一種汽車保險杠用聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料及其制備工藝的制作方法
【專利說明】一種汽車保險杠用聚合物/泡沬鋁復(fù)合材料及其制備工藝
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料，特別涉及一種汽車保險杠用聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0003]汽車保險杠設(shè)計要基本滿足行人保護和低速碰撞吸能要求。設(shè)計保險杠要遵守以下設(shè)計準則:
(1)出于保護行人的目的，汽車和行人之間應(yīng)設(shè)置一個緩沖區(qū)，即要求汽車保險杠是由“軟”材料制成；
(2)為了減小汽車碰撞維修成本，優(yōu)先考慮汽車保險杠和汽車縱梁之間用螺栓聯(lián)接；
(3)保險杠剛度應(yīng)小于汽車縱梁剛度，以保證汽車在高速碰撞時，保險杠發(fā)生完全壓潰變形吸收盡量多的能量，減小對汽車主體結(jié)構(gòu)的沖擊；
(4)汽車保險杠的高度應(yīng)盡量和汽車縱梁位于同一高度，以保證汽車碰撞的能量可以盡量均勻的傳遞到汽車縱梁。
[0004]出于保護行人的目的，汽車生產(chǎn)廠家在汽車保險杠橫梁和保險杠外殼之間安裝樹脂類泡沫材料，這種泡沫材料非常質(zhì)密且不容易變形。這種結(jié)構(gòu)不僅為汽車和行人碰撞時提供緩沖，而且其對保險杠外殼起到支撐作用，保證保險杠外殼在輕微壓迫下不易斷裂或變形。
[0005]泡沫金屬是指金屬基體中有無數(shù)個氣孔，具有細胞結(jié)構(gòu)的金屬材料。1948年，美國的Sosnics首先提出運用金屬汞在鋁熔體內(nèi)氣化來制取泡沫鋁，從此人們對于金屬有了更深一層的認識，認為面包可以發(fā)酵長大，金屬同樣也可以發(fā)酵膨脹，從而打破了金屬是一種質(zhì)密的材料這一固有觀念。泡沫鋁是金屬骨架和氣體的復(fù)合材料，所以泡沫鋁既具有金屬材料的性能又具有泡沫材料的性能。泡沫鋁是一種輕質(zhì)功能材料，其密度約為0.2g/cm3?0.5g/cm3,是實體金屬鋁的0.1?0.2倍。多孔泡沫鋁材料孔徑較大，孔徑一般控制在0.1?10mm之間，其孔隙率可以達到40%?98%。由于泡沫鋁孔隙率較高，因此具有較高的比表面積，一般可以達到1000m2/m3?4000m2/m3。由于泡沫招是金屬材料和泡沫材料相混合產(chǎn)生的復(fù)合材料，所以泡沫鋁具有金屬性能、泡沫材料性能和其他優(yōu)異的性能。
[0006]但單一的泡沫鋁由于存在性能上的缺陷，如強度、模量較低，而不能單獨作為結(jié)構(gòu)材料使用。聚合物，也稱高分子材料，具有許多金屬所不能比擬的特性，如高比強、低密度、耐腐蝕、具有自潤滑性能和良好的加工性能。但它也有不足，如導(dǎo)熱與耐熱性差、導(dǎo)電性差。
[0007]為了能將泡沫鋁和聚合物等材料結(jié)合起來，通過復(fù)合化的方式，制備性能優(yōu)異的泡沫鋁復(fù)合材料。目前已經(jīng)有了通過滲壓法制備硅橡膠、環(huán)氧樹脂等熱固性材料填充泡沫鋁復(fù)合材料的報道，如程和法等通過向開孔泡沫鋁中填充硅橡膠而制備了鋁/硅橡膠復(fù)合材料對其進行了靜動態(tài)研究，于英華等選用松香、環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂納米蒙脫土高分子材料作為泡沫鋁孔洞的填充相，對4種材料進行了準靜態(tài)壓縮試驗，證明了泡沫鋁復(fù)合材料的性能有所提高。但環(huán)氧樹脂是一類具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物，雖具有良好的力學(xué)性能、電學(xué)性能及粘接性能。但它的最大弱點是固化后質(zhì)脆、耐沖擊性和應(yīng)力開裂能力較差。硅橡膠具有柔韌性、低表面能、耐熱、耐候、憎水、介電強度高等優(yōu)點。但也存在如力學(xué)性能、附著力、耐有機溶劑性較差它主要是利用外加一定的壓力使具有較好流動性熱固性單體滲入到泡沫鋁的孔隙中然后通過化學(xué)反應(yīng)固化后形成的。由于所加壓力大小有限，化學(xué)反應(yīng)后會產(chǎn)生一定的氣體等原因，得到的產(chǎn)品并不致密。此工藝方法適用范圍也相對有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種汽車保險杠用聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料及其制備工藝，該材料集優(yōu)良的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性、抗阻尼于一體。
