一种高透明、轻量化的复合材料及其制备方法与应用与流程 专利技术说明

有机化合物处理,合成应用技术1.本技术涉及高分子材料加工技术领域，尤其是涉及一种高透明、轻量化的复合材料及其制备方法与应用。背景技术：2.随着科技的不断发展，越来越多的高科技技术被应用在如今的汽车上，对汽车零部件的技术要求在安全、智能、个性、便捷、环保上更为突出。3.随着互联网技术和电子科技的发展，内外饰表面成为具有设计感的装饰表面，集装饰性与功能性于一体，这对车用材料也就有了透光性的新需求；并且，随着节能减排要求的提高以及电动汽车的发展，汽车的轻量化技术越来越引人注目，汽车轻量化的一个趋势是制件的薄壁化，这就要求材料具有较高的冲击韧性，以满足制件在外部压力和撞击的应用需求。因此，现在急需研制一种兼具高透明性和轻量化的材料。技术实现要素：4.为了提高复合材料的透明性和轻量化，本技术提供一种高透明、轻量化的复合材料及其制备方法与应用。5.第一方面，本技术提供一种高透明、轻量化的复合材料，采用如下技术方案：一种高透明、轻量化的复合材料，其包括以下重量份的原料：聚丙烯树脂60-80份、增韧剂10-20份、填料8-15份、助剂0.5-1.2份、复合成核剂0.8-1.5份；其中，复合成核剂为庚二酸和滑石粉复配而成。6.通过采用上述技术方案，本技术的高透明、轻量化的复合材料，通过各原料之间的协同作用，不仅提高了透光性和雾度，还提高了复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度等力学性能，实现了轻量化，其中，2.0*100*100mm试样的透光率为83.4-89.6％，1.0*100*100mm试样的透光率为83.9-92.4％，2.0*100*100mm试样的雾度为85.9-95.7％，1.0*100*100mm试样的雾度为83.8-93.5％，拉伸强度为22.8-24.5mpa，断裂伸长率为353-378％，弯曲强度为26.0-27.5mpa，弯曲模量为1332-1423n/m2，悬臂梁缺口冲击强度为48.5-51.5kj/m2。7.聚丙烯树脂为基础成分，增韧剂的加入可以提高复合材料的冲击韧性；填料的加入也可以提高冲击韧性，提高复合材料的轻量化。聚丙烯树脂的透明性不高，复合成核剂能够使聚丙烯在结晶过程中起到异相结晶作用，降低形成晶核的能量，因此形成大量的细晶核，阻止聚丙烯晶粒尺寸的长大，提高聚丙烯树脂的透明性，从而提高复合材料的透明性。8.复合成核剂为庚二酸和滑石粉复配而成，庚二酸能够负载在滑石粉上，能够与滑石粉中的碳酸钙反应生成β成核剂的有效成分庚二酸钙，通过庚二酸和滑石粉之间的协同作用，能够使形成晶核所需的结晶能降低，形成大量的晶核，晶核的相互生长使彼此晶粒长大受到限制，降低了晶粒的尺寸，使光可穿过晶粒，从而提高复合材料的高透明性。9.作为优选：所述复合成核剂采用以下方法制备：将庚二酸和滑石粉放入乙醇溶液中，在温水浴中进行超声分散，得到混合物，将混合物烘干，粉碎，得到复合成核剂。10.进一步的，所述复合成核剂采用以下方法制备：将庚二酸和滑石粉放入乙醇溶液中，在50-70℃的温水浴中进行超声分散20-40min，得到混合物，将混合物烘干，粉碎，过80-120目筛，得到复合成核剂；其中，每1g滑石粉中乙醇溶液的添加量为3-5ml，乙醇溶液的质量分数为70％。11.通过采用上述技术方案，利用上述制备方法对复合成核剂进行制备，便于庚二酸更好的负载在滑石粉上，与滑石粉更好的发生反应，便于复合成核剂更好的发挥作用，从而进一步提高复合材料的高透明性。12.作为优选：所述滑石粉和庚二酸的重量配比为1：(0.03-0.05)。13.庚二酸的添加量过少，未达到饱和值，不能使滑石粉的表面完全发生反应，不能较好的生成庚二酸钙，不能较优的提高复合材料的透明性；庚二酸的添加量过多，当滑石粉表面反应达到饱和后，并不能继续参与反应，不仅会造成庚二酸的浪费，还会导致α晶型的成核剂的形成，抑制β晶型成核剂的形成，从而不能较优的提高复合材料的透明性。通过采用上述技术方案，当滑石粉和庚二酸的重量配比在上述范围内时，能够较优的形成β晶型成核剂，更好的提高复合材料的透明性。14.作为优选：所述滑石粉在使用前采用以下方法对其进行预处理：将滑石粉放入盐酸溶液中，混合均匀，静置，过滤，取出固体物，洗涤，烘干，得到预处理的滑石粉。15.