新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料，特别是涉及一种新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着汽车业的快速发展，非常多的汽车零部件开始选用改性塑料替代金属零部件，塑料品种也越来越多，如聚丙烯（pp）、尼龙（pa）、聚对苯二甲酸丁二酯（pbt）等。塑料在汽车上的应用极大地促进了汽车的轻量化发展，促进了节能减排，并为驾驶员提供了良好的驾使体验和乘坐的舒适性。

2、pp由于其优异的性能和低廉的成本，被应用于汽车产业。但是，纯的pp材料低温性能、抗冲击性能、耐老化性能及尺寸稳定性较差，难以满足汽车工业需求，尤其是对于机械强度和耐温性能要求更高的新能源汽车热管理系统。目前常规采用玻纤对pp进行改性，但是由于玻纤和pp的差异，容易产生相容性问题，使机械性能降低，并出现玻纤外露(俗称浮纤)等表面质量不良现象。

3、因此，本发明致力于提供一款成本可控、组成简单且综合性能良好，并可兼顾耐高温、耐老化性能的pp改性复合材料，以进一步拓宽pp材料在车辆应用方向的范围。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料，用于解决现有技术中普通的玻纤与聚丙烯的相容性差，会降低复合材料的力学性能以及出现浮纤的问题，同时，本发明还将提供新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料的制备方法。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯（pp）50-90份，改性玻纤10-40份，接枝料1-6份，稳定剂0.1-0.5份，其他助剂0.2-1份。

4、进一步的，所述改性玻纤为纳米粒子改性的玻璃纤维。

5、更进一步的，所述纳米粒子为纳米氧化物，所述纳米金属氧化物包括纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化硼、纳米氧化镁、纳米二氧化钛中的至少一种。

6、其中，纳米氧化镁、纳米氧化铝和纳米氧化硼具有很高的热稳定性和热导率，其改性后的玻纤能够提高聚丙烯复合材料的热稳定性和散热性，帮助复合材料散热和均匀热量分布，确保电池和电机等关键部件的温度稳定。纳米氧化锌和纳米二氧化钛具有优异的光催化性能和光稳定性能，其改性的玻纤能够提高聚丙烯复合材料的抗紫外线能力，可以提高复合材料在户外应用中的耐候性和防老化性能。

7、更进一步的，所述玻璃纤维为短切原丝。所述短切原丝的长度在3-20mm，直径在10-20微米。

8、进一步的，所述改性玻纤由以下制备方法得到：

9、s1、清洗玻璃纤维，去除其表面的有机物和杂质；

10、s2、使用纳米硅烷偶联剂处理玻璃纤维，在其表面形成纳米涂层，增强其表面活性；

11、s3、在硅烷处理的玻璃纤维表面进一步涂覆纳米粒子，烘干后得到所述改性玻纤。

12、在步骤s1中，清洗过程为：先使用有机溶剂浸泡玻璃纤维，然后用去离子水冲洗干净，烘干备用。

13、其中，有机溶剂包括乙醇或丙酮。

14、在步骤s2中，所述纳米硅烷偶联剂包括γ-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷 (γ-mps)、γ-氨丙基三甲氧基硅烷 (γ-aps)、γ-甘氨酸丙基三甲氧基硅烷 (γ-glymo)、γ-氯丙基三甲氧基硅烷 (γ-cptms)、二乙烯基二异氰酸酯硅烷中的至少一种。这些纳米硅烷偶联剂能够在玻璃纤维表面形成一层化学键联的网络，从而改善玻璃纤维与聚丙烯树脂基体之间的粘接，同时也能改善纳米粒子与玻璃纤维的结合。

15、在步骤s2中，硅烷处理过程为：将纳米硅烷偶联剂溶于稀释剂中，配制成偶联剂溶液，将清洁后的玻璃纤维浸入偶联剂溶液中，浸泡一段时间后取出玻璃纤维，烘干，得到硅烷处理的玻璃纤维。

16、其中，所述稀释剂包括水、乙醇、丙酮或异丙酮。

17、偶联剂溶液中纳米硅烷偶联剂的浓度为0.5-1%（w/v）。

18、在步骤s3中，纳米粒子的涂覆过程为：将纳米粒子均匀分散在水中，将硅烷处理的玻璃纤维加入分散液中，超声处理一段时间后取出烘干，得到所述改性玻纤。

19、其中，纳米粒子的浓度为0.5-8%（w/v），即每100ml水中分散0.5-8g纳米粒子。

20、进一步的，所述聚丙烯包括50-80份均聚聚丙烯和5-20份共聚聚丙烯。

21、进一步的，所述聚丙烯的分子量范围在20-50万之间；

22、更进一步的，所述均聚聚丙烯的分子量在30-50万之间，所述共聚聚丙烯的分子量在20-30万之间。

23、较高的分子量可以提高材料的机械性能和热稳定性，较低的分子量有助于提高材料的韧性和加工性，高分子量的均聚聚丙烯和低分子量的共聚聚丙烯结合，具有互补性能，可以得到即具有良好加工性又具有优异机械性能的复合材料。

