一种聚丙烯复合材料汽车水箱横梁及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚丙烯复合材料汽车水箱横梁及制备方法，属于复合材料领域。所述水箱横梁包括以下质量分数的组分：40%-80%的聚丙烯、0%-30%的增韧剂、5%-60%的纤维增强体、0.3%-0.5%的抗氧剂、0%-1%的色母粒和0.5%-3%的相容剂，所述水箱横梁制备方法包括：将上述各组分通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后通过注塑成型工艺进行注塑成型制备得到所述聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，所制备的水箱横梁的密度更小，刚度、冲击性能更优，不仅明显减轻了水箱横梁的重量，利于车身轻量化，且满足了水箱横梁的技术指标。采用聚丙烯材料，成本更低，加工工艺简单，易成型，提高了水箱横梁的生产经济性及效率。
【专利说明】一种聚丙烯复合材料汽车水箱横梁及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料领域，特别涉及聚丙烯复合材料汽车水箱横梁及制备方法。【背景技术】
[0002]汽车踏板包括油门踏板、离合踏板与水箱横梁，其中汽车水箱横梁不仅承载引擎盖及水箱的重量，还承受着引擎盖开启过程中的冲击力。
[0003]现有技术中通过对钣金材料进行剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型(汽车水箱横梁)，制备成汽车水箱横梁，所得汽车水箱横梁对引擎盖及水箱的重量性能良好。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]现有技术采用钣金材料制备汽车水箱横梁，由于钣金密度较高(平均为7g/cm3)，使其所制备的汽车水箱横梁的重量较大，不利于车身轻量化，且加工工艺复杂，成本较高，使制备汽车水箱横梁经济适应性较差。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术汽车水箱横梁重量较大的问题，本发明实施例提供了一种纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁及制备方法。所述技术方案如下:
[0007]—方面提供了一种纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，所述聚丙烯复合材料汽车水箱横梁包括以下质量分 的组分:40%-80%的聚丙烯、0%-30%的增韧剂、5%-58%的纤维增强体、0.3%-0.5%的抗氧剂、0%-1%的色母粒和0.5%-3%的相容剂。
[0008]具体地，作为优选，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的至少一种。
[0009]具体地，作为优选，所述增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯-乙烯接枝共聚物的至少一种。
[0010]具体地，作为优选，所述纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维的至少一种。
[0011]具体地，作为优选，所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成。
[0012]具体地，作为优选，所述相容剂为马来酸酐、硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和钛酸酯偶联剂的至少一种。
[0013]另一方面，提供了一种纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，所述聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法包括以下步骤:
[0014]步骤1:将聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、色母粒和相容剂在高速搅拌机下混合搅拌5_20min ；
[0015]步骤2:将步骤I得到的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，并将纤维增强体添加入所述双螺杆挤出机的专用纤维进料口处，通过所述双螺杆挤出机挤出造粒，干燥切粒，得到纤维增强聚丙烯复合材料颗粒；
[0016]步骤3:将步骤2中纤维增强聚丙烯复合材料颗粒通过注塑机注塑成型，得到纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁；
[0017]所述聚丙烯、所述增韧剂、所述纤维增强体、所述抗氧剂、所述色母粒和所述相容剂的质量分数分别为 40%-80%、0%-30%、5%-58%、0.3%-0.5%、0%_1% 和 0.5%_3%。
[0018]具体地，作为优选，所述双螺杆挤出机的各温区温度设定如下:
[0019]一区 160°C _170°C，二区 165°C _175°C，三区 170°C -180°C，四区 180°C -190°C,五区 190 V -195 °C，六区 190 V -200 °C，七区 190 V -200 °C，八区 180 V -190 °C，九区175°C -185°C。
[0020]具体地，作为优选，所述双螺杆挤出机的主机转速为100_200rpm。
[0021]具体地，作为优选，所述注塑机的各温区温度设定如下:
[0022]一区 170°C _180°C，二区 175°C _185°C，三区 180°C _190°C，四区 190°C -200°C，五区 185°C _195°C，六区 180°C _190°C。
[0023]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0024]本发明实施例提供的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，通过采用40%_80%的聚丙烯、0%-30%的增韧剂、5%-58%的纤维增强体、0.3%-0.5%的抗氧剂、0%_1%的色母粒和
0.5%-3%的相容剂，并通过注塑成型工艺制备而成，该聚丙烯复合材料所制备的水箱横梁的密度更小，明显减轻了水箱横梁的重量，利于车身轻量化发展，从而提高了燃油经济性，而其刚度、耐冲击性能却更优，满足了水箱横梁的技术指标。本发明实施例提供的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，加工工艺简单，大大提高了生产效率，使得制备成本较低，提高了水箱横梁的经济适应性。`