进一步的，所述滑石粉在使用前采用以下方法对其进行预处理：将滑石粉放入盐酸溶液中，混合均匀，静置30-40min，过滤取出固体物，用氢氧化钠溶液洗涤3-5次，烘干，得到预处理的滑石粉；其中，每1g滑石粉中盐酸溶液的添加量为4-6ml，盐酸溶液的质量分数为20％，氢氧化钠溶液的质量分数为20％。16.通过采用上述技术方案，将滑石粉在使用之前进行预处理，进行酸洗，能够去除滑石粉上的杂质，提高滑石粉的负载性，使其更好的负载庚二酸，从而更好的提高复合材料的透明性。17.作为优选：所述填料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅的混合物，且纳米碳酸钙和纳米二氧化硅的重量配比为1:1。18.通过采用上述技术方案，纳米碳酸钙和纳米二氧化硅为无机填料，均具有硬度大、刚性大的优点，加入到复合材料的原料中，能够提高复合材料的冲击韧性，提高轻量化。19.作为优选：所述填料在使用之前采用以下方法对其进行预处理：将填料放入水中，加入硅烷偶联剂，超声分散，过滤，取出固体物，烘干，得到预处理的填料。20.进一步的，所述填料在使用之前采用以下方法对其进行预处理：将填料放入水中，加入硅烷偶联剂，超声分散20-40min，过滤，取出固体物，烘干，得到预处理的填料；其中，每1g填料中水的添加量为4-6ml，填料和硅烷偶联剂的重量配比为1：(0.3-0.5)。21.通过采用上述技术方案，填料为纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，纳米碳酸钙和纳米二氧化硅的比表面能大，容易产生自身团聚，利用硅烷偶联剂对填料进行预处理，能够降低填料的比表面能，提高填料的分散性，从而便于填料发挥作用，便于提高复合材料的冲击强度等力学性能。22.作为优选：所述增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、苯乙烯类弹性体中的一种或多种。23.通过采用上述技术方案，对增韧剂进行限定，便于提高复合材料的韧性。24.第二方面，本技术提供一种高透明、轻量化的复合材料的制备方法，采用如下技术方案：一种高透明、轻量化的复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、填料、复合成核剂混合均匀，加入增韧剂、助剂混合均匀，加热熔融，挤出，造粒，冷却，得到高透明、轻量化的复合材料。25.进一步的，一种高透明、轻量化的复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、填料、复合成核剂混合均匀，加入增韧剂、助剂混合均匀，在180-200℃的温度下熔融，挤出，造粒，冷却，得到高透明、轻量化的复合材料。26.通过采用上述技术方案，首先将聚丙烯树脂、填料、复合成核剂进行混合，再加入增韧剂和助剂，便于各原料混合的更加均匀，便于各原料更好的发挥作用，从而提高复合材料的高透明性和轻量化。27.第三方面，本技术提供一种高透明、轻量化的复合材料的应用，采用如下技术方案：一种高透明、轻量化的复合材料在汽车内外饰部件中的应用。28.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1、由于本技术中采用庚二酸和滑石粉复配作为复合成核剂，庚二酸能够负载在滑石粉上，能够与滑石粉中的碳酸钙反应生成β成核剂的有效成分庚二酸钙，通过庚二酸和滑石粉之间的协同作用，能够使形成晶核所需的结晶能降低，形成大量的晶核，晶核的相互生长使彼此晶粒长大受到限制，降低了晶粒的尺寸，使光可穿过晶粒，从而提高复合材料的高透明性，可使2.0*100*100mm试样的透光率达到89.6％，1.0*100*100mm试样的透光率达到92.4％，2.0*100*100mm试样的雾度达到95.7％，1.0*100*100mm试样的雾度达到93.5％，拉伸强度达到24.5mpa，断裂伸长率达到378％，弯曲强度达到27.5mpa，弯曲模量达到1423n/m2，悬臂梁缺口冲击强度达到51.5kj/m2。29.2、本技术中优选对填料在使用之前进行预处理，能够减少填料表面的比表面能，减少填料的自身团聚，提高填料在复合材料中的分散性，从而便于填料发挥作用，便于提高复合材料的冲击强度等力学性能。具体实施方式30.以下结合具体内容对本技术作进一步详细说明。31.原料聚丙烯树脂分子量为100000；增韧剂为三元乙丙橡胶；助剂为润滑剂，且润滑剂为硬脂酸钙；硅烷偶联剂为kh-845-4。