一种低密度复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种低密度复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。本发明专利技术提供了一种低密度复合材料，包括制备原料和添加剂；所述制备原料包括以下质量百分含量的组分：聚丙烯45～85％，偶联剂改性ZSM‑5分子筛3～15％，聚烯烃弹性体10～40％；所述添加剂包括分散剂和成核剂。本发明专利技术的复合材料以聚丙烯、偶联剂改性ZSM‑5分子筛和聚烯烃弹性体为制备原料，通过合理控制三种原料的比例，使所得复合材料具有质轻、强度高的优点，能够用于汽车领域。

【技术实现步骤摘要】
一种低密度复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于汽车轻量化材料制备领域，尤其涉及一种低密度复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
目前汽车轻量化的方法主要包括优化汽车结构设计和寻找合适的替代材料，优化汽车结构通常需要开发设计出新的更趋于完美的结构。其中，轻量化替代材料成为重要的减重手段之一。根据不完全统计，车身约有70～120kg是塑料，聚丙烯是汽车结构件、零部件、配饰使用最多的塑料，占车用塑料的80％左右，为56～96kg。可见，对PP进行改性以降低PP复合材料的密度对汽车轻量化具有重要意义。目前国内外已有文献报导采用滑石粉、云母、中空玻璃微珠、玻纤和晶须对聚丙烯进行改性制备出了各种不同的低密度聚丙烯复合材料。PP/玻纤复合材料的力学性能较好，但密度为1.5g/cm3～2.0g/cm3(＞1.0g/cm3)不满足聚丙烯复合材料的低密度要求；中空玻璃微珠填充制备的低密度聚丙烯复合材料的密度在0.98g/cm3～1.03g/cm3，在材料制备阶段玻璃微珠容易破裂，且需要其他助剂补偿增韧；晶须填充的聚丙烯材料的密度为0.99g/cm3～1.02g/cm3，仍有轻量化的空间，因晶须表面积小，与树脂的接触面小，两相相容性较差，随含量增大，晶须团聚，复合材料力学性能下降。所以在保证力学性能的前提下，选择合适的改性剂以降低聚丙烯复合材料的密度仍任重而道远。目前尚没有将分子筛作为低密度聚丙烯改性剂添加到聚丙烯中的研究报道，且市场上的低密度聚丙烯复合材料还有继续轻量化的空间。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低密度复合材料及其制备方法与应用，本专利技术提供的低密度复合材料具有质轻、强度好的特点，能够用于汽车领域，进一步优化汽车的轻量化。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种低密度复合材料，包括制备原料和添加剂；所述制备原料包括以下质量百分含量的组分：聚丙烯45～85％，偶联剂改性ZSM-5分子筛3～15％，聚烯烃弹性体10～40％；所述添加剂包括分散剂和成核剂。优选地，所述分散剂为分散剂TAS-2A；所述成核剂为成核剂HPN-68L。优选地，所述分散剂的质量为制备原料质量的0.1～0.5％；所述成核剂的质量为制备原料质量的0.05～0.1％。优选地，所述分散剂的质量为制备原料质量的0.2％；所述成核剂的质量为制备原料质量的0.08％。优选地，所述偶联剂改性ZSM-5分子筛的中位粒径D50为1.06μm。优选地，所述偶联剂改性ZSM-5分子筛由包括以下步骤的方法制备得到：将无水乙醇和偶联剂KH-560混合，在pH为4的条件下进行水解，得到水解料液；将所述水解料液和ZSM-5分子筛混合，进行改性反应，得到所述偶联剂改性ZSM-5分子筛。优选地，所述无水乙醇、偶联剂KH-560和ZSM-5分子筛的用量比为100mL：1mL：15g。本专利技术还提供了上述技术方案所述的低密度复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯、偶联剂改性ZSM-5分子筛、聚烯烃弹性体、分散剂和成核剂熔融挤出，得到所述低密度复合材料。优选地，所述熔融挤出在双螺旋挤出机中进行，所述双螺旋挤出机的一区温度为190℃、二区温度为195℃、三区温度为195℃和四区温度为190℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述的低密度复合材料或上述技术方案所述的制备方法制得的低密度复合材料在汽车领域中的应用。本专利技术提供了一种低密度复合材料，包括制备原料和添加剂；所述制备原料包括以下质量百分含量的组分：聚丙烯45～85％，偶联剂改性ZSM-5分子筛3～15％，聚烯烃弹性体10～40％；所述添加剂包括分散剂和成核剂。本专利技术的复合材料以聚丙烯、偶联剂改性ZSM-5分子筛和聚烯烃弹性体为制备原料，通过合理控制三种原料的比例，使所得复合材料具有质轻、强度高的优点，能够用于汽车领域。