一种高性能环保玄武岩纤维/麻纤维增强树脂复合汽车顶棚内饰板及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高性能环保玄武岩纤维/麻纤维增强聚丙烯复合汽车内饰板及其制备方法，属于汽车内饰件制造领域。该制备方法包括：麻纤维自然冷冻‑机械联合脱胶处理，偶联剂改性处理；玄武岩纤维深冷处理后添加偶联剂进行改性，并采用微编织聚丙烯纤维浸渍玄武岩纤维制成预浸料；再把三者按比例采用固相混纤的方式制成预制体；最后采用模压成型制成汽车顶棚内饰板。本发明解决了汽车顶棚的成型难、韧性低、不环保等问题，所生产的产品具有密度小、质量轻、耐高温、耐冲击、低VOC、刚韧性强、安全性高、环保性能突出等特点。

说明书

技术领域

本发明属于汽车内饰材料技术领域。

背景技术

随着汽车工业的迅速发展，人们对汽车内饰件的质量和环保性能要求越来越高。现如今，汽车材料正朝着复合化、轻量化、可回收、低VOC、低耗能的方向发展，由于现有复合基材的自身缺陷不能适应现代汽车材料发展的需求，为此，采用天然纤维复合材料用于汽车内饰件，以提高其综合性能。

汽车顶棚位于汽车顶部，起到装饰、吸能的作用。在现有技术中，顶棚主要存在成型难、韧性低、耐冲击性差、工艺复杂、报废率高、回收难、不环保等问题。这些问题制约着汽车顶棚的发展。

麻纤维，是从各种麻类植物取得的纤维，常用的麻纤维主要有汉麻、黄麻、亚麻、剑麻、苎麻等。麻纤维具有抗菌、消声吸波、抗紫外线、吸湿透气、防静电、防腐蚀和耐热等优良性能。

玄武岩纤维，是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成。玄武岩石料在高温熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩连续纤维不仅稳定性好，而且具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能。

聚丙烯，英文缩写为PP。有较好的耐热性、介电性、电绝缘性、耐腐蚀性、耐应力开裂性、密度小、质量轻。PP对氧的作用较敏感，抗紫外线能力较差，耐低温冲击性差，较易老化。

目前行业应用过程中，麻纤维增强聚合物基复合材料存在VOC超标、产品力学性能差等不足。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种密度小、质量轻、耐高温、耐冲击、低VOC、刚韧性强、安全性高、环保性能突出的高性能环保玄武岩纤维/麻纤维增强聚丙烯复合汽车顶棚内饰板及其制备方法。

本发明所采用的技术方案具体步骤如下：

步骤1：麻纤维预处理

1.1将麻纤维放置在低温-10～35℃的环境中，进行冷冻处理30～60天；

1.2将经过冷冻处理的麻纤维通过机械揉搓并辅助碱液清洗的方式进行脱胶，碱液为pH>13的强碱溶液；

1.3硅烷偶联剂对麻纤维表面进行改性；

其中，所述的偶联剂溶液的配制，常温下，取适量偶联剂放入水中搅拌均匀，然后静置1h；所述偶联剂选用的是硅烷偶联剂中450、550、601或803的任意一种，将搅拌后所述偶联剂水溶液的浓度调为1～35wt％；将麻纤维加入到偶联剂中，在室温下保持24小时并搅拌，然后倾析，再在120℃下固化1小时，将其在空气中干燥24小时，切成70-100mm短纤维待用。

步骤2：玄武岩纤维预处理

2.1采用液氮气体法进行玄武岩纤维的深冷处理；先将玄武岩纤维进行预处理，用丙酮浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净，以除去表面杂质；将玄武岩纤维使用液氮气体进行低温冷冻处理，以降温速率为2℃/min降温，先降温至-80℃，在-80℃保温1小时，再降温至-120℃，保温1小时，最终降温至-196℃，在-196℃保温12h；完成后自然回温至常温，完成深冷处理。