32.制备例制备例1一种复合成核剂，其采用以下方法制备：将0.06kg庚二酸和2kg滑石粉放入8l质量分数为70％的乙醇溶液中，在60℃的温水浴中进行超声分散30min，得到混合物，将混合物烘干，粉碎，过100目筛，得到复合成核剂。33.制备例2一种复合成核剂，其和制备例1的区别之处在于，庚二酸的添加量不同，制备例2中的庚二酸的添加量为0.08kg。34.制备例3一种复合成核剂，其和制备例1的区别之处在于，庚二酸的添加量不同，制备例3中的庚二酸的添加量为0.1kg。实施例35.实施例1一种高透明、轻量化的复合材料，其原料配比见表1所示。36.一种高透明、轻量化的复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、填料、采用制备例1制备得到的复合成核剂混合均匀，加入增韧剂、助剂混合均匀，在190℃的温度下熔融，挤出，造粒，冷却，得到高透明、轻量化的复合材料。37.实施例2-3一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例1的区别之处在于，复合材料的原料配比不同，其原料配比见表1所示。38.表1不同实施例中复合材料的原料实施例4-5一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例3的区别之处在于，复合材料的原料配比不同，其原料配比见表2所示。39.表2不同实施例中复合材料的原料实施例6一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例4的区别之处在于，复合材料中的复合成核剂采用制备例2制备得到。40.实施例7一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例4的区别之处在于，复合材料中的复合成核剂采用制备例3制备得到。41.实施例8一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例6的区别之处在于，复合成核剂中的滑石粉在使用前采用以下方法对其进行预处理：将滑石粉放入质量分数为20％的盐酸溶液中，混合均匀，静置35min，过滤，取出固体物，用质量分数为20％的氢氧化钠溶液洗涤5次，烘干，得到预处理的滑石粉；其中，每1g滑石粉中盐酸溶液的添加量为5ml。42.实施例9一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例8的区别之处在于，复合材料中的填料在使用之前采用以下方法对其进行预处理：将填料放入水中，加入硅烷偶联剂，超声分散30min，过滤，取出固体物，烘干，得到预处理的填料；其中，每1g填料中水的添加量为5ml，填料和硅烷偶联剂的重量配比为1:0.4。43.对比例对比例1一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例1的区别之处在于，复合材料的原料中未添加复合成核剂。44.对比例2一种高透明、轻量化的复合材料，其和实施例1的区别之处在于，复合材料的原料中复合成核剂等量替换为滑石粉。45.应用例应用例1一种汽车内饰，其采用实施例1制备得到的高透明、轻量化的复合材料，且复合材料的添加量为8wt％。46.应用例2-9一种汽车内饰，其和应用例1的区别之处在于，复合材料分别采用实施例2-9制备得到。47.应用对比例1-2一种汽车内饰，其和应用例1的区别之处在于，复合材料分别采用对比例1-2制备得到。48.性能检测试验对应用例1-9和应用对比例1-2中的汽车内饰进行下述性能检测：透光率、雾度：依据gb/t2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》对汽车内饰的透光率和雾度进行测定，检测结果如表3所示，其中，试样尺寸为2.0mm*100mm*100mm和1.0mm*100mm*100mm的方板。49.拉伸强度、断裂伸长率：依据gb/t1040.1-2018《塑料拉伸性能的测定第1部分：总则》对汽车内饰的拉伸强度、断裂伸长率进行测定，检测结果如表4所示。50.弯曲强度、弯曲模量：依据gb/t9341-2008《塑料弯曲性能的测定》对汽车内饰的弯曲强度、弯曲模量进行测定，检测结果如表4所示。51.