一种用于汽车保险杠的耐强冲击的形状记忆聚丙烯材料及其
制备方法技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及一种用于汽车保险杠的耐强冲击
的形状记忆聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车行业的快速发展，汽车轻量化成为汽车行业发展的一个趋势，因此越来
越多的汽车零部件采用塑料来替代金属，减轻汽车重量。另外汽车保险杠在使用过程中难
免经受外力冲击，有时会产生不可回复的变形，此时保险杠的可回复特性尤为重要。
形状记忆高分子材料近些年来的发展突飞猛进，其中热致形状记忆高分子材料是
其中的重点。高分子材料要达到形状记忆功能，必须具有固定相和可逆相两种相态，当形状
记忆高分子产生形变时，升高温度，可逆相的分子链段开始解冻，产生的形变在内应力的作
用下回复到起始状态，而固定相此时起着物理交联点固定形状的作用。
董保健、李树材等人的《PP/PET/POE-g-MAH形状记忆合金的制备与性能研究》一文
中，以POE-g-MAH作为PP/PET共混体系反应性增容剂，采用熔融共混法制备出一种具有物理
交联结构的PP/PET热致形状记忆共混合金。增容剂POE-g-MAH的加入增大了PP和PET两者之
间的界面粘结力，有助于提高共混合金的形状记忆性能和力学性能，并保持了共混合金良
好的耐热性能。
气凝胶（aerogel）是一种轻质、多孔、非晶态的固体材料，颗粒尺寸介于1-100 nm
之间，是典型的纳米材料，其孔隙率可达80%-99.8%，具有非常优异的性能，其密度最低达
1kg/m3。聚合物交联的二氧化硅气凝胶具有优良的韧性和一定的强度，气凝胶内部的微粒
结构包含初次粒子和二次粒子，聚合物交联的效果相当于在凝胶表面形成了一层“涂层”，
“涂层”的存在使得二次粒子之间有一定的缓冲作用，当施加一定的外力时，二次粒子之间
会发生滑移，而初次粒子保持不变，当外力撤除时，样品能回复到原来的形状。
因此，本发明研究利用二氧化硅气凝胶开发一种用于汽车保险杠的质轻、高弹性、
具有形状记忆的聚丙烯复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汽车保险杠的耐强冲击的形状记忆聚丙烯材料，具
有优异的形状记忆性能，外力作用下产生的形变可通过加热来回复，满足汽车保险杠材料
对形状记忆的要求。
一种用于汽车保险杠的耐强冲击的形状记忆聚丙烯材料，由以下重量份的原料组
成：聚丙烯45-65份，正硅酸甲酯12-16份，3-氨丙基三乙氧基硅烷6-10份，马来酸酐接枝乙
烯-辛烯共聚物3-7份，成核剂1-2份，抗氧剂168 0.5-2份，乙腈55-70份，去离子水12-20份，
滑石粉4-8份，偶氮二异丁腈4-10份，苯乙烯20-30份，氯苯溶液适量，甲醇适量，碳素纤维5-
8份，玻璃纤维3-7份，KH550偶联剂0.5-1份。
具体步骤如下：
（1）二氧化硅凝胶的制备：
将正硅酸甲酯、乙腈和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合成A溶液，去离子水和乙腈混合成B
溶液，将A溶液冷却至0℃以下，倒入B溶液中迅速搅拌混合均匀，置室温中形成凝胶，老化放
置3-4天，用甲醇洗涤得到二氧化硅湿凝胶，备用；
（2）制备聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶：
将二氧化硅湿凝胶置于溶于偶氮二异丁腈和苯乙烯的氯苯溶液，浸渍2-4天，转移至氯
苯溶液中，在70-75℃下反应22-25小时，用氯苯溶液洗涤两次，接着用甲醇进行溶剂置换，
超临界干燥即可得到聚苯乙烯交联的块状气凝胶，球磨粉碎至尺寸在20-80目筛间，过筛得
到聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶粉体；
（3）预处理：
将碳素纤维和玻璃纤维溶入甲醇中，加入KH550偶联剂，磁力搅拌30-40分钟，于90-100
℃下真空干燥10-12小时备用；
（4）混合：
①、将聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、抗氧剂168、成核剂加入到搅拌
