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一種長纖維增強熱塑性復合材料及其應用

文檔序號:10564612閱讀(du):576來源:國知(zhi)局(ju)
一種長纖維增強熱塑性復合材料及其應用
【專利摘要】本發明涉及一種長纖維增強熱塑性復合材料及其應用,屬于新型環保材料研發、生產、應用技術領域。該復合材料含有均聚PP、共聚PP、玻璃纖維等,具有密度低、強度大等特性,可以取代傳統的金屬件和造價昂貴的改性工程塑料件,在保證零件性能的同時能夠有效的減輕零件重量(在原基礎上降低40%以上),可較好地實現節能與汽車輕量化的各項目標,同時該制品可回收再利用,為環保型產品。本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料在乘用車結構件的應用填補了國內G?LFT?D在乘用車結構零部件的應用空白,可有效提升乘用車品質,減少污染,降低乘用車重量從而降低油耗。
【專利說明】
-種長纖維増強熱塑性復合材料及其應用
技術領域
[0001] 本發明設及一種復合材料及其應用,尤其設及一種長纖維增強熱塑性復合材料及 其應用,屬于新型環保材料研發、生產、應用技術領域。
【背景技術】
[0002] G-LFT-D在歐美主要應用于汽車結構件和半結構件,乘用車前端支架、儀表盤骨 架、座椅骨架、后舉升口等結構件,備胎艙、備胎箱蓋、底護板等半結構件均大量采用G-LFT- D成型;在歐美自2000年W來G-LFT-D的使用量逐年上升,2015年,G-LFT-D使用量為55萬噸, 約占全部熱塑性復合材料使用量的70%。
[0003] 在我國,G-LFT-D進入較晚,自2010年起開始工業化應用,前期主要應用于客車空 調罩,近年來在乘用車底護板上開始使用,總使用量不大,2015年乘用車全年用量不到2000 噸;在乘用車結構件上的使用尚屬空白。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是克服現有技術之缺陷提供一種長纖維增強熱塑性 復合材料,該復合材料具有比重小、強度大等優點。此外,本發明進一步提供該長纖維增強 熱塑性復合材料的應用。
[0005] 本發明所述技術問題是由W下技術方案實現的。
[0006] -種長纖維增強熱塑性復合材料,其由重量百分比為60~80%的烙融混合物與重 量百分比為20~40%的等長度的玻璃纖維制備而成。
[0007] 進一步的,上述長纖維增強熱塑性復合材料,所述烙融混合物中含有重量比為1~ 5:1的均聚PP、共聚PP;占均聚PP與共聚PP總重量0.2~0.5%的含有HY-IOl型號侶酸醋偶聯 劑的24#白油;與均聚PP、共聚PP的總重量比為10~20:2~8:3~10:100的mEPDM、P0E、PP-g- MAH;占均聚PP與共聚PP總重量1%~5%的由增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸收劑 UV326或GW-944、抗氧化劑化TP組成的混合載體。
[000引上述長纖維增強熱塑性復合材料,所述HY-IOl型號鐵酸醋偶聯劑與24#白油的重 量比為1:5;所述混合載體中增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸收劑UV326或GW-944、 抗氧化劑化TP的重量比為2:1:1:1。
[0009] 上述長纖維增強熱塑性復合材料,所述等長度的玻璃纖維的長度為25.4mm,由48 根EW758-2400的連續玻璃纖維定長切割而成。
[0010] -種制備上述長纖維增強熱塑性復合材料的方法,包括如下步驟:
[0011] (1)均聚PP與共聚PP的重量比為1~5:1在高速混合蓋內混合,然后加入均聚PP與 共聚PP總重量0.2~0.5%的含有HY-IOl型號侶酸醋偶聯劑的24怕油,所述HY-IOl型號鐵 酸醋偶聯劑與24#白油的重量比為1:5,對PP進行共混改性,得一次共混改性PP,備用;
[0012] (2)將一次共混改性 PP :mEPDM:POE:PP-g-MAH 按重量比 100:10-20:2-8:3-10 的比 例混合均勻,得混合物,備用;
[001引(3)向步驟(2)中所得的混合物中加入均聚PP與共聚P總重量I %~5%的由增初劑 SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸收劑UV326或GW-944、抗氧化劑DLTP組成的混合載體,所 述混合載體中增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸收劑UV326或GW-944、抗氧化劑化TP 的重量比為2:1:1:1,經高速攬拌混合均勻,得二次共混改性PP,備用;
