CN115073849A - 一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法，针对现有的聚丙烯材料无法兼具较好的刚性和韧性的问题，提供了以下技术方案，聚丙烯材料的组分按重量份计包括聚丙烯47.5‑76份，玻璃纤维20‑40份，相容剂3‑10份，抗氧剂0.2‑0.5份，着色剂0.8‑2份；其中，玻璃纤维预先经过硅油浸润、固化处理，其硅油含量范围为0‑5％。该材料具有良好的刚性和韧性，且与现有的同等材料相比，密度基本没有变化。聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：备料、玻璃纤维预处理、预混、混炼、造粒。本方法步骤布局合理，工艺难度较低，加工条件较为常规，对工人的专业水平的要求较低。
Description
技术领域
本发明涉及汽车前大灯外壳领域，更具体地说，它涉及一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料。具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，这使得聚丙烯自问世以来，便迅速在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用。
汽车前大灯壳体多采用滑石粉填充聚丙烯材料体系，滑石粉的加入提高了聚丙烯的刚性及耐热性能，同时降低了材料成本。但是滑石粉填充聚丙烯，虽然会增加聚丙烯的刚性及耐热性，但材料的韧性会有所下降，滑石粉添加量越多，韧性下降越多，导致聚丙烯材料抗冲击能力降低。因此，如何研发一种满足汽车前大灯壳体对于材料的要求的兼具优秀的刚性和韧性的聚丙烯改性材料，具有重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法，具有材料同时具备高刚性和高韧性，综合力学性能优秀，制备方法简单的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，以重量份数计，包含以下组分：聚丙烯47.5-76份，玻璃纤维20-40份，相容剂3-10份，抗氧剂0.2-0.5份，着色剂0.8-2份；其中，玻璃纤维预先经过硅油浸润、固化处理，其硅油含量范围为0-5％。
进一步，硅油为二甲基硅油。
进一步，聚丙烯为均聚聚丙烯。
进一步，玻璃纤维为短切无碱玻璃纤维。
进一步，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
进一步，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的混合物。
进一步，着色剂为炭黑。
采用上述技术方案，玻璃纤维的表面经过硅油固化处理后，硅油在玻璃纤维表面形成具有韧性的致密的固化层，能够保护玻璃纤维不会因环境氧化而老化，同时还能够提升玻璃纤维的韧性，改变玻璃纤维较脆的原有特性，便于树脂的混炼加工，防止玻璃纤维在混炼加工时断裂而失去原有的对于聚丙烯树脂的增强效果；而采用该种玻璃纤维增强的聚丙烯材料具有高刚性和高韧性，能够满足汽车前大灯壳体对于材料的需求；在另一个方面，添加有该种玻璃纤维后，聚丙烯材料在熔融时的粘度能够降低，从而使该材料的加工难度降低，满足日益提高的对于薄壁化需求；而且本材料的材料密度与常规材料相比没有较大的变化。
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料的其制备方法，包括以下步骤：
S1、备料：根据配方比例称取各原料；
S2、玻璃纤维预处理：取玻璃纤维加入硅油中搅拌5-20min，过滤取固形物分散铺在钛合金干燥网中，而后置于真空干燥箱中以250-300℃的温度真空干燥5-15min，取出得到预处理玻璃纤维；
S3、预混：聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂在高速混合机中共混，得到预混料；
S4、混炼：将预混料通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，预处理玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机，熔融挤出；
S5、造粒：挤出的熔融态材料经过拉条、冷却、切粒得到玻纤增强聚丙烯材料。
进一步，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度为190℃～230℃，螺杆转速为400～600转/分。
采用上述技术方案，本方法S2中所得到的特殊的玻璃纤维对聚丙烯树脂具有良好的力学性能增强效果，本方法步骤布局合理，工艺难度较低，加工条件较为常规，对工人的专业水平的要求较低。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本聚丙烯材料具有高刚性和高韧性，具有优秀的综合力学性能；
2.本聚丙烯材料的制备方法步骤布局合理，工艺难度不高；
3.在材料密度没有变化的前提下，显著提高了材料的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，以重量份数计，其组成成分为：
聚丙烯73.7份，
玻璃纤维20份，
相容剂5份，
抗氧剂0.3份，
着色剂1份；
其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，玻璃纤维为预先经过硅油浸润、固化处理的短切无碱玻璃纤维，硅油含量为3％，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的1：1混合物，着色剂为炭黑。
其制备方法如下：
S1、备料：
根据配方比例使用工业电子秤称取各原料，放置一旁待用。
S2、玻璃纤维预处理：
取S1中称取的玻璃纤维，将其全部加入二甲基硅油中搅拌5min后室温下静置10分钟，过滤取固形物分散铺在钛合金干燥网中，而后置于真空干燥箱中以250-300℃的温度真空干燥10min，取出得到预处理玻璃纤维。
S3、预混：
取S1中称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂，依次加入到高速混合机中，启动高速混合机使上述原料在高速混合机中共混至混合均匀，得到预混料；
S4、混炼：
