下承载薄膜。同时，上承载薄膜、下承载薄膜中间加入结构型玻纤。

开启机组，将上、下树脂糊与中间的结构型玻纤通过机组压力进行紧压、啮合，达到完全浸透效果，成为一体，得到半成品材料。

将半成品装入包装箱中，入熟化室，在温度35℃条件下熟化30h增稠，得到实施例1的成品高分子热熔材料。

按照国家标准要求制备样件，测试机械强度：冲击强度105Kj/m²；弯曲强度270MPa；拉伸强度112MPa。收缩率0.05％。

实施例2

然后，按照：模压树脂30％，热塑性弹性体5％，填料30％，色糊2％，助剂2.5％的质量比例(余量为结构型玻璃纤维)，将如上流量泵A、B、C(流量泵C中三种原料按照如上的质量占比比例预混合)中的各原料混合，得到树脂糊。

将半成品装入包装箱中，入熟化室，在温度35℃条件下熟化30h增稠，得到实施例2的成品高分子热熔材料。

按照国家标准要求制备样件，测试机械强度：冲击强度103Kj/m²；弯曲强度261MPa；拉伸强度105MPa。收缩率1.0％。

实施例3

然后，按照：模压树脂20％，热塑性弹性体15％，填料30％，色糊2％，助剂2.5％的质量比例，将如上流量泵A、B、C(流量泵C中三种原料按照如上的质量占比比例预混合)中的各原料混合，得到树脂糊。

将半成品装入包装箱中，入熟化室，在温度35℃条件下熟化30h增稠，得到实施例3的成品高分子热熔材料。

按照国家标准要求制备样件，测试机械强度：冲击强度101Kj/m²；弯曲强度254MPa；拉伸强度109MPa。收缩率0.03％。

实施例4

然后，按照：模压树脂30％，热塑性弹性体15％，填料30％，色糊2％，助剂2.5％的质量比例(余量为结构型玻璃纤维)，将如上流量泵A、B、C(流量泵C中三种原料按照如上的质量占比比例预混合)中的各原料混合，得到树脂糊。

将半成品装入包装箱中，入熟化室，在温度35℃条件下熟化30h增稠，得到实施例4的成品高分子热熔材料。

按照国家标准要求制备样件，测试机械强度：冲击强度68Kj/m²；弯曲强度173MPa；拉伸强度65MPa。收缩率0.045％。

实施例5

然后，按照：模压树脂20％，热塑性弹性体5％，填料35％，色糊2％，助剂2.5％的质量比例(余量为结构型玻璃纤维)，将如上流量泵A、B、C(流量泵C中三种原料按照如上的质量占比比例预混合)中的各原料混合，得到树脂糊。

将半成品装入包装箱中，入熟化室，在温度35℃条件下熟化30h增稠，得到实施例5的成品高分子热熔材料。

按照国家标准要求制备样件，测试机械强度：冲击强度192Kj/m²；弯曲强度400MPa；拉伸强度175MPa。收缩率0.08％。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种高分子热熔材料，其特征在于，所述高分子复合热熔材料由以下原料制成：

模压树脂，热塑性弹性体，结构型玻璃纤维，填料，色糊以及助剂；

按照质量百分比计，所述高分子复合热熔材料由以下原料制成：

模压树脂20～25%，热塑性弹性体5～15%，填料30～35%，色糊2～2.5%，助剂2.5～3.5%，余量为结构型玻璃纤维；

所述填料为氢氧化铝和碳酸钙的混合物；

所述填料中碳酸钙和氢氧化铝质量比为1.5:2.5；

所述填料中水分含量控制在0.08%～0.25%；

所述模压树脂为间苯新戊二醇树脂；

所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。

2.根据权利要求1所述的高分子热熔材料，其特征在于，按照质量百分比计，所述高分子复合热熔材料由以下原料制成：

模压树脂22～25%，热塑性弹性体8～12%，结构型玻璃纤维25～35%，填料30～35%，色糊2-2.5%，助剂2.5-3.5%。

3.根据权利要求1或2所述的高分子热熔材料，其特征在于，以及/或者，所述色糊包括：碳黑和树脂的混合物；

以及/或者，所述助剂包括：脱模剂，引发剂，增稠剂以及阻聚剂中的至少一种。

4.一种高分子热熔材料的制备方法，其特征在于，包括：

将色糊，助剂，模压树脂，热塑性弹性体，以及填料混合，得到树脂糊；

将树脂糊与结构型玻璃纤维压合后熟化，得到高分子复合热熔材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括：

将树脂糊分别涂布于上下承载膜表面，将结构型玻璃纤维置于上下承载膜之间，然后紧压、啮合，使得树脂糊浸透结构型玻璃纤维，形成一体结构。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，熟化的温度为30～40℃，时间为20～40h。

7.权利要求1-6中任一项所述的高分子复合热熔材料在汽车部件中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述汽车部件包括：汽车发动机底护板，以及电动汽车电池盒。

9.一种汽车部件的制备方法，其特征在于，包括：将权利要求1-3中任一项所述的高分子复合热熔材料经压制后，得到汽车部件。

10.根据权利要求9所述汽车部件的制备方法，其特征在于，压制的温度为130～150℃，压制的压力为7～14MPa。