机中搅拌均匀，之后加入步骤（2）得到的聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶粉体继续搅拌30-50
分钟；
②、接着加入步骤（3）预处理后的碳素纤维和玻璃纤维继续搅拌混合10-20分钟，得混
合料；
（5）将上述混合料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，共混熔融挤出造粒，得到一种用
于汽车保险杠的耐强冲击的形状记忆聚丙烯材料。
其中，所述双螺杆挤出机的加工条件为，一区温度为240-250℃，二区温度为250-
260℃，三区温度为260-270℃，四区温度为260-280℃，五区温度为270-290℃，六区温度为
280-295℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明使用3-氨丙基三乙氧基硅烷与正硅酸甲酯共聚，制备表面含有氨基的湿凝
胶，然后与聚苯乙烯交联，提高了二氧化硅气凝胶的弹性、热稳定性，与聚丙烯材料的相容
性，且气凝胶密度前后变化不大，添加到保险杠用聚丙烯复合材料中可以减轻汽车重量，产
品具有优异的耐热性、回弹性。
（2）聚丙烯的熔融温度在165℃左右，本发明使用聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶与
聚丙烯挤出共混，赋予了聚丙烯形状记忆的特性，并且聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶本身
具有优异的韧性，本发明产品作为汽车保险杠材料，一旦由于外部应力产生了形变，将其加
热至聚丙烯的熔点以上，样品能回复到原来的形状。
（3）本发明采用使用KH550偶联剂预处理过的碳素纤维和玻璃纤维作为聚丙烯材
料的增强填料，增大了与聚丙烯之间的结合力，加工出来的保险杠具有高强度的刚性和耐
强冲击性，提高安全性。
具体实施方式
一种用于汽车保险杠的耐强冲击的形状记忆聚丙烯材料，由以下重量份（公斤）的
原料组成：聚丙烯55，正硅酸甲酯15，3-氨丙基三乙氧基硅烷8，马来酸酐接枝乙烯-辛烯共
聚物5，成核剂2，抗氧剂168 2，乙腈65，去离子水21，滑石粉7，偶氮二异丁腈5，苯乙烯24，氯
苯溶液适量，甲醇适量，碳素纤维7，玻璃纤维4，KH550偶联剂0.8。
具体步骤如下：
（1）二氧化硅凝胶的制备：
将正硅酸甲酯、乙腈和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合成A溶液，去离子水和乙腈混合成B
溶液，将A溶液冷却至0℃以下，倒入B溶液中迅速搅拌混合均匀，置室温中形成凝胶，老化放
置3天，用甲醇洗涤得到二氧化硅湿凝胶，备用；
（2）制备聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶：
将二氧化硅湿凝胶置于溶于偶氮二异丁腈和苯乙烯的氯苯溶液，浸渍3天，转移至氯苯
溶液中，在72℃下反应24小时，用氯苯溶液洗涤两次，接着用甲醇进行溶剂置换，超临界干
燥即可得到聚苯乙烯交联的块状气凝胶，球磨粉碎至尺寸在80目筛间，过筛得到聚苯乙烯
交联二氧化硅气凝胶粉体；
（3）预处理：
将碳素纤维和玻璃纤维溶入甲醇中，加入KH550偶联剂，磁力搅拌35分钟，于100℃下真
空干燥12小时备用；
（4）混合：
①、将聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、抗氧剂168、成核剂加入到搅拌
机中搅拌均匀，之后加入步骤（2）得到的聚苯乙烯交联二氧化硅气凝胶粉体继续搅拌40分
钟；
②、接着加入步骤（3）预处理后的碳素纤维和玻璃纤维继续搅拌混合18分钟，得混合
料；
（5）将上述混合料加入到平行双螺杆挤出机的料斗中，共混熔融挤出造粒，得到一种用
于汽车保险杠的耐强冲击的形状记忆聚丙烯材料。
其中，所述双螺杆挤出机的加工条件为，一区温度为240℃，二区温度为255℃，三
区温度为265℃，四区温度为270℃，五区温度为280℃，六区温度为295℃。
经检测性能数据如下：拉伸强度38MPa，断裂伸长率306%，热变形温度（0.45MPa）
107℃，形状回复率97%，形状回复温度171℃，形状回复响应时间≤100s。