启动双螺杆挤出机，预热5min后，将S3中得到的预混料通过喂料机从主喂料口中加入双螺杆挤出机中，与此同时将S2中得到的预处理玻璃纤维通过喂料机从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机，而后熔融挤出；
S5、造粒：
挤出的熔融态材料经过模具拉条、风冷冷却、铡刀切粒得到玻纤增强聚丙烯材料的材料粒子。
实施例2
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，以重量份数计，其组成成分为：
聚丙烯68.7份，
玻璃纤维25份，
相容剂5份，
抗氧剂0.3份，
着色剂1份；
其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，玻璃纤维为预先经过硅油浸润、固化处理的短切无碱玻璃纤维，硅油含量为3％，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的1：1混合物，着色剂为炭黑。
其制备方法如下：
S1、备料：
根据配方比例使用工业电子秤称取各原料，放置一旁待用。
S2、玻璃纤维预处理：
取S1中称取的玻璃纤维，将其全部加入二甲基硅油中搅拌5min后室温下静置10分钟，过滤取固形物分散铺在钛合金干燥网中，而后置于真空干燥箱中以250-300℃的温度真空干燥10min，取出得到预处理玻璃纤维。
S3、预混：
取S1中称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂，依次加入到高速混合机中，启动高速混合机使上述原料在高速混合机中共混至混合均匀，得到预混料；
S4、混炼：
启动双螺杆挤出机，预热5min后，将S3中得到的预混料通过喂料机从主喂料口中加入双螺杆挤出机中，与此同时将S2中得到的预处理玻璃纤维通过喂料机从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机，而后熔融挤出；
S5、造粒：
挤出的熔融态材料经过模具拉条、风冷冷却、铡刀切粒得到玻纤增强聚丙烯材料的材料粒子。
实施例3
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，以重量份数计，其组成成分为：
聚丙烯63.7份，
玻璃纤维30份，
相容剂5份，
抗氧剂0.3份，
着色剂1份；
其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，玻璃纤维为预先经过硅油浸润、固化处理的短切无碱玻璃纤维，硅油含量为3％，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的1：1混合物，着色剂为炭黑。
其制备方法如下：
S1、备料：
根据配方比例使用工业电子秤称取各原料，放置一旁待用。
S2、玻璃纤维预处理：
取S1中称取的玻璃纤维，将其全部加入二甲基硅油中搅拌5min后室温下静置10分钟，过滤取固形物分散铺在钛合金干燥网中，而后置于真空干燥箱中以250-300℃的温度真空干燥10min，取出得到预处理玻璃纤维。
S3、预混：
取S1中称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂，依次加入到高速混合机中，启动高速混合机使上述原料在高速混合机中共混至混合均匀，得到预混料；
S4、混炼：
启动双螺杆挤出机，预热5min后，将S3中得到的预混料通过喂料机从主喂料口中加入双螺杆挤出机中，与此同时将S2中得到的预处理玻璃纤维通过喂料机从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机，而后熔融挤出；
S5、造粒：
挤出的熔融态材料经过模具拉条、风冷冷却、铡刀切粒得到玻纤增强聚丙烯材料的材料粒子。
实施例4
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，以重量份数计，其组成成分为：
聚丙烯53.7份，
玻璃纤维40份，
相容剂5份，
抗氧剂0.3份，
着色剂1份；
其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，玻璃纤维为预先经过硅油浸润、固化处理的短切无碱玻璃纤维，硅油含量为3％，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的1：1混合物，着色剂为炭黑。
其制备方法如下：
S1、备料：
根据配方比例使用工业电子秤称取各原料，放置一旁待用。
S2、玻璃纤维预处理：
取S1中称取的玻璃纤维，将其全部加入二甲基硅油中搅拌5min后室温下静置10分钟，过滤取固形物分散铺在钛合金干燥网中，而后置于真空干燥箱中以250-300℃的温度真空干燥10min，取出得到预处理玻璃纤维。
S3、预混：
取S1中称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂，依次加入到高速混合机中，启动高速混合机使上述原料在高速混合机中共混至混合均匀，得到预混料；
S4、混炼：
启动双螺杆挤出机，预热5min后，将S3中得到的预混料通过喂料机从主喂料口中加入双螺杆挤出机中，与此同时将S2中得到的预处理玻璃纤维通过喂料机从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机，而后熔融挤出；
S5、造粒：
挤出的熔融态材料经过模具拉条、风冷冷却、铡刀切粒得到玻纤增强聚丙烯材料的材料粒子。
对比例1
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，以重量份数计，其组成成分为：
聚丙烯73.7份，
玻璃纤维20份，
相容剂5份，
抗氧剂0.3份，
着色剂1份；
其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，玻璃纤维为短切无碱玻璃纤维，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的1：1混合物，着色剂为炭黑。
其制备方法如下：
S1、备料：
根据配方比例使用工业电子秤称取各原料，放置一旁待用。
S2、预混：
取S1中称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂，依次加入到高速混合机中，启动高速混合机使上述原料在高速混合机中共混至混合均匀，得到预混料；
S3、混炼：