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明提供的一種汽車保險杠用聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料及其制備工藝，將聚合物熔體充入泡沫鋁的孔隙中，形成由泡沫鋁和聚合物構(gòu)成的復(fù)合材料；所述聚合物為聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一種或一種以上的混合物。所述泡沫鋁是孔隙率為45%?85%，孔徑為2?6mm的開孔連通型泡沫鋁。
[0010]本發(fā)明還提供采用注射方法制備聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料的方法，該方法效率高、成型過程可控，可填充的聚合物種類多，可根據(jù)需要獲得不同性能的聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料。
[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明一種聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料的基本生產(chǎn)方法包括下列步驟:
1、對泡沫鋁進行前處理，所述前處理為采用5wt%? 10wt%HCI溶液處理1?10分鐘，再在5wt%?10wt%的NaOH溶液中浸泡1?10分鐘，用水沖洗使泡沫鋁的沖洗液呈中性后，再置于10?120°C的溫度下烘干1?3h，再使用泡沫鋁0.5wt%?2.5wt%的偶聯(lián)劑的酒精溶液進行表面處理后，再在70?120°C溫度下烘干1?3h，其中偶聯(lián)劑為硅烷、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的任一種或兩種同時使用。
[0012]2、將前處理后的泡沫鋁安裝在注塑設(shè)備上的模具內(nèi)，模具溫度為40?100°C。
[0013]3、將熔融指數(shù)MI彡2g/10min的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一種或一種以上的混合物注射入泡沫鋁的孔隙中，其中聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一種或一種以上混合物注射工藝參數(shù)為:溶膠壓力為60?lOOMPa，注射壓力為80?150MPa，注射速度為50?75cm3/s，保壓壓力為75?llOMPa，保壓時間為10?40s，冷卻時間為10?20s。制得聚合物/泡沫招復(fù)合材料。
[0014]4、將步驟3所得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料置于溫度為40?80°C的條件下保溫1?5h。
[0015]本發(fā)明帶來的有益效果:本發(fā)明采用注射成型工藝，通過調(diào)整與控制注塑工藝參數(shù)，使聚合物流體填充泡沫鋁的孔隙之中，從而制備出集優(yōu)良的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性、抗阻尼于一體的聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料。
【具體實施方式】
[0016]實施例一: 1、選用孔隙率為50%，孔徑為3mm的開孔連通型泡沫鋁。采用6wt%HCI溶液處理3分鐘，再在6wt%的NaOH溶液中浸泡3分鐘，用水沖洗使泡沫鋁的沖洗液呈中性后，再置于50°C的溫度下烘干2h，再使用泡沫鋁lwt%的KH550硅烷偶聯(lián)劑的酒精溶液進行表面處理后，再在100°C溫度下烘干2h。
[0017]2、將前處理后的泡沫鋁安裝在注塑設(shè)備上的模具內(nèi)，模具溫度為50°C ；
3、將熔融指數(shù)MI^ 2g/10min的聚乙烯注射入泡沫鋁的孔隙中，其中聚乙烯注射工藝參數(shù)為:溶膠壓力為70MPa，注射壓力為lOOMPa，注射速度為55cm3/s，保壓壓力為80MPa，保壓時間為15s，冷卻時間為15s。制得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料；
4、將步驟3所得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料置于溫度為50°C的條件下保溫4h。
[0018]實施例二:
1、選用孔隙率為55%，孔徑為4mm的開孔連通型泡沫鋁。對泡沫鋁進行前處理，所述前處理為采用7.5wt%HCI溶液處理5分鐘，再在5wt%的NaOH溶液中浸泡5分鐘，用水沖洗使泡沫鋁的沖洗液呈中性后，再置于60°C的溫度下烘干2.5h，再使用泡沫鋁1.5wt%的鋁酸酯偶聯(lián)劑的酒精溶液進行表面處理后，再在100°C溫度下烘干2.5h。
[0019]2、將前處理后的泡沫鋁安裝在注塑設(shè)備上的模具內(nèi)，模具溫度為60°C ；
3、將熔融指數(shù)MI^ 2g/10min的聚丙烯和聚乙烯的混合物注射入泡沫鋁的孔隙中，其中聚丙烯、聚乙烯的混合物注射工藝參數(shù)為:溶膠壓力為80MPa，注射壓力為llOMPa，注射速度為60cm3/s，保壓壓力為85MPa，保壓時間為20s，冷卻時間為15s。制得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料；
4、將步驟3所得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料置于溫度為55°C的條件下保溫3h。
[0020]實施例三:
1、選用孔隙率為75%，孔徑為5mm的開孔連通型泡沫鋁。對泡沫鋁進行前處理，所述前處理為采用10wt%HCI溶液處理8分鐘，再在10wt%的NaOH溶液中浸泡8分鐘，用水沖洗使泡沫鋁的沖洗液呈中性后，再置于115°C的溫度下烘干1.5h，再使用泡沫鋁2.5wt%的硅烷、鋁酸酯混合偶聯(lián)劑的酒精溶液進行表面處理后，再在120°C溫度下烘干lh。
[0021]2、將前處理后的泡沫鋁安裝在注塑設(shè)備上的模具內(nèi)，模具溫度為90°C ；
3、將熔融指數(shù)MI^ 2g/10min的聚苯乙烯和聚甲醛的混合物注射入泡沫鋁的孔隙中，其中聚苯乙烯和聚甲醛的混合物注射工藝參數(shù)為:溶膠壓力為lOOMPa，注射壓力為150MPa，注射速度為75cm3/s，保壓壓力為llOMPa，保壓時間為40s，冷卻時間為20s。制得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料；
4、將步驟3所得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料置于溫度為80°C的條件下保溫lh。
【主權(quán)項】
1.一種汽車保險杠用聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料及其制備工藝，其特征在于將聚合物熔體充入泡沫鋁的孔隙中，形成由泡沫鋁和聚合物構(gòu)成的復(fù)合材料；所述聚合物為聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一種或一種以上的混合物；所述泡沫鋁是孔隙率為45%?85%，孔徑為2?6_的開孔連通型泡沫鋁。
【專利摘要】一種汽車保險杠用聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料及其制備工藝，包括下列步驟：采用5wt%～10wt%HCI溶液、5wt%～10wt%的NaOH溶液分別對泡沫鋁前處理1～10分鐘，用水沖洗使泡沫鋁的沖洗液呈中性后烘干，再使用酒精溶液進行表面處理后烘干。將前處理后的泡沫鋁安裝在注塑設(shè)備上溫度為40～100℃的模具內(nèi)。將聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛中的一種或一種以上的混合物注射入泡沫鋁的孔隙中，制得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料；將所得聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料置于溫度為40～80℃的條件下保溫1～5h。本發(fā)明聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料集優(yōu)良的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性、抗阻尼于一體。
【IPC分類】C08L25/06, B29C45/14, C08L23/06, C08L23/12, C08K9/04, C08K9/06, C08L59/02, C08K3/08
【公開號】CN105462029
【申請?zhí)枴緾N201410446900
【發(fā)明人】蔣國民, 蔣衛(wèi)軍, 張艷
【申請人】丹陽市國美汽配有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2014年9月4日