[0014] (4) -級雙螺桿擠出機設定混合物輸出量為最終產品重量的60~80 %,各加熱段 的溫度控制在200°C~230°C,步驟(3)所得二次共混改性PP經過一級雙螺桿擠出機烙融,得 烙融混合物,備用;
[0015] (5)自動切割設備設定玻璃纖維輸出量為最終產品重量的20~40%,將48根 EW758-2400的連續纖維絲通過輸送管道到自動切割設備,對其進行定長切割,長度為 25.4mm,得等長度的玻璃纖維,備用;
[0016] (6)將步驟(5)所得等長度的玻璃纖維掉落到步驟(4)所得的烙融混合物上,通過 二級雙螺桿擠出機將烙融混合物和等長度的玻璃纖維進行混配,調節溫度為200°C~230°C 及轉速15化/min,在保證等長度的玻璃纖維浸潤完全的前提下,降低雙螺桿擠出機的轉速 至12化/min,減少對玻璃纖維的長度的損壞;
[0017] (7)由二階段雙螺桿擠出機擠出的材料,即為所述的長纖維增強熱塑性復合材料。
[0018] 上述長纖維增強熱塑性復合材料在制備乘用車結構零部件中的應用,例如應用在 制備乘用車前端支架、儀表盤骨架、座椅骨架等乘用車結構件或備胎艙、底護板等半結構件 等。
[0019] 本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料,其使用的物料均為現有技術中可直接 獲得的材料,如,均聚PP為均聚聚丙締,共聚PP為共聚聚丙締,mEPDM為茂金屬催化聚合所得 的S元乙丙橡膠,POE為20%辛締的聚締控樹脂或叫聚締控彈性體,PP-g-MAH為聚丙締與馬 來酸酢接枝共聚物,EBS為N.N'-1、2-乙二基雙十八(碳)酷胺,UV326為2'-(2'-徑基-3'-叔 下基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并S挫,GW-944為聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基下基)氨基]]-1,3, 5-S嗦-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-贓晚基)亞氨基]-1,6-己二撐[(2,2,6,6-四甲基-4-贓晚 基)亞氨基]} ,DLTP為硫代二丙酸雙月桂醋等。
[0020] 本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料由特定的物料配比與特定的制備工藝 而得,具有密度低、強度大等特性,在乘用車前端支架、儀表盤骨架、座椅骨架等乘用車結構 件和備胎艙、底護板等半結構件產品上使用,可W取代傳統的金屬件和造價昂貴的改性工 程塑料件,在保證零件性能的同時能夠有效的減輕零件重量(在原基礎上降低40% W上), 可較好地實現節能與汽車輕量化的各項目標,同時該制品可回收再利用,為環保型產品。本 發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料在乘用車結構件的應用填補了國內G-LFT-D在乘用 車結構零部件的應用空白,可有效提升乘用車品質,減少污染,降低乘用車重量從而降低油 耗。
【附圖說明】
[0021] 圖1本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料制備流程圖
【具體實施方式】
[0022] 下面通過【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明,但只是用于幫助理解本發 明,使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明,不對本發明構成任何限制。
[0023] 實施例1本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料的制備
[0024] 組成;
[0025] -種長纖維增強熱塑性復合材料,其由重量百分比為70%的烙融混合物與重量百 分比為30%的等長度的玻璃纖維制備而成;所述烙融混合物中含有30kg的均聚PP、10kg共 聚 PP,0.1 含有HY-101 型號侶酸醋偶聯劑的 24# 白油,SkgmEPDM、2kgP0E、2.4kgPP-g-MAH, 1.21^的由增初劑5¥斗?、分散劑200目685、紫外線吸收劑1^326、抗氧化劑化1?組成的混合 載體;所述HY-IOl型號鐵酸醋偶聯劑重量為0.02kg,24#白油的重量為0.1kg;所述混合載體 中增初劑SY-PP重量為0.48kg、分散劑200目邸S重量為0.24kg、紫外線吸收劑UV326重量為 0.24kg、抗氧化劑化TP重量為0.24kg;所述等長度的玻璃纖維的長度為25.4mm,由48根 EW758-2400的連續玻璃纖維定長切割而成。
