本发明涉及新材料技术领域，具体是一种汽车用高性能聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
复合材料是由两种以上不同性能的材料，通过物理或化学的方法组成具有新性能的材料。各种材料在性能上相互取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料在很多领域都发挥着很大的作用，代替了很多传统的材料。在汽车领域也应用广泛，例如汽车内饰材料。人们希望内饰材料不仅仅是单一的棉麻布，而希望是具有耐用、阻燃、抗菌、抗静电等优点的新型材料，且外观美丽。
聚丙烯(PC)是一种综合性能优越的工程塑料，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料，具有优异的冲击韧性、电气绝缘性、耐蠕变性、透明性和无毒性等优点，目前广泛应用于汽车、运动器材、办公设备等的外壳和电子电器零部件等方面。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有好的力学性能、抗菌性能、阻燃性能和抗静电性能的汽车用高性能聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种汽车用高性能聚丙烯复合材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯77.8～84.7％、壳聚糖/粘胶纤维7～11％、石墨6～8％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.5～0.8％、阻燃剂0.2～0.3％、抗静电剂1.6～2.1％；所述的阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比5～9：1的比例混合而成；所述的抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比1.5～2.2：1的比例混合而成；所述的壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：24～28，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的7～8倍的含58～62wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至68～75℃，并保温30～35min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
作为本发明进一步的方案：按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯81.02～83.46％、壳聚糖/粘胶纤维8～9％、石墨6～7％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.5～0.7％、阻燃剂0.24～0.28％、抗静电剂1.8～2.0％；所述的阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比6～8：1的比例混合而成；所述的抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比1.7～2.0：1的比例混合而成；所述的壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：25～27，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的8倍的含60wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至68～72℃，并保温32min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
作为本发明进一步的方案：按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯82.25％、壳聚糖/粘胶纤维8％、石墨7％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.6％、阻燃剂0.25％、抗静电剂1.9％；所述的阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比7：1的比例混合而成；所述的抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比1.8：1的比例混合而成；所述的壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：26，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的8倍的含60wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至70℃，并保温32min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按上述比例称取各组分，共同倒入高速混合机中充分混合，得到预混料；接着将预混料在248～260℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在248～260℃温度下于注塑机中成型，制成所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料。
所述的复合材料在制备汽车内饰用材料方面的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明选用聚丙烯、石墨为主体，以壳聚糖/粘胶纤维为填充剂，以2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚为抗氧剂，采用聚硅硼氧烷与磷酸三苯酯并用的阻燃剂、聚氧乙烯硬脂酸酯与脂肪醇聚醚酰胺并用的抗静电剂，制得一种具有好的力学性能、抗菌性能、阻燃性能和抗静电性能的复合材料，适合用作汽车内饰用材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种汽车用高性能聚丙烯复合材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯77.8％、壳聚糖/粘胶纤维11％、石墨8％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.8％、阻燃剂0.3％、抗静电剂2.1％；阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比5：1的比例混合而成；抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比1.5：1的比例混合而成；壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：24，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的7倍的含62wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至68℃，并保温35min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按上述比例称取各组分，共同倒入高速混合机中充分混合，得到预混料；接着将预混料在248℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在248℃温度下于注塑机中成型，制成所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料。
实施例2