悬臂梁缺口冲击强度：依据gb/t1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》对汽车内饰的悬臂梁缺口冲击强度进行测定，检测结果如表4所示。52.表3检测结果表4检测结果结合表3和表4可以看出，本技术的高透明、轻量化的复合材料，通过各原料之间的协同作用，不仅提高了透光性和雾度，还提高了复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度等力学性能，实现了轻量化，其中，2.0*100*100mm试样的透光率为83.4-89.6％，1.0*100*100mm试样的透光率为83.9-92.4％，2.0*100*100mm试样的雾度为85.9-95.7％，1.0*100*100mm试样的雾度为83.8-93.5％，拉伸强度为22.8-24.5mpa，断裂伸长率为353-378％，弯曲强度为26.0-27.5mpa，弯曲模量为1332-1423n/m2，悬臂梁缺口冲击强度为48.5-51.5kj/m2。53.结合应用例1和应用对比例1-2可以看出，应用例1中的2.0*100*100mm试样的透光率为83.4％，1.0*100*100mm试样的透光率为83.9％，2.0*100*100mm试样的雾度为85.9％，1.0*100*100mm试样的雾度为83.8％，拉伸强度为22.8mpa，断裂伸长率为353％，弯曲强度为26.0mpa，弯曲模量为1332n/m2，悬臂梁缺口冲击强度为48.5kj/m2，复合材料的原料中加入复合成核剂更为合适，不仅提高了透光性和雾度，还提高了复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度等力学性能，实现了复合材料的轻量化。54.结合应用例1-3可以看出，应用例3中的2.0*100*100mm试样的透光率为87.1％，1.0*100*100mm试样的透光率为88.3％，2.0*100*100mm试样的雾度为90.8％，1.0*100*100mm试样的雾度为88.5％，拉伸强度为22.9mpa，断裂伸长率为355％，弯曲强度为26.1mpa，弯曲模量为1355n/m2，悬臂梁缺口冲击强度为48.6kj/m2，表明应用例3中复合材料的添加量更为合适，不仅能够使复合材料保持优良的力学性能，实现轻量化，还能够提高复合材料的透光性。55.结合应用例4、应用例6-7可以看出，应用例6中的2.0*100*100mm试样的透光率为88.1％，1.0*100*100mm试样的透光率为91.6％，2.0*100*100mm试样的雾度为93.2％，1.0*100*100mm试样的雾度为91.6％，拉伸强度为23.5mpa，断裂伸长率为363％，弯曲强度为26.5mpa，弯曲模量为1395n/m2，悬臂梁缺口冲击强度为50.3kj/m2，表明复合成核剂采用制备例2制备得到更为合适，不仅能够使复合材料保持优良的力学性能，实现轻量化，还能够提高复合材料的透光性。56.结合应用例6和应用例8可以看出，应用例8中的2.0*100*100mm试样的透光率为89.6％，1.0*100*100mm试样的透光率为92.4％，2.0*100*100mm试样的雾度为95.7％，1.0*100*100mm试样的雾度为93.5％，拉伸强度为23.7mpa，断裂伸长率为365％，弯曲强度为26.8mpa，弯曲模量为1410n/m2，悬臂梁缺口冲击强度为50.4kj/m2，表明复合成核剂中的滑石粉在使用前进行预处理更为合适，不仅能够使复合材料保持优良的力学性能，实现轻量化，还能够提高复合材料的透光性。57.结合应用例8和应用例9可以看出，应用例9中的2.0*100*100mm试样的透光率为89.6％，1.0*100*100mm试样的透光率为92.4％，2.0*100*100mm试样的雾度为95.7％，1.0*100*100mm试样的雾度为93.5％，拉伸强度为24.5mpa，断裂伸长率为378％，弯曲强度为27.5mpa，弯曲模量为1423n/m2，悬臂梁缺口冲击强度为51.5kj/m2，表明对填料进行预处理更为合适，不仅能够使复合材料保持优良的力学性能，实现轻量化，还能够提高复合材料的透光性。58.上述具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。









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