[00%]制備方法,包括如下步驟:
[0027] (1)均聚PP與共聚PP在高速混合蓋內混合,然后加入含有HY-IOl型號侶酸醋偶聯 劑的24#白油,對PP進行共混改性,得一次共混改性PP,備用;
[002引 (2)將PP、mEPDM、POE、PP-g-MA曲k例混合均勻,得混合物,備用;
[0029] (3)向步驟(2)中所得的混合物中加入由增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸 收劑UV326、抗氧化劑化TP組成的混合載體,經高速攬拌混合均勻,得二次共混改性PP,備 用;
[0030] (4) -級雙螺桿擠出機設定混合物輸出量為最終產品重量的70%,各加熱段的溫 度控制在200°C~230°C,步驟(3)所得二次共混改性PP經過一級雙螺桿擠出機烙融,得烙融 混合物,備用;
[0031] (5)自動切割設備設定玻璃纖維輸出量為最終產品重量的30%,將48根EW758- 2400的連續纖維絲通過輸送管道到自動切割設備,對其進行定長切割,長度為25.4mm,得等 長度的玻璃纖維,備用;
[0032] (6)將步驟(5)所得等長度的玻璃纖維掉落到步驟(4)所得的烙融混合物上,通過 二級雙螺桿擠出機將烙融混合物和等長度的玻璃纖維進行混配,調節溫度為200°C~230°C 及轉速15化/min,在保證等長度的玻璃纖維浸潤完全的前提下,降低雙螺桿擠出機的轉速 至12化/min,減少對玻璃纖維的長度的損壞;
[0033] (7)由二階段雙螺桿擠出機擠出的材料,即為所述的長纖維增強熱塑性復合材料。
[0034] 實施例2本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料的制備 [003引組成;
[0036] -種長纖維增強熱塑性復合材料,其由重量百分比為60%的烙融混合物與重量百 分比為40%的等長度的玻璃纖維制備而成;所述烙融混合物中含有IOkg的均聚PP、10kg共 聚 PP,0.04kg 含有 HY-101 型號侶酸醋偶聯劑的 24# 白油,4kgmEPDM、1.6k 評 OE、2kgPP-g-MAH, 0.2kg的由增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸收劑GW-944、抗氧化劑化TP組成的混合 載體;所述HY-IO1型號鐵酸醋偶聯劑重量為0.00化g,24#白油的重量為0.034kg;所述混合 載體中增初劑SY-PP重量為0.08kg、分散劑200刖BS重量為0.04kg、紫外線吸收劑GW-944重 量為0.04kg、抗氧化劑化TP重量為0.04kg;所述等長度的玻璃纖維的長度為25.4mm,由48根 EW758-2400的連續玻璃纖維定長切割而成。
[0037] 制備方法,包括如下步驟:
[0038] (1)均聚PP與共聚PP在高速混合蓋內混合,然后加入含有HY-IOl型號侶酸醋偶聯 劑的24#白油,對PP進行共混改性,得一次共混改性PP,備用;
[0039] (2)將PP、mEPDM、POE、PP-g-MA曲k例混合均勻,得混合物,備用;
[0040] (3)向步驟(2)中所得的混合物中加入由增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸 收劑GW-944、抗氧化劑化TP組成的混合載體,經高速攬拌混合均勻,得二次共混改性PP,備 用;
[0041 ] (4) -級雙螺桿擠出機設定混合物輸出量為最終產品重量的60%,各加熱段的溫 度控制在200°C~230°C,步驟(3)所得二次共混改性PP經過一級雙螺桿擠出機烙融,得烙融 混合物,備用;
[0042] (5)自動切割設備設定玻璃纖維輸出量為最終產品重量的40%,將48根EW758- 2400的連續纖維絲通過輸送管道到自動切割設備,對其進行定長切割,長度為25.4mm,得等 長度的玻璃纖維,備用;
[0043] (6)將步驟(5)所得等長度的玻璃纖維掉落到步驟(4)所得的烙融混合物上,通過 二級雙螺桿擠出機將烙融混合物和等長度的玻璃纖維進行混配,調節溫度為200°C~230°C 及轉速15化/min,在保證等長度的玻璃纖維浸潤完全的前提下,降低雙螺桿擠出機的轉速 至12化/min,減少對玻璃纖維的長度的損壞;
