1.本发明涉及汽车复合材料领域，更具体地说，它涉及一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.近年来，随着科技的发展，汽车塑料制品越来越倾向于大型薄壁化、轻量化、舒适化方向发展，汽车的一些大型零部件，采用注塑成型可以减轻车体重量，这不仅降低了油耗，而且减少了二氧化碳的排放量，对保护环境具有重要意义。
3.聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料。具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的耐磨加工性能等，这使得聚丙烯自问世以来，便迅速在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用 。
4.由于现在的汽车立柱设计越来越薄壁化，对材料的流动性要求增加；且零件需要高韧性，以满足气囊爆破的要求；同时还需高模量，以提高抗撞击能力。如果提高材料的流动性，那么材料的韧性、强度等会下降，高流动、高韧性、高模量很难平衡，因此，如何研发一种高性能薄壁汽车立柱用改性聚丙烯材料，可以很好的满足薄壁汽车立柱使用要求，具有重要的现实意义。
技术实现要素：
5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料及其制备方法，具有材料较高的流动性、韧性和模量，制备方法步骤较少的优点。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括：聚丙烯基材74-88.5份，第一增韧剂10-15份，第二增韧剂10-20份，无机填料1-5份，抗氧剂0.3-0.5份，光稳定剂0.2-0.5份；其中第一增韧剂为聚偏氟乙烯纤维经碳化、切断后与尼龙66以1：4的重量份数比混合后经过熔炼、造粒得到的新型增韧剂。
7.采用上述技术方案，第一增韧剂中的碳化聚偏氟乙烯纤维中氟基能与聚丙烯基材中的聚丙烯分子形成氢键，使聚丙烯分子与碳化聚偏氟乙烯纤维之间的结合牢固且稳定，由于碳化聚偏氟乙烯纤维具有优秀的韧性，使得碳化聚偏氟乙烯纤维在复合材料内部形成高韧性骨架链，从而增强复合材料的韧性，且氢键在加热后会断开，因此不会影响复合材料的流动性，而第一增韧剂中的尼龙66能够有效地增强复合材料熔融状态下的流动性，使复合材料的成型效果更优，便于增强复合材料的薄壁化特性；第二增韧剂能够在进一步提升力学性能的前提下减小复合材料的密度，从而增强复合材料的轻量化特性；无机填料能够增强复合材料的刚度，使复合材料的硬度得到提升，能够防止复合材料在使用中刮花、变形。
8.进一步，所述聚丙烯基材为高流动高结晶共聚聚丙烯。
9.采用上述技术方案，采用高流动高结晶共聚聚丙烯作为聚丙烯基材，能够进一步增强复合材料的力学性能，减少复合材料的密度。
10.进一步，聚丙烯基材的熔融指数为50-90g/10min，弯曲模量为1600-1900mpa。
11.进一步，所述第二增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、三元乙丙橡胶中的一种或多种的混合物。
12.进一步，所述无机填料选自滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉中一种或多种的混合物。
13.进一步，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯复合抗氧剂中一种或多种的混合物。
14.进一步，所述光稳定剂选自受阻酚类稳定剂、受阻胺类稳定剂中一种或两种的混合物。
15.一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：s1、制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成1-10mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第一增韧剂料粒；s2、备料：按照所述配方的重量份称取各原料；s3、预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂投入到高速混合机中，混合10min，而后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续混合5min，得到预混料；s4、混炼：将s3中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，螺杆各区的温度为200℃～240℃，螺杆转速为250～600转/分；s5、挤出造粒，得到汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料。
16.采用上述技术方案，本制备方法的步骤较少，工艺难度较低，不存在较大的技术瓶颈，便于开展生产。
17.进一步，所述s4中，在将预混料投入到双螺杆挤出机前，双螺杆挤出机需先预热5min。
18.采用上述技术方案，通过预热能够使材料的混炼效果更好，有助于增强各原料的融合度。
19.综上所述，本发明具有以下有益效果：1.本聚丙烯复合材料具有高模量、高韧性、高成型流动性的特点，能够很好地满足薄壁化汽车立柱的成型制造需求；2.本聚丙烯复合材料选用的材料较为常规，便于采购备料；3.本制备方法步骤较少，工艺难度较低，对操作人员的专业性要求较低。
具体实施方式
20.下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
21.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人
员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
22.实施例1一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料，按重量份数计，其物质组分为：聚丙烯基材77.9份，第一增韧剂10份，第二增韧剂10份，无机填料1份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
23.其中，聚丙烯基材选用结晶度为72%，弯曲模量为1800mpa,熔融指数为65g/10min的高结晶高流动聚丙烯；第二增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物；无机填料选用滑石粉；抗氧剂选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物，光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
24.其具体制备方法如下：第一步，制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成5mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第一增韧剂料粒。
25.第二步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
26.第三步，预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