本发明实施例中，一种汽车用高性能聚丙烯复合材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯84.7％、壳聚糖/粘胶纤维7％、石墨6％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.5％、阻燃剂0.2％、抗静电剂1.6％；阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比9：1的比例混合而成；抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比2.2：1的比例混合而成；壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：28，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的8倍的含58wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至75℃，并保温30min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按上述比例称取各组分，共同倒入高速混合机中充分混合，得到预混料；接着将预混料在260℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在260℃温度下于注塑机中成型，制成所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料。
实施例3
本发明实施例中，一种汽车用高性能聚丙烯复合材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯81.02％、壳聚糖/粘胶纤维9％、石墨7％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.7％、阻燃剂0.28％、抗静电剂2.0％；阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比6：1的比例混合而成；抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比1.7：1的比例混合而成；壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：25，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的8倍的含60wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至68℃，并保温32min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按上述比例称取各组分，共同倒入高速混合机中充分混合，得到预混料；接着将预混料在248℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在260℃温度下于注塑机中成型，制成所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料。
实施例4
本发明实施例中，一种汽车用高性能聚丙烯复合材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯83.46％、壳聚糖/粘胶纤维8％、石墨6％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.5％、阻燃剂0.24％、抗静电剂1.8％；阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比8：1的比例混合而成；抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比2.0：1的比例混合而成；壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：27，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的8倍的含60wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至72℃，并保温32min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按上述比例称取各组分，共同倒入高速混合机中充分混合，得到预混料；接着将预混料在260℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在248℃温度下于注塑机中成型，制成所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料。
实施例5
本发明实施例中，一种汽车用高性能聚丙烯复合材料，按照质量百分比计，由以下原料组成：聚丙烯82.25％、壳聚糖/粘胶纤维8％、石墨7％、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚0.6％、阻燃剂0.25％、抗静电剂1.9％；阻燃剂由聚硅硼氧烷、磷酸三苯酯按照质量比7：1的比例混合而成；抗静电剂由聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪醇聚醚酰胺按照质量比1.8：1的比例混合而成；壳聚糖/粘胶纤维的制备，步骤为：按照壳聚糖：粘胶纤维的质量比为1：26，称取壳聚糖和粘胶纤维混合得到混合物，将该混合物置于其质量之和的8倍的含60wt.％柠檬烯的乙醇溶液中，加热至70℃，并保温32min，过滤得滤渣，用去离子水充分洗净，经干燥、研磨制成粉末，即为所述的壳聚糖/粘胶纤维。
所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按上述比例称取各组分，共同倒入高速混合机中充分混合，得到预混料；接着将预混料在255℃温度下于双螺杆挤出机中挤出造粒，然后在255℃温度下于注塑机中成型，制成所述的汽车用高性能聚丙烯复合材料。
对比例1
在实施例5的基础上，将壳聚糖/粘胶纤维替换为粘胶纤维，其余与实施例5完全相同。
对比例2
在实施例5的基础上，将聚硅硼氧烷替换为磷酸三苯酯，其余与实施例5完全相同。
对比例3
在实施例5的基础上，将聚氧乙烯硬脂酸酯替换为脂肪醇聚醚酰胺，其余与实施例5完全相同。
将各实施例、对比例所制备的复合材料经干燥后用注塑机注塑成50mm×50mm的塑料样品，进行抗菌性能测试；同时，将各例所制备的复合材料干燥后经注塑成型成标准测试样条，用于测试其力学性能、阻燃性能、抗静电性能，测试数据见表1～2。抗菌测试标准：QB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》，检测用菌为大肠杆菌ATCC25922，金黄色葡萄球菌ATCC6538。力学性能测试：拉伸强度测试标准为ASTMD638-2003，弯曲强度测试标准为ASTMD790-2003，缺口冲击强度测试标准为ASTMD256-2010；阻燃性能测试标准为UL94；抗静电性能测试标准为GB/T15662。
表1各例制得的复合材料的抗菌、力学、阻燃性能
表2各例制得的复合材料的抗静电性能
由表1和2可以看出：与对比例1～3相比，实施例1～5制得的复合材料不仅在力学性能、阻燃性能方面具有明显的优势，而且其在抗菌性能和抗静电性能方面也具有明显的优势；尤其，实施例5制得的复合材料的拉伸强度为79.1MPa，弯曲强度为81.6MPa，缺口冲击强度为769J/m，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别高达99.5％、99.8％，阻燃性能为V0，常温下的表面电阻值低至1×105Ω，在-20～50℃范围内的表面电阻值均不高于1×106Ω，由于其具有好的力学性能、抗菌性能、阻燃性能和抗静电效果，特别适合用作汽车内饰用材料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。