[0044] (7)由二階段雙螺桿擠出機擠出的材料,即為所述的長纖維增強熱塑性復合材料。
[0045] 實施例3本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料的制備
[0046] 組成;
[0047] -種長纖維增強熱塑性復合材料,其由重量百分比為80%的烙融混合物與重量百 分比為20%的等長度的玻璃纖維制備而成;所述烙融混合物中含有50kg的均聚PP、10kg共 聚口口,0.31^含有狀-101型號侶酸醋偶聯劑的24#白油,1化卵6?01、4.84評06、61^??-旨-]^山 3kg的由增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸收劑UV326、抗氧化劑化TP組成的混合載 體;所述HY-IOl型號鐵酸醋偶聯劑重量為0.05kg,24#白油的重量為0.25kg;所述混合載體 中增初劑SY-PP重量為1.化g、分散劑200目EBS重量為0.化g、紫外線吸收劑UV326重量為 0.化g、抗氧化劑化TP重量為0.化g;所述等長度的玻璃纖維的長度為25.4mm,由48根EW758- 2400的連續玻璃纖維定長切割而成。
[004引制備方法,包括如下步驟:
[0049] (1)均聚PP與共聚PP在高速混合蓋內混合,然后加入含有HY-IOl型號侶酸醋偶聯 劑的24#白油,對PP進行共混改性,得一次共混改性PP,備用;
[0050] (2)將PP、mEPDM、POE、PP-g-MA曲k例混合均勻,得混合物,備用;
[0051 ] (3)向步驟(2)中所得的混合物中加入由增初劑SY-PP、分散劑200目邸S、紫外線吸 收劑UV326、抗氧化劑化TP組成的混合載體,經高速攬拌混合均勻,得二次共混改性PP,備 用;
[0052] (4) -級雙螺桿擠出機設定混合物輸出量為最終產品重量的60%,各加熱段的溫 度控制在200°C~230°C,步驟(3)所得二次共混改性PP經過一級雙螺桿擠出機烙融,得烙融 混合物,備用;
[0053] (5)自動切割設備設定玻璃纖維輸出量為最終產品重量的40%,將48根EW758- 2400的連續纖維絲通過輸送管道到自動切割設備,對其進行定長切割,長度為25.4mm,得等 長度的玻璃纖維,備用;
[0054] (6)將步驟(5)所得等長度的玻璃纖維掉落到步驟(4)所得的烙融混合物上,通過 二級雙螺桿擠出機將烙融混合物和等長度的玻璃纖維進行混配,調節溫度為200°C~230°C 及轉速15化/min,在保證等長度的玻璃纖維浸潤完全的前提下,降低雙螺桿擠出機的轉速 至12化/min,減少對玻璃纖維的長度的損壞;
[0055] (7)由二階段雙螺桿擠出機擠出的材料,即為所述的長纖維增強熱塑性復合材料。
[0056] 實施例4使用本發明實施例1制備的長纖維增強熱塑性復合材料制備后背口內襯 板
[0057] (1)根據工藝要求,對二階段雙螺桿擠出機擠出的材料進行定長定量切斷,即按照 產品的重量,輸入到自動切割系統,設備自動定長定量切斷,通過保溫160-180°C輸送通道 輸送到合適的位置,利用機械手將材料從保溫輸送帶上取下,放置到模具中;
[0058] (2)鋪料結束后壓機下行壓制并加壓;
[0059] (3)保壓,當達到規定的壓力值16000KN"后進行保溫保壓55s;
[0060] (4)產品脫模,壓機開模后,抽忍退回,頂出產品;
[0061] (5)取產品,待產品完全脫離模具后,使用機械手或人工將產品從模具上取出,放 置到工裝上;
[0062] (6)后處理,打磨掉產品飛邊,禁止磕碰劃傷產品,產品邊緣也不得有銀齒等不良 現象;
[0063] (7)對產品表面處理,消除產品表面的脫模劑及缺陷;
[0064] (8);進行噴漆處理,包括底漆、中涂、面漆、清漆等;
[0065] (9)獲得后背口內襯板。
[0066] 測試例1本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料性能測試
[0067] 依據 GB1463、GB/T1447-2005、GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、GB/T1449-2005、 GB/T1451-2005、GB/T2411-2008、GB/T1633-2000、GB/T1462-2005、GB1634、JIS K6911 中的 規定,對本發明實施例1所制備的長纖維增強熱塑性復合材料與傳統LFT-D進行了性能測 試,見表1。
[006引表1材料性能對比表
[0069]