2.2硅烷偶联剂对玄武岩纤维表面进行改性；所述的偶联剂溶液的配制，选用的是硅烷偶联剂KH550，常温下按质量比水:硅烷偶联剂KH550:无水乙醇为1:1:20来配制KH550溶液，充分搅拌，然后静置1h；取占玄武岩纤维质量1.0％的KH550溶液来处理玄武岩纤维，经过30min的反应后，将玄武岩纤维放入100℃烘箱中烘干，即得到改性玄武岩纤维。

2.3采用微编织树脂纤维浸渍玄武岩纤维制成预浸料；将卷绕的树脂纤维和玄武岩纤维放入烘箱中，在130℃下预热10min，将温度升至170-200℃，加热时间为30-60min，取出冷却、干燥，切成70-100mm的短纤维待用。

步骤3：树脂纤维预处理

将树脂纤维用丙酮浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净，以除去表面杂质，再进行干燥。

步骤4：制备预制件

将经上述步骤处理后的麻纤维和玄武岩纤维的短纤维，按照麻纤维和玄武岩纤维占全部预制体纤维总重量为60wt％的比例称取麻纤维和玄武岩纤维(麻纤维重量为40-59％、玄武岩纤维重量为1-20％)与树脂纤维混合，再进行开松、梳理成网并针刺成毡，制成预制体。

步骤5：制备顶棚内饰板

5.1将预制件进行预热处理；所述预热处理的温度为150-260℃，预热处理的时间为10-20min；

5.2将其铺在汽车顶棚内饰板模具上，模压成型制备得到产品汽车顶棚内饰件；汽车顶棚内饰板模具上的模压成型的模压压力为10-20MPa，保压时间为15-30min。

本发明的有益效果：

本发明所制备的汽车顶棚内饰板具有密度小、质量轻、耐高温、耐冲击、低VOC、刚韧性强、安全性高、环保性能突出等优点。

附图说明

图1为本发明生产工艺流程示意图。

具体实施方式

下面以具体实施例的方式对本发明的技术方案进行解释和说明。

实施例1

第一步：汉麻纤维预处理

(1)自然冷冻-机械揉搓处理，采用碱液辅助清洗，得到所需的麻纤维。自然冷冻是利用东北地区冬天(-10～-35℃的低温)的自然条件，对麻纤维进行冷冻处理30～60天，利用温差变化导致的冷热冲击，使不同组分之间产生微裂纹，再利用机械揉搓的方式，辅助碱液清洗清除果胶、木质素、半纤维素等，以实现脱胶从而降低VOC的目的，碱液为pH>13的强碱溶液。

(2)选取450偶联剂将其浓度调为25％，将麻纤维加入到偶联剂中，在室温下保持24小时并不时搅拌，然后倾析，再在120℃下固化1小时，将其在空气中干燥24小时。完成麻纤维的改性处理。切成70mm待用。

第二步：玄武岩纤维预处理

(1)将玄武岩纤维用丙酮浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净；将玄武岩纤维以降温速率为2℃/min，-80℃时保温1小时，-120℃时保温1小时，最终保温温度为-196℃，保温时间为12h，自然回温。完成玄武岩纤维的深冷处理。

(2)取占玄武岩纤维质量1.0％的配制完成的KH550溶液来处理玄武岩纤维，经过30min的反应后，将玄武岩纤维放入100℃烘箱中烘干，即得到改性玄武岩纤维。

(3)将卷绕的聚丙烯纤维和玄武岩纤维放入烘箱中，在130℃下预热10min，将温度升至170℃，加热时间为60min，取出冷却、干燥，切成70mm待用。

第三步：制备预制件

(1)将PP纤维放入丙酮中浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净，干燥。

(2)将处理后的麻纤维和玄武岩纤维的短纤维，按照麻纤维重量为55％、玄武岩纤维重量为5％与PP纤维混合，再进行开松、梳理成网、针刺成毡，制成预制体。

第四步：制备顶棚内饰板

(1)将预制件进行预热处理，温度为170℃，时间为15min。

(2)将预热后的复合材料铺在汽车顶棚内饰板模具上，模压压力为15MPa，时间为20min。

实施例2

第一步：黄麻纤维预处理

(1)自然冷冻，机械揉搓处理，采用碱液辅助清洗，得到所需的麻纤维，方法与实施例1相同。

(2)选取550偶联剂将其浓度调为16.7％，将麻纤维加入到偶联剂中，在室温下保持24小时并不时搅拌，然后倾析，再在120℃下固化1小时，将其在空气中干燥24小时。完成麻纤维的改性处理。