27.第四步，混炼：启动双螺杆挤出机，预热5min后，将第三步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
28.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
29.实施例2一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料，按重量份数计，其物质组分为：聚丙烯基材87.9份，第一增韧剂10份，第二增韧剂10份，无机填料1份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
30.其中，聚丙烯基材选用结晶度为72%，弯曲模量为1800mpa,熔融指数为65g/10min的高结晶高流动聚丙烯；第二增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物；无机填料选用滑石粉；抗氧剂选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物，光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
31.其具体制备方法如下：第一步，制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成5mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第一增韧剂料粒。
32.第二步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
33.第三步，预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
34.第四步，混炼：启动双螺杆挤出机，预热5min后，将第三步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
35.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
36.实施例3一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料，按重量份数计，其物质组分为：聚丙烯基材77.9份，第一增韧剂15份，第二增韧剂10份，无机填料1份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
37.其中，聚丙烯基材选用结晶度为72%，弯曲模量为1800mpa,熔融指数为65g/10min的高结晶高流动聚丙烯；第二增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物；无机填料选用滑石粉；抗氧剂选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物，光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
38.其具体制备方法如下：第一步，制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成5mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第
一增韧剂料粒。
39.第二步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
40.第三步，预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
41.第四步，混炼：启动双螺杆挤出机，预热5min后，将第三步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
42.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
43.实施例4一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料，按重量份数计，其物质组分为：聚丙烯基材77.9份，第一增韧剂10份，第二增韧剂20份，无机填料1份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
44.其中，聚丙烯基材选用结晶度为72%，弯曲模量为1800mpa,熔融指数为65g/10min的高结晶高流动聚丙烯；第二增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物；无机填料选用滑石粉；抗氧剂选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物，光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
45.其具体制备方法如下：第一步，制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成5mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第一增韧剂料粒。
46.第二步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
47.第三步，预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
48.第四步，混炼：启动双螺杆挤出机，预热5min后，将第三步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
49.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
50.实施例5一种汽车立柱用高强度聚丙烯复合材料，按重量份数计，其物质组分为：高结晶高流动聚丙烯77.9份，第一增韧剂10份，第二增韧剂10份，无机填料5份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
51.其中，聚丙烯基材选用结晶度为72%，弯曲模量为1800mpa,熔融指数为65g/10min的高结晶高流动聚丙烯；第二增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物；无机填料选用滑石粉；抗氧剂选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物，光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
52.其具体制备方法如下：第一步，制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成5mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第一增韧剂料粒。
53.第二步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
54.第三步，预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