实施例的数据表明：本专利技术提供的低密度复合材料的密度为0.908～0.97g/cm3，相比传统成熟的PP+EPDM-T20复合材料密度降低了7～13％，质轻；弯曲强度为54.05～58.47MPa，比传统成熟的PP+EPDM-T20复合材料的完全强度提高了80～95％，力学强度高。具体实施方式本专利技术提供了一种低密度复合材料，包括制备原料和添加剂；所述制备原料包括以下质量百分含量的组分：聚丙烯45～85％，偶联剂改性ZSM-5分子筛3～15％，聚烯烃弹性体10～40％；所述添加剂包括分散剂和成核剂。在本专利技术中，如无特殊说明，本专利技术所用原料均优选为市售产品。本专利技术提供的低密度复合材料的制备原料中包括质量百分含量为45～85％的聚丙烯，所述聚丙烯的数均分子量优选为优选为5×104～7×104。本专利技术提供的低密度复合材料的制备原料包括质量百分含量为3～15％的偶联剂改性ZSM-5分子筛，所述偶联剂改性ZSM-5分子筛的中位粒径D50优选为1.06μm。在本专利技术中，所述偶联剂改性ZSM-5分子筛优选由包括以下步骤的方法制备得到：将无水乙醇和偶联剂KH-560混合，在pH为4的条件下进行水解，得到水解料液；将所述水解料液和ZSM-5分子筛混合，进行改性反应，得到所述偶联剂改性ZSM-5分子筛。本专利技术将无水乙醇和偶联剂KH-560混合，在pH为4的条件下进行水解，得到水解料液。本专利技术对调节pH的试剂不做具体限定，只要能够将无水乙醇和偶联剂KH-560混合所得的混合液的pH值调节为4即可。在本专利技术中，所述无水乙醇和偶联剂KH-560混合的方式优选为：将无水乙醇的pH调节为4，然后加入偶联剂KH-560，进行水解；所述水解的时间优选为5min。得到水解料液后，本专利技术将所述水解料液和ZSM-5分子筛混合，进行改性反应，得到所述偶联剂改性ZSM-5分子筛。在本专利技术中，所述无水乙醇、偶联剂KH-560和ZSM-5分子筛的用量比优选为100mL：1mL：15g。在本专利技术中，所述水解料液和分子筛ZSM-5混合优选在搅拌的条件下进行，本专利技术对所述搅拌的转速不做具体限定。在本专利技术中，所述改性反应的温度优选为60℃，时间优选为0.5h。所述改性反应结束后，本专利技术优选还包括将所得改性反应料液冷却至室温后，用乙醇清洗冷却后的改性反应料液，清洗结束后，过滤、干燥和研磨，得到所述偶联剂改性ZSM-5分子筛。本专利技术对所述清洗的次数不做具体限定，只要能够完全去除物理吸附在ZSM-5分子筛表面的偶联剂KH-560即可。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为100℃，时间优选为24h；本专利技术对所述研磨的方式和参数不做具体限定，只要能够保证最终得到目标尺寸的改性ZSM-5分子筛即可。本专利技术提供的低密度复合材料的制备原料包括质量百分含量为10～40％的聚烯烃(PEO)弹性体，所述POE弹性体的熔融流动指数优选为0.5g/10min。在本专利技术中，所述POE弹性体能够提高低密度复合材料的韧性。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低密度复合材料，其特征在于，包括制备原料和添加剂；/n所述制备原料包括以下质量百分含量的组分：聚丙烯45～85％，偶联剂改性ZSM-5分子筛3～15％，聚烯烃弹性体10～40％；/n所述添加剂包括分散剂和成核剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种低密度复合材料，其特征在于，包括制备原料和添加剂；
所述制备原料包括以下质量百分含量的组分：聚丙烯45～85％，偶联剂改性ZSM-5分子筛3～15％，聚烯烃弹性体10～40％；
所述添加剂包括分散剂和成核剂。


2.根据权利要求1所述的低密度复合材料，其特征在于，所述分散剂为分散剂TAS-2A；所述成核剂为成核剂HPN-68L。


3.根据权利要求1或2所述的低密度复合材料，其特征在于，所述分散剂的质量为制备原料质量的0.1～0.5％；所述成核剂的质量为制备原料质量的0.05～0.1％。


4.根据权利要求3所述的低密度复合材料，其特征在于，所述分散剂的质量为制备原料质量的0.2％；所述成核剂的质量为制备原料质量的0.08％。


5.根据权利要求1所述的低密度复合材料，其特征在于，所述偶联剂改性ZSM-5分子筛的中位粒径D50为1.06μm。


6.根据权利要求1或5所述的低密度复合材料，其特征在于，所述偶联剂改性ZS...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗发亮，吴永鸿，刘永东，李磊，苏慧，庄壮，金政伟，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64