24、进一步的，所述聚丙烯的熔融指数范围0.3-10g/10min。

25、进一步的，所述接枝料包括马来酸酐、硅烷、乙烯、丙烯酸、丙烯酸酯、弹性体、阻燃剂中的至少一种。

26、其中，马来酸酐接枝聚丙烯能够改善聚丙烯与玻璃纤维的相容性，提升复合材料的机械性能和界面粘合性。硅烷接枝可以提高聚丙烯的粘接性，并在玻璃纤维表面形成一个有机硅网络，与聚丙烯中的分子链产生更好的化学或物理结合。接枝丙烯酸和丙烯酸酯能够引入羧基和羟基，可以提高其与玻璃纤维的相容性。特定的阻燃官能团可以接枝到聚丙烯链上，使其具备防火特性，更加满足新能源汽车热管理系统的需求。

27、进一步的，所述弹性体包括epdm、eva、sbs、sebs、tpu、tpo、poe中的至少一种。

28、进一步的，阻燃剂包括磷系化合物、卤素化合物、氮系化合物、纳米复合阻燃剂中的至少一种；磷系化合物包括磷酸二酯或磷酸三酯的衍生物；卤素化合物包括溴化丙烯或氯化丙烯；氮系化合物包括氨基甲酸酯；纳米复合阻燃剂包括改性层状硅酸盐、改性石墨烯或改性纳米氧化物。

29、进一步的，所述稳定剂包括受阻酚类化合物或含受阻酚类化合物的混合物，受阻酚类化合物可实现良好的光照稳定性。在受阻酚类化合物或混合物的作用下，聚丙烯的光照稳定性可显著提升，延长此类聚丙烯材料的户外使用期限。

30、更进一步的，所述稳定剂包括tinuvin 770或tinuvin 622。

31、进一步的，所述其它助剂包括抗氧剂、抗光剂、色粉中的至少一种。其中，抗光剂可以提高材料的抗老化性能，防止聚丙烯在紫外线照射或氧化环境下的降解。

32、更进一步的，所述抗光剂包括紫外线吸收剂（uvas）或镍络合物。其中，所述紫外线吸收剂包括苯酮类化合物或苯并三唑类化合物。

33、本发明的第二方面，提供一种新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

34、（1）按重量份配比称取各原料，备用；

35、（2）将聚丙烯和接枝料在高速混合机混合一段时间，然后加入稳定剂和其他助剂混合均匀，得到预混料；

36、（3）将预混料加入主喂料中，将改性玻纤加入到侧喂料中，预加热一段时间，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述的新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料。

37、在步骤（2）中，将聚丙烯和接枝料在高速混合机混合10-15min。

38、在步骤（2）中，加入稳定剂和其他助剂后继续高速混合5-10min。

39、在步骤（3）中，预加热3-5min，螺杆各区的温度为180℃-240℃，螺杆转速为200-600转/分。

40、如上所述，本发明的新能源汽车热管理系统用玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法，具有以下有益效果：

41、1、本发明通过纳米粒子对玻纤进行改性，其一，在玻纤的表面形成了中间层来增强玻纤与聚丙烯具体的相容性，纳米粒子可以提供额外的官能团，与聚丙烯中的分子链发生化学或物理反应，形成稳定的共价键或氢键，从而提高材料间的相互作用力；其二，纳米粒子可以弥补在加工过程中可能形成的微观空洞和其他缺陷，有助于在玻纤和聚丙烯之间形成更加均匀的界面；其三，纳米粒子能够增加玻璃纤维的表面粗糙度，在玻纤表面形成微小的凸起和凹坑，聚丙烯熔体在流动和固化过程中能更好地锚定在这些微结构上，从而增加了机械咬合力，改善了两种材料间的粘接强度；其四，纳米粒子能够更好、更快地将应力从聚丙烯矩阵转移到玻璃纤维，提高应力传递效率，从而提高复合材料的整体强度和韧性。

42、2、本发明的配方组成简单，在保证了综合性能优势前提下，实现了该复合材料具有优异的耐高温性能、耐化学品性能和良好的力学性能，能够满足新能源汽车在复杂工况下对热管理系统的性能要求；同时，该复合材料制备方法简单、成本较低、适合大规模生产。