55.第四步，混炼：启动双螺杆挤出机，预热5min后，将第三步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
56.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
57.对比例1一种汽车立柱用聚丙烯复合材料，按重量份数计，其物质组分为：聚丙烯基材77.9份，第二增韧剂10份，无机填料1份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
58.其中，聚丙烯基材选用结晶度为72%，弯曲模量为1800mpa,熔融指数为65g/10min的高结晶高流动聚丙烯；第二增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物；无机填料选用滑石粉；抗氧剂
选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物，光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
59.其具体制备方法如下：第一步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
60.第二步，预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
61.第三步，混炼：启动双螺杆挤出机，预热5min后，将第二步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
62.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
63.对比例2一种汽车立柱用聚丙烯复合材料，按重量份数计，其物质组分为：聚丙烯基材77.9份，第一增韧剂10份，无机填料1份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
64.其中，聚丙烯基材选用结晶度为72%，弯曲模量为1800mpa,熔融指数为65g/10min的高结晶高流动聚丙烯；无机填料选用滑石粉；抗氧剂选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物，光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
65.其具体制备方法如下：第一步，制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成5mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第一增韧剂料粒。
66.第二步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
67.第三步，预混：将聚丙烯基材、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
68.第四步，混炼：启动双螺杆挤出机，预热5min后，将第三步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
69.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
70.对比例3聚丙烯基材77.9份，第一增韧剂10份，第二增韧剂10份，无机填料1份，抗氧剂0.3份，光稳定剂0.3份。
71.其中，聚丙烯基材选用结晶度为48%，弯曲模量为1300mpa,熔融指数为60g/10min的普通共聚聚丙烯；第二增韧剂选用乙烯-辛烯共聚物；无机填料选用滑石粉；抗氧剂选用抗氧剂1098和抗氧剂626按重量份数1:1复配的混合物；光稳定剂选用受阻胺类稳定剂。
72.其具体制备方法如下：第一步，制备第一增韧剂：取聚偏氟乙烯纤维放入氧化炉中以210℃进行预氧化，而后输送到碳化炉中在氩气保护下以320℃进行碳化，冷却到室温后切割成5mm长度的短切纤维，而后按照1：4的重量比称取短切碳化聚偏氟乙烯纤维和尼龙66投入到高速混合机中以30r/min的速度进行低速混合，混合均匀后投入双螺杆挤出机中以170℃进行熔炼，熔炼结束后经过挤出造粒得到第一增韧剂料粒。
73.第二步，备料：按照上述配方的重量份用工业电子秤称取各原料，放置一旁备用。
74.第三步，预混：将聚丙烯基材、第二增韧剂、抗氧剂、光稳定剂依次投入到高速混合机中，启动高速混合机混合10min，时间到后将第一增韧剂和无机填料投入高速混合机中，继续启动高速混合机混合5min，取出得到预混料。
75.第四步，混炼：将第三步中得到的预混料投入双螺杆挤出机中进行熔炼，双螺杆挤出机的螺杆各区的温度控制在270℃，螺杆转速控制在350r/min。
76.第五步，挤出造粒，得到复合材料粒子。
77.实验例将实施例1-5及对比例1、2所制得的复合材料进行综合力学性能检测，得到的测试数据参见表1。
78.表1实施例1-5及对比例1、2的复合材料的检测数据汇总表 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例1对比例2对比例3密度g/cm30.8970.8930.9100.8840.9210.9930.8901.019弯曲强度mpa33.933.936.434.127.830.431.732.1弯曲模量mpa15401550182016901580149014601350简支梁缺口冲击强度kj/m249.549.554.651.143.131.629.742.6
由表1数据得到：通过比较实施例1和对比例1可以发现，第一增韧剂能够显著增强复合材料的综合力学性能；
通过比较实施例1和对比例1、2可以发现，第二增韧剂对复合材料的综合力学性能具有提升作用，但作用明显弱于第一增韧剂，但第二增韧剂能够有效地减少复合材料的密度，使复合材料更加轻量化；通过比较实施例1和对比例3可以发现，复合材料中聚丙烯基材采用高结晶高流动聚丙烯取代传统的普通共聚聚丙烯后，材料的力学性能得到了较大的提升，且复合材料的密度减小；通过比较实施例1、2可以发现，提升复合材料中高结晶高流动聚丙烯的占比，能够减小复合材料的密度，但是对于复合材料本身的力学性能几乎没有影响；通过比较实施例1、3可以发现，增加复合材料中第一增韧剂的占比后，复合材料的综合力学性能得到了进一步的提升，进一步证实了第一增韧剂对于力学性能的提升效果，但是复合材料的密度增加；通过比较实施例1、3、4可以发现，增加复合材料中第二增韧剂的占比后，复合材料的密度进一步降低，且复合材料的力学性能也得到了提高，但是材料的力学性能的提升幅度弱于增加第一增韧剂占比后的幅度；通过比较实施例1、5可以发现，增加复合材料中的无机填料的占比后，复合材料的弯曲模量得到了提升，但弯曲强度和简支梁缺口冲击强度明显降低，说明无机填料确实能够提高复合材料的模量，但复合材料明显变脆，韧性降低。
79.综上所述，第一增韧剂对复合材料的综合力学性能具有显著的增强作用，但是会增加复合材料的密度，通过调整复合材料中第一增韧剂和第二增韧剂的比例，能够得到兼具优秀力学性能和较低密度的聚丙烯复合材料。
80.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。