一种碳纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法，尤其是一种碳纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法，属于高分子材料【技术领域】。本发明的原料由以下重量份的组分组成：聚丙烯40-70份，无机粉体0-40份，碳纤维5-40份，相容剂1-8份，发泡母粒1-5份，抗氧剂0.5-2份。其有益效果是：采用具有质轻、高强、高模、高耐热特征的碳纤维增强技术与微孔发泡技术相结合，在保证材料轻量化的同时，显著提高了材料的抗弯、抗拉强度、模量和耐热性能，获得了一种具有轻量化特征的高性能聚丙烯微发泡材料。产品可应用到汽车结构制件，如前端支架、座椅、冷却风扇、换挡器底座、翼子板、车轮罩护板等，实现汽车结构制件用材料轻量化；也可用于其它领域，比如建筑、电子、造船等。
【专利说明】一种碳纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚丙烯微发泡复合材料及其制备方法，尤其是一种碳纤维增强聚 丙烯微发泡复合材料及其制备方法，属于高分子材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 能源日渐枯竭，环境污染越来越严重，加速了汽车工业的变革。汽车质量每减轻 10 %，油耗下降6 %?8 %，排放量下降4 %。同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率，使汽 车的动力性能提高。因此，轻量化成为汽车工业发展的必然趋势。其中，汽车材料轻量化是 实现整车轻量化的有效途径。微发泡技术是一种能够制备具有独有的致密表层和发泡芯层 结构材料的技术。将其引入汽车材料的制备技术中，在保证材料基本性能的前提下，显著减 轻制件重量，有利于实现汽车轻量化。其中，具有轻量化特征的聚丙烯微发泡材料替代实心 材料，在性能满足的情况下，零部件减重10%以上。已在部分汽车部件，如仪表板、座椅、后 备箱盖板等部件得到应用，市场前景广阔。
[0003] 然而，对于汽车结构部件，比如，车门内板模块、前端支架、冷却风扇、换挡器底座、 发动机周边部件等，目前的聚丙烯微发泡材料在强度和刚性上还无法满足使用要求。因此， 为了在满足汽车部件轻量化的前提下达到上述零部件性能要求，拓展其在汽车部件中的应 用范围，大幅改进聚丙烯微发泡材料的强度和刚性成为关键。专利CN102675734A公开了一 种玻纤增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，将超临界流体注入注塑机螺杆均化段熔融的玻 纤增强聚丙烯材料中，然后通过注塑成型，得到玻纤增强聚丙烯微发泡材料；尽管聚丙烯微 发泡材料强度和刚性获得提升，然而，仍然无法满足在汽车结构制件应用的性能要求，难以 实现聚丙烯微发泡材料在这些结构件上的应用推广。
【发明内容】
[0004] 本发明基于碳纤维轻质、高强、高模、高耐热特性，采用碳纤维增强与微孔发泡相 结合技术，确保聚丙烯微发泡材料轻量化优势前提下，大幅提高其抗拉、抗弯强度、模量和 耐热性能，使其可应用于汽车结构部件。本专利获得了具有轻量化特征的高性能聚丙烯微 发泡材料，并提供该材料的制备方法。工艺简单，生产效率高、易于实现工业化。
[0005] 本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种碳纤维增强聚丙烯微发泡复合材 料，按重量份数，称取聚丙烯40-70份、无机粉体0-40份、抗氧剂0. 2-2份、相容剂1-8份。
[0006] 将以上组分按照比例加入到高速混合机中，混合4-6min，获得均匀的混合物；其 中，聚丙烯基料烙融指数为5-60g/10min，优选10-40g/10min的聚丙烯；无机矿物粉体为 碳酸钙和滑石粉中的一种，优选滑石粉；主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂中的一种 或几种，优选1010,辅抗氧剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种，优选 168 ;相容剂为马莱酸酐接枝聚乙烯型、马莱酸酐接枝聚丙烯型中的一种，优选马莱酸酐接 枝聚丙烯型，
[0007] 将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，将碳纤维5-40份，由挤出机中部喂 料口加入到双螺杆挤出机机筒中，进行挤出造粒，得到碳纤增强聚丙烯复合材料；其中，碳 纤维为连续碳纤维，碳含量彡95 %，抗拉强度彡4000MPa，单丝直径为5?Sum的纤维，优 选抗拉强度4900MPa，直径为7ym的碳纤维；双螺杆挤出机料筒温度为170-270°C，螺杆转 速 50r/min;
