一种碳纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410737494.1 (22)申请日 2014.12.05 C08L 23/12(2006.01) C08L 51/06(2006.01) C08K 13/04(2006.01) C08K 7/14(2006.01) C08K 3/34(2006.01) C08K 5/526(2006.01) C08K 5/134(2006.01) C08J 9/10(2006.01) (71)申请人 南京聚隆科技股份有限公司 地址 210061 江苏省南京市高新区聚龙路 8 号 (72)发明人 王滨 吴汾 蒋顶军 周勇 张圣国 汪信 (74)专。

2、利代理机构 南京苏科专利代理有限责任 公司 32102 代理人 姚姣阳 (54) 发明名称 一种碳纤维增强聚丙烯微发泡材料及其制备 方法 (57) 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，。

3、 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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 (10)申请公布号 CN 104448563 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104448563 A 1/1 页 2 1.一种碳纤维增强聚丙烯微发泡材料， 原料由以。

4、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 0-40 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 4000MPa， 碳纤维直径 5 8m。 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。

5、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、。

6、 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， 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， 螺杆转速 。

7、50r/min。 权 利 要 求 书 CN 104448563 A 2 1/5 页 3 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。

8、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。

9、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。

10、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， 聚丙烯基料熔融指数为 5-60g/10min， 优选 10-40g/10min 的聚丙烯 ； 无机矿物粉体为。

11、 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 说 明 书 CN 104448563 A 3 2/5 页 4 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 95， 抗拉强度 4000MPa， 单。

12、丝直径为 5 8m 的纤维， 优 选抗拉强度 4900MPa， 直径为 7m 的碳纤维 ； 双螺杆挤出机料筒温度为 170-270， 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， 注射压力为 60-80MPa， 注射速度为 5。

13、0-80mm/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10g/10min的聚丙烯40份、 滑石粉26份、 相容剂8份、 抗氧。

14、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， 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， 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。

15、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 说 明 书 CN 104448563 A 4 3/5 页 5 0015 实施例二 0016 将熔融指数为20g/10min的聚丙烯70份、 滑石粉0份、 相容剂1份、 抗氧剂1680.3 份、 抗氧剂 10100.2 份的混合物放入高速混合机， 混合 4 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 27.5 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， 螺杆转 速 50r/min ； 最后。

16、将 1 份发泡母粒与 99 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， 注射压力为 70MPa， 注射速度为 80mm/s， 冷却时间为 17s。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 ： 0017 表 2 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 0018 说 明 书 CN 104448563 A 5 4/5 页 6 0019 实施例三 0020 将熔融指数为60g/10min的聚丙烯53份、 滑石粉10份、 相容剂2份、 抗氧剂1681.2 份、 抗氧剂10100.8。

17、份的混合物放入高速混合机， 混合5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 30 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， 螺杆转速 50r/ min ； 最后将 3 份发泡母粒与 97 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， 注射压力为 80MPa， 注射速度为 50mm/s， 冷却时间为 30s。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 ： 0021 表 3 碳纤维增强微。

18、发泡材料与未加纤、 常规玻纤增强的材料性能对比 0022 0023 0024 实施例四 0025 将熔融指数为40g/10min的聚丙烯47份、 滑石粉40份、 相容剂5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 4 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 5 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， 螺杆转速 50r/ min ； 最后将 2 份发泡母粒与 98 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。

19、烯微发泡复合材料。注塑机料筒温度设置为 180-280， 注射压力为 70MPa， 注射速度为 60mm/s， 冷却时间为 25s。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 ： 0026 表 4 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 0027 检测项目标准未加纤常规玻纤实施例四 说 明 书 CN 104448563 A 6 5/5 页 7 密度 /g/cm3ISO 11831.151.131.09 拉伸强度 /MPaISO 52727.734.150.4 弯曲模量 /MPaISO 178400046005800 简支梁无缺口ISO 180233837 。

20、冲击强度 /kJ/ m2 热变形温度 / ISO 75120127140 0028 0029 从以上实施例与未加纤、 常规玻纤增强聚丙烯微发泡材料性能对比可以看出， 碳纤 维增强与微孔发泡技术相结合， 使聚丙烯微发泡材料具有更轻的质量， 保证了材料轻量化 特征。碳纤维对聚丙烯微发泡材料力学和耐热性能具有显著提升效果， 强度、 刚性和热变 形温度明显优于前二者的。 本发明的另一个特点是加工周期明显缩短， 显著降低生产成本。 产品具有优异的尺寸稳定性。另外， 可根据不同需求， 调整配方比例， 达到所需目标性能， 减少材料用量。 0030 本发明采用碳纤维增强技术， 在保证实现聚丙烯材料轻量化的前提下， 有效改善 产品尺寸稳定性， 显著提高制品刚性、 强度和耐热性能， 实现聚丙烯微发泡材料高性能化。 同时， 缩短加工周期， 提高生产效率。本产品可通过普通注塑工艺实现， 操作简单， 实用性 强。产品除了适用于汽车内、 外塑料结构制件外， 还可用于建筑、 电子、 体育器材等行业领 域。 0031 以上所述仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉本领域的技术人员在本发明的技术范围内， 可不经过创造性劳动想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 104448563 A 7 。