启动双螺杆挤出机，预热5min后，将S3中得到的预混料通过喂料机从主喂料口中加入双螺杆挤出机中，与此同时将玻璃纤维通过喂料机从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机，而后熔融挤出；
S4、造粒：
挤出的熔融态材料经过模具拉条、风冷冷却、铡刀切粒得到玻纤增强聚丙烯材料的材料粒子。
对比例2
一种汽车前大灯壳体用聚丙烯材料，以重量份数计，其组成成分为：
聚丙烯73.7份，
滑石粉20份，
相容剂5份，
抗氧剂0.3份，
着色剂1份；
其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的1：1混合物，着色剂为炭黑。
其制备方法如下：
S1、备料：
根据配方比例使用工业电子秤称取各原料，放置一旁待用。
S2、预混：
取S1中称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂、滑石粉，依次加入到高速混合机中，启动高速混合机使上述原料在高速混合机中共混至混合均匀，得到预混料；
S3、混炼：
启动双螺杆挤出机，预热5min后，将S3中得到的预混料通过喂料机从主喂料口中加入双螺杆挤出机中，而后熔融挤出；
S4、造粒：
挤出的熔融态材料经过模具拉条、风冷冷却、铡刀切粒得到玻纤增强聚丙烯材料的材料粒子。
对比例3
一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，以重量份数计，其组成成分为：
聚丙烯73.7份，
玻璃纤维20份，
硅油0.6份
相容剂5份，
抗氧剂0.3份，
着色剂1份；
其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，玻璃纤维为短切无碱玻璃纤维，相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的1：1混合物，着色剂为炭黑，硅油为二甲基硅油。
其制备方法如下：
S1、备料：
根据配方比例使用工业电子秤称取各原料，放置一旁待用。
S2、预混：
取S1中称取的聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂，依次加入到高速混合机中，启动高速混合机使上述原料在高速混合机中共混至混合均匀，得到预混料；
S3、混炼：
启动双螺杆挤出机，预热5min后，将S3中得到的预混料和硅油通过喂料机从主喂料口中加入双螺杆挤出机中，与此同时将玻璃纤维通过喂料机从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机，而后熔融挤出；
S4、造粒：
挤出的熔融态材料经过模具拉条、风冷冷却、铡刀切粒得到玻纤增强聚丙烯材料的材料粒子。
实验例
取实施例1-4，对比例1-3的材料按国标分别进行力学性能检测，检测结果如下表所示。
表1实施例1-4，对比例1-3的材料的力学性能检测表
从表1数据可知：
比较实施例1-4可以发现，玻璃纤维/聚丙烯的比值越高，所制得的材料的韧性及刚性也越高，说明经过处理玻璃纤维在加入聚丙烯树脂基材后，对聚丙烯材料的韧性及刚性都有显著的提高。
比较实施例1和对比例1可以发现，经过硅油固化的无碱短切玻璃纤维和普通无碱玻璃纤维相比，对于聚丙烯树脂的性能提升更加显著，进一步证实了硅油固化玻璃纤维对于聚丙烯树脂改性的效果。
比较实施例1和对比例2可以发现，在相近的密度下经过处理玻璃纤维对于聚丙烯树脂的增强效果要远超于传统中使用的滑石粉，且玻璃纤维增强聚丙烯材料兼具高刚性和高韧性，满足了汽车材料行业的需求。
比较实施例1和对比例1、3可以发现，如果仅仅是将短切无碱玻璃纤维和二甲基硅油混合进聚丙烯树脂而得到的复合材料，其增强效果基本与仅加入短切无碱玻璃纤维所得到的复合材料性能相近，说明二甲基硅油对聚丙烯的力学性能并无显著的增强作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，以重量份数计，包含以下组分：聚丙烯47.5-76份，玻璃纤维20-40份，相容剂3-10份，抗氧剂0.2-0.5份，着色剂0.8-2份；
其中，所述玻璃纤维预先经过硅油浸润、固化处理，其硅油含量范围为0-5％。
2.根据权利要求1所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于：所述硅油为二甲基硅油。
3.根据权利要求1所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维为短切无碱玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于：所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
6.根据权利要求1所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚和亚磷酸酯的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于：所述着色剂为炭黑。
8.一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料的其制备方法，用于制备权利要求1-7任一所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料，其特征在于，包括以下步骤：
S1、备料：根据配方比例称取各原料；
S2、玻璃纤维预处理：取玻璃纤维加入硅油中搅拌5-20min，过滤取固形物分散铺在钛合金干燥网中，而后置于真空干燥箱中以250-300℃的温度真空干燥5-15min，取出得到预处理玻璃纤维；
S3、预混：聚丙烯、相容剂、抗氧剂、着色剂在高速混合机中共混，得到预混料；
S4、混炼：将预混料通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，预处理玻璃纤维从侧喂料口加入双螺杆挤出机，熔融挤出；
S5、造粒：挤出的熔融态材料经过拉条、冷却、切粒得到玻纤增强聚丙烯材料。
9.根据权利要求8所述的一种汽车前大灯壳体用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆各区的温度为190℃～230℃，螺杆转速为400～600转/分。
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