[0070] 由表1結果可知,本發明所述的長纖維增強熱塑性復合材料與傳統LFT-D材料相 比,比重明顯降低,拉伸強度、拉伸模量、彎曲強度、彎曲模量、無缺口沖擊強度、表面硬度 (邵氏)明顯提高,可W取代傳統的金屬件和造價昂貴的改性工程塑料件,在保證零件性能 的同時能夠有效的減輕零件重量(在原基礎上降低40% W上),可較好地實現節能與汽車輕 量化的各項目標,同時該制品可回收再利用,為環保型產品。
[0071] W上僅是本發明的優選實施方式,并不用W限制本發明,對于本領域技術人員來 說,在不脫離本發明原理的前提下,還可W做出的若干改進、潤飾、等同替換,均應包含在本 發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種長纖維增強熱塑性復合材料,其特征在于,其由重量百分比為60~80%的熔融 混合物與重量百分比為20~40%的等長度的玻璃纖維制備而成。2. 根據權利要求1所述的長纖維增強熱塑性復合材料,其特征在于,所述熔融混合物中 含有重量比為1~5 :1的均聚PP、共聚PP;占均聚PP與共聚PP總重量0.2~0.5%的含有HY-101型號鋁酸酯偶聯劑的24#白油;與均聚PP、共聚PP的總重量比為10~20:2~8:3~10:100 的mEPDM、POE、PP-g-MAH;占均聚PP與共聚PP總重量1%~5%的由增韌劑5¥-??、分散劑200 目EBS、紫外線吸收劑UV326或GW-944、抗氧化劑DLTP組成的混合載體。3. 根據權利要求2所述的長纖維增強熱塑性復合材料,其特征在于,所述HY-101型號鈦 酸酯偶聯劑與24#白油的重量比為1: 5;所述混合載體中增韌劑SY-PP、分散劑200目EBS、紫 外線吸收劑UV326或GW-944、抗氧化劑DLTP的重量比為2:1:1:1。4. 根據權利要求3所述的長纖維增強熱塑性復合材料,其特征在于,所述等長度的玻璃 纖維的長度為25.4mm,由48根EW758-2400的連續玻璃纖維定長切割而成。5. -種制備如權利要求4所述的長纖維增強熱塑性復合材料的方法,其特征在于,包括 如下步驟: (1) 均聚PP與共聚PP的重量比為1~5:1在高速混合釜內混合,然后加入均聚PP與共聚 PP總重量0.2~0.5%的含有HY-101型號鋁酸酯偶聯劑的24#白油,所述HY-101型號鈦酸酯 偶聯劑與24#白油的重量比為1:5,對PP進行共混改性,得一次共混改性PP,備用; (2) 將一次共混改性PP :mEPDM:POE:PP-g-MAH按重量比 100:10-20: 2-8: 3-10的比例混 合均勻,得混合物,備用; (3) 向步驟(2)中所得的混合物中加入均聚PP與共聚P總重量1 %~5 %的由增韌劑SY-PP、分散劑200目EBS、紫外線吸收劑UV326或GW-944、抗氧化劑DLTP組成的混合載體,所述混 合載體中增韌劑SY-PP、分散劑200目EBS、紫外線吸收劑UV326或GW-944、抗氧化劑DLTP的重 量比為2:1:1:1,經高速攪拌混合均勻,得二次共混改性PP,備用; (4) 一級雙螺桿擠出機設定混合物輸出量為最終產品重量的60~80%,各加熱段的溫 度控制在200°C~230°C,步驟(3)所得二次共混改性PP經過一級雙螺桿擠出機熔融,得熔融 混合物,備用; (5) 自動切割設備設定玻璃纖維輸出量為最終產品重量的20~40%,將48根EW758-2400的連續玻璃纖維通過輸送管道到自動切割設備,對其進行定長切割,長度為25.4mm,得 等長度的玻璃纖維,備用; (6) 將步驟(5)所得等長度的玻璃纖維掉落到步驟(4)所得的熔融混合物上,通過二級 雙螺桿擠出機將熔融混合物和等長度的玻璃纖維進行混配,調節溫度為200 °C~230°C及轉 速150r/min,在保證等長度的玻璃纖維浸潤完全的前提下,降低雙螺桿擠出機的轉速至 120r/min,減少對玻璃纖維的長度的損壞; (7) 由二階段雙螺桿擠出機擠出的材料,即為所述的長纖維增強熱塑性復合材料。6. 權利要求1至4任一項所述的長纖維增強熱塑性復合材料在制備乘用車結構零部件 中的應用。7. 根據權利要求6所述的應用,其特征在于,該應用為制備乘用車前端支架、儀表盤骨 架、座椅骨架等乘用車結構件或備胎艙、底護板等半結構件。
【文檔編號】C08L23/12GK105924777SQ201610351371
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】陳朝, 李勛成, 張潔, 公茂利
【申請人】河北立格環保科技股份有限公司
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