第二步：玄武岩纤维预处理

(1)将玄武岩纤维用丙酮浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净；将玄武岩纤维以降温速率为2℃/min,-80℃时保温1小时，-120℃时保温1小时，最终保温温度为-196℃，保温时间为12h，自然回温。完成玄武岩纤维的深冷处理。

(2)取占玄武岩纤维质量1.0％的配制完成的KH550溶液来处理玄武岩纤维，经过30min的反应后，将玄武岩纤维放入100℃烘箱中烘干，即得到改性玄武岩纤维。切成85mm待用。

(3)将卷绕的聚丙烯纤维和玄武岩纤维放入烘箱中，在130℃下预热10min，将温度升至185℃，加热时间为45min，取出冷却、干燥，切成85mm待用。

第三步：制备预制件

(1)将PP纤维放入丙酮中浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净，干燥。

(2)将处理后的麻纤维和玄武岩纤维的短纤维，按照麻纤维重量为50％、玄武岩纤维重量为10％与PP纤维混合，再进行开松、梳理成网、针刺成毡，制成预制体。

第四步：制备顶棚内饰板

(1)将预制件进行预热处理，温度为175℃，时间为12min。

(2)将预热后的复合材料铺在汽车顶棚内饰板模具上，模压压力为18MPa，时间为18min。

实施例3

第一步：亚麻纤维预处理

(1)自然冷冻，机械揉搓处理，采用碱液辅助清洗，得到所需的麻纤维，方法与实施例1相同。

(2)选取601偶联剂将其浓度调为25％，将麻纤维加入到偶联剂中，在室温下保持24小时并不时搅拌，然后倾析，再在120℃下固化1小时，将其在空气中干燥24小时。完成麻纤维的改性处理。

第二步：玄武岩纤维预处理

(1)将玄武岩纤维用丙酮浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净；将玄武岩纤维以降温速率为2℃/min,-80℃时保温1小时，-120℃时保温1小时，最终保温温度为-196℃，保温时间为12h，自然回温。完成玄武岩纤维的深冷处理。

(2)取占玄武岩纤维质量1.0％的配制完成的KH550溶液来处理玄武岩纤维，经过30min的反应后，将玄武岩纤维放入100℃烘箱中烘干，即得到改性玄武岩纤维。切成100mm待用。

(3)将卷绕的聚丙烯纤维和玄武岩纤维放入烘箱中，在130℃下预热10min，将温度升至200℃，加热时间为30min，取出冷却、干燥，切成70-100mm待用。

第三步：制备预制件

(1)将PP纤维放入丙酮中浸泡半小时，再用蒸馏水清洗干净，干燥。

(2)将处理后的麻纤维和玄武岩纤维的短纤维，按照麻纤维重量为45％、玄武岩纤维重量为15％与PP纤维混合，再进行开松、梳理成网、针刺成毡，制成预制体。

第四步：制备顶棚内饰板

(1)将预制件进行预热处理，温度为180℃，时间为10min。

(2)将预热后的复合材料铺在汽车顶棚内饰板模具上，模压压力为20MPa，时间为15min。技术效果测试

对实施例1-3进行性能测试，包括拉伸强度测试、弯曲模量测试、燃烧速度及VOC累积释放的测试。

表1

测试结果具体数据如表1所示，说明通过本发明方法制备的汽车顶棚内饰板具有优异的性能，具有密度小、质量轻、耐高温、耐冲击、低VOC、刚韧性强、安全性高。