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本发明实施例提供的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁制备方法流程图。【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0028]实施例一
[0029]本发明实施例提供了一种纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，所述聚丙烯复合材料汽车水箱横梁包括以下质量分数的组分:40%-80%的聚丙烯、0%-30%的增韧剂、5%-60%的纤维增强体、0.3%-0.5%的抗氧剂、0%-1%的色母粒和0.5%-3%的相容剂。
[0030]本发明实施例提供的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，通过采用40%_80%的聚丙烯、0%-30%的增韧剂、5%-58%的纤维增强体、0.3%-0.5%的抗氧剂、0%_1%的色母粒和
0.5%-3%的相容剂，并通过注塑成型工艺制备而成，该聚丙烯复合材料所制备的水箱横梁的密度更小，明显减轻了水箱横梁的重量，利于车身轻量化发展，从而提高了燃油经济性，而其刚度、耐冲击性能却更优，满足了水箱横梁的技术指标；[0031]所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的至少一种。
[0032]所述纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维的至少一种。
[0033]本发明实施例提供的纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁中所述纤维增强体的长度为2-3cm。
[0034]本发明实施例提供的纤维增强聚丙烯复合材料基于聚丙烯材料密度小，化学稳定性好的优点，由聚丙烯材料与纤维增强体进行复配而成，使用上述纤维增强体并控制其在聚丙烯复合材料中的长度为2-3cm，可将聚丙烯基体所受的负荷有效转移至上述纤维增强体上，大幅度提高聚丙烯基体的物理力学性能，所制备的复合材料在保持原来良好的物理及化学性能的基础上，更突出其低密度与高强度的优点。
[0035]所述增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯-乙烯接枝共聚物的至少一种。
[0036]通过向聚丙烯复合材料中加入上述增韧剂，其在聚丙烯复合材料中相容度较高，并可明显降低聚丙烯材料的脆性，提高其抗冲击性能。
[0037]所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成。
[0038]使用抗氧剂可阻止聚丙烯自动氧化链反应过程的进行，从而阻止复合材料的老化并延长其使用寿命。本发明实施例抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成，两者复配比例可为1/2-2/1，两者配合使用具有协同效应，可终止游离基链反应及分解其中的过氧化物，达到良好的抗老化效果。抗氧剂还可使用胺类、酚类、硫酯类。
[0039]所述相容剂马来酸酐、硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和钛酸酯偶联剂的至少一种。
[0040]聚丙烯是非极性树脂，与其它`材料的熔合性差，而增强纤维的表面光滑，很难与非极性树脂结合。通过上述相容剂可引入强极性反应性基团，改善复合材料之间的相容性以及其他填料的分散性，提高产品的拉伸、冲击强度，实现高填充，减少树脂用量，改善加工流变性，且可提高表面光洁度。
[0041]本发明实施例可采用硅烷偶联剂等作为相容剂，为了进一步增强聚丙烯与纤维之间的粘结力，还可采用过氧化硅烷偶联剂:如乙烯基三(特丁基过氧化)硅烷；氯化物偶联剂:将硅烷与全氯环戊烷、氯化二甲苯、氯桥酸酐等高氯化物并用，可显著地改进聚丙烯复合材料的强度及表面光洁度。
[0042]实施例二
[0043]如附图1所示，本发明实施例提供了一种纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，具体包括以下步骤:
[0044]步骤1:将聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、色母粒和相容剂在高速搅拌机下混合搅拌5_20min ；
[0045]步骤2:将步骤I得到的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，并将纤维增强体添加入所述双螺杆挤出机的专用纤维进料口处，通过所述双螺杆挤出机挤出造粒，干燥切粒，得到纤维增强聚丙烯复合材料颗粒；
[0046]步骤3:将步骤2中纤维增强聚丙烯复合材料颗粒通过注塑机注塑成型，得到纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁；
[0047]所述聚丙烯、所述增韧剂、所述纤维增强体、所述抗氧剂、所述色母粒和所述相容剂的质量分数分别为 40%-80%、0%-30%、5%-58%、0.3%-0.5%、0%_1% 和 0.5%_3%。
[0048]本发明实施例提供的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，加工工艺简单，大大提高了生产效率，使得制备成本较低，提高了水箱横梁的经济适应性。
[0049]其中，步骤2中，混合物料的喂料速度以及纤维增强体的喂料速度由所制备的增强纤维聚丙烯复合材料中各物料之间的配比决定，并可在其配比范围内进行适当调整，从而控制广品性能。
[0050]所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的至少一种。
[0051]所述增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯-乙烯接枝共聚物的至少一种。
[0052]所述纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维的至少一种。
[0053]所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成。
[0054]所述相容剂为马来酸酐、硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和钛酸酯偶联剂的至少一种。
[0055]所述双螺杆挤出机的各温区温度设定如下:
[0056]一区 160°C _170°C，二区 165°C _175°C，三区 170°C -180°C，四区 180°C -190°C,五区 190 V -195 °C，六区 190 V -200 °C，七区 190 V -200 °C，八区 180 V -190 °C，九区175°C -185°C。
[0057]所述双螺杆挤出`机的主机转速为100_200rpm。
[0058]本发明提供的聚丙烯复合材料的物理特性决定着上述双螺杆挤出机的各温区及主机转速的设置，一区进料口设置为较低温，防止物料在进料口熔融并堵塞进料口，并根据上述物料温度逐步升温至五区至六区所述温度，高于上述各物料熔融温度，对上述物料进行均匀的熔融，然后逐步降温至九区温度，来更好的控制所述复合材料的挤出成型。
[0059]所述注塑机的各温区温度设定如下:
[0060]一区 170°C _180°C，二区 175°C _185°C，三区 180°C _190°C，四区 190°C -200°C，五区185°C _195°C，六区180°C _190°C。所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的至少一种。
[0061]本发明提供的聚丙烯复合材料的物理特性决定着上述注塑机的温区温度设置，一区入料口温度较低，二区与三区逐步推进，使物料缓慢进行熔化，四区五区对物料进行塑化，温度再次升高，六区机头出料成型，温度降低，便于控制产品的形状。
[0062]实施例三
[0063]本发明实施例提供了一种纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁及其制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤:
[0064]步骤1:称取质量分数分别为40%的均聚聚丙烯、10%的乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、0.3%的抗氧剂1010与抗氧剂168复配物、0.1%的色母粒和3%的马来酸酐，并在高速搅拌机下混合搅拌5-20min ；
[0065]步骤2:将步骤I中的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，与此同时，将质量分数为46%的碳纤维添加入双螺杆挤出机专用纤维进料口处，并通过双螺杆挤出机挤出造粒，干燥切粒，在此过程中，设定双螺杆挤出机的各温区温度为:一区160°C，二区165°C，三区170°C，四区180°C，五区190°C，六区190°C，七区190°C，八区180°C，九区1750C -185°C ;主机转速为 100-200rpm。[0066]步骤3:将得到的复合材料颗粒通过注塑机注塑成型，得到纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，得到纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，在此过程中，设定注塑机的各温区温度为:一区180°C，二区185°C，三区190°C，四区200°C，五区195°C，六区190°C。
[0067]所制备的水箱横梁各性能参数如表1所示:
[0068]表1
[0069]
【权利要求】
1.一种聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，其特征在于，所述聚丙烯复合材料汽车水箱横梁包括以下质量分数的组分:40%-80%的聚丙烯、0%-30%的增韧剂、5%-58%的纤维增强体、0.3%-0.5%的抗氧剂、0%-1%的色母粒和0.5%-3%的相容剂。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的至少一种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯-乙烯接枝共聚物的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，其特征在于，所述纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，其特征在于，所述抗氧剂由抗氧剂1010与抗氧剂168复配而成。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐、硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和钛酸酯偶联剂的至少一种。
7.—种权利要求1-6任一项所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法包括以下步骤: 步骤1:将聚丙烯、增韧剂、抗氧剂、色母粒和相容剂在高速搅拌机下混合搅拌5_20min ； 步骤2:将步骤I得到的混合物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，并将纤维增强体添加入所述双螺杆挤出机的专用纤维进料口处，通过所述双螺杆挤出机挤出造粒，干燥切粒，得到纤维增强聚丙烯复合材料颗粒； 步骤3:将步骤2中纤维增强聚丙烯复合材料颗粒通过注塑机注塑成型，得到纤维增强聚丙烯复合材料汽车水箱横梁； 所述聚丙烯、所述增韧剂、所述纤维增强体、所述抗氧剂、所述色母粒和所述相容剂的质量分数分别为 40%-80%、0%-30%、5%-58%、0.3%-0.5%、0%_1% 和 0.5%_3%。
8.根据权利要求7所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的各温区温度设定如下:
一区 160 0C -170 °C，二区 165 °C -175 °C，三区 170 °C -180 °C，四区 180 °C -190 °C，五区 190 V -195 °C，六区 190 V -200 °C，七区 190 V -200 °C，八区 180 V -190 °C，九区1750C -185°C。
9.根据权利要求7或8所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的主机转速为100-200rpm。
10.根据权利要求7所述的聚丙烯复合材料汽车水箱横梁的制备方法，其特征在于，所述注塑机的各温区温度设定如下: 一区 170°C _180°C，二区 175°C _185°C，三区 180°C -190°C,四区 190°C _200°C，五区185°C _195°C，六区 180°C _190°C。
【文档编号】C08K7/14GK103756125SQ201310521503
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】李进, 宣善勇, 方舟 申请人:奇瑞汽车股份有限公司