[0008] 将所得到的碳纤增强聚丙烯复合材料95-99份与发泡剂1-5份放入混合机中混合 均匀；发泡剂母粒中发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基脲、偶氮二 碳酸胺中的一种或几种的组合物，优选偶氮二甲酰胺。
[0009] 将碳纤增强聚丙烯复合材料和发泡剂混合物加入到注塑机中，注塑成型得到碳纤 维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280°C，注射压力为60-80MPa， 注射速度为50-80mm/s，冷却时间为10-30s。
[0010] 本发明的有益效果是：相比未加纤、以及常规玻纤增强聚丙烯微发泡材料，碳纤维 增强与微孔发泡技术相结合进一步减轻材料重量的同时，大幅提高拉伸强度、模量、抗冲击 性能和耐热性能，满足汽车工业对聚丙烯微发泡材料高性能化要求。产品可应用到汽车的 内、外塑料结构件，代替现有实心改性聚丙烯注塑制件，并可代替部分工程塑料制件，实现 汽车材料轻量化；也可用于其它领域，比如建筑、电子、造船工业等。
【具体实施方式】
[0011] 实施例一
[0012] 将熔融指数为l〇g/l〇min的聚丙烯40份、滑石粉26份、相容剂8份、抗氧剂1680. 6 份、抗氧剂10100. 4份的混合物放入高速混合机，混合6分钟，然后，将上述组分混合物经由 料斗加入双螺杆挤出机，将碳纤维20份经由挤出机中部喂料口加入，同时挤出并造粒，获 得碳纤维增强聚丙烯复合材料。双螺杆挤出机料筒温度设置为170_270°C，螺杆转速50r/ min;最后将5份发泡母粒与95份上述挤出粒料混合均匀，加入注塑机中，注塑成型得到碳 纤维增强聚丙烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为180-280°C，注射压力为60MPa， 注射速度为70mm/s，冷却时间为10s。所得微发泡材料与未加纤维和玻纤增强材料的性能 对比如下表所示：
[0013] 表1碳纤维增强微发泡材料与未加纤、常规玻纤增强的材料性能对比
[0014]
【权利要求】
1. 一种碳纤维增强聚丙烯微发泡材料，原料由以下重量份的组分组成： 聚丙烯40-70份 碳纤维5-30份 无机粉体〇_40份 发泡剂母粒1-5份 相容剂1-8份 抗氧剂0. 5-2份。
2. 根据权利要求1所述碳纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔 融指数为5-60g/10min。
3. 根据权利要求1所述碳纤维，其特征在于：所述碳纤维为连续纤维，碳含量> 95%， 抗拉强度彡4000MPa，碳纤维直径5?8 ii m。
4. 根据权利要求1所述碳纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述无机粉体为 滑石粉或碳酸钙。
5. 根据权利要求1所述碳纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述发泡剂母粒 主要成份为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基脲、偶氮二碳酸胺中的至少 一种。
6. 根据权利要求1所述碳纤维增强聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述抗氧剂分为 主抗氧剂和辅抗氧剂，按照2 :3的比例添加，所述主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂 中的至少一种，辅抗氧剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
7. 根据权利要求1-6所述任一碳纤维增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，包括以下步 骤： 步骤一、将聚丙烯、无机粉体、抗氧剂按所述重量比例放入高速混合机中混合4-6min， 获得以上组分均匀混合物； 步骤二、将上述组分混合物由料斗加入双螺杆挤出机，碳纤维由侧喂料口加入到双螺 杆挤出机中，进行挤出造粒，得到碳纤增强聚丙烯复合材料； 步骤三、将所述碳纤增强聚丙烯复合材料和发泡剂按比例放入混合机中混合，获得二 者混合物； 步骤四、将所述混合物加入到注塑机中，注塑成型得到高性能碳纤维增强聚丙烯微发 泡材料，注塑机料筒温度180-280°C，注射压力为60-80MPa，注射速度为50-80mm/s，冷却时 间为 10-30s。
8. 根据权利要求7所述碳纤维增强聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于：所述 步骤一中，双螺杆挤出机料筒温度为170-270°C，螺杆转速50r/min。
【文档编号】C08K3/34GK104448563SQ201410737494
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】王滨, 吴汾, 蒋顶军, 周勇, 张圣国, 汪信 申请人:南京聚隆科技股份有限公司