一种轻量化汽车材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轻量化汽车材料，包括以下质量分数的原料：纳米纤维素1～10％；热塑性塑料90～99％。制备上述轻量化汽车材料的方法包括以木粉或竹粉为原料，采用三段化学处理过程，脱除木粉或竹粉中的木质素和半纤维素，得到纯化纤维素；然后采用一次研磨法或高压均质法，对纯化纤维素进行细纤维化作用得到纳米纤维素；再加入热塑性塑料粒子熔融共混、挤出、切粒操作，最后得到CNF增强热塑性塑料粒子。上述技术方案中提供的一种轻量化汽车材料及其制备方法，能克服现有材料碳纤维和玻璃纤维价格高、表面处理困难、难以回收的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化汽车材料及其制备方法
本专利技术涉及汽车材料制造
，具体涉及一种轻量化汽车材料及其制备方法。
技术介绍
据统计，汽车自重每减少10％，油耗可降低6％～8％，聚乙烯、聚丙烯等热塑性塑料由于具有比重小、耐腐蚀性好、成本低、易于加工等诸多优点，逐渐成为一类重要的非金属汽车用轻量化材料。但是大多数塑料制品存在机械强度低、抗冲击性能差等缺点，不能用于制造汽车车身、底盘等结构。采用长纤维对热塑性塑料进行增强，能够大幅度提高热塑性塑料的力学性能和尺寸稳定性，目前在汽车领域应用最多的增强纤维是碳纤维和玻璃纤维，但是由于碳纤维的成本较高，表面处理比较困难，因此在一定程度上限制了其在汽车工业中的应用和推广，主要用于高档轿车和赛车的生产制造中；同时玻璃纤维也存在难以回收和降解的问题。纳米纤维素纤维(CNF)作为一种热塑性塑料的增强材料，由于其特殊的结构特点和较高的结晶度，强度高达2～3GPa。当CNF用于增强聚乙烯等热塑性塑料时。一般先熔融共混、挤出、造粒，然后通过注塑成型得到各种结构复杂、形状多变的汽车零部件。但是CNF表面含有大量的羟基，在熔融共混过程中CNF之间很容易通过氢键作用而发生团聚，从而导致CNF不能分散地与聚合物基体相“溶合”，无法形成界面，很难大幅度提升热塑性塑料的性能。利用酯化、阳离子化、接枝共聚等化学方法对CNF进行疏水改性，可防止CNF团聚，增加其稳定性和分散性，但是改性过程通常需要多步反应，涉及冗长的溶剂交换过程，且改进过程中需要使用丙酮、甲苯、四氢呋喃、吡啶等大量的有机溶剂，不仅污染环境而且还会增加成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种轻量化汽车材料及其制备方法，其能克服现有碳纤维或玻璃纤维价格高、表面处理困难、难以回收的缺点，同时制备过程中能有效减少有机溶剂的使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：一种轻量化汽车材料，包括以下质量分数的原料：纳米纤维素1～10％；热塑性塑料90～99％。进一步地，所述纳米纤维素为三维网状结构，直径为5～50nm，长径比大于1000nm。进一步地，所述热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66中的一种。一种轻量化汽车材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：先将60～100目的木粉或竹粉置于亚氯酸钠溶液中，用冰醋酸或盐酸调节pH至3.0～5.0，所得溶液在70～90℃条件下加热搅拌1～2h；之后将上述溶液冷却室温后进行真空抽滤洗涤操作，直至上述溶液呈中性；步骤2：重复步骤1操作4～6次，直至木粉或竹粉变成白色；步骤3：将上述白色的木粉或竹粉溶于氢氧化钾溶液中，在80～90℃，处理2～3h，待上述溶液冷却至室温后进行真空抽滤洗涤操作至滤液中性；其中氢氧化钾溶液的质量分数为6～10％；步骤4：重复步骤1操作1次，即得纯化纤维素待用；步骤5：对纯化纤维素进行细纤维化作用得到纳米纤维素；步骤6：将纳米纤维素冷冻干燥处理后与热塑性塑料粉末混合，并将混合物置于120℃干燥箱中干燥2h，然后置于捏合机中进行固体剪切粉碎处理；所述混合物中纳米纤维素的质量分数为50～85％；步骤7：将步骤6处理后的混合材料放置于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，冷却后再进行切粒，即得纳米纤维素增强热塑性塑料母料；步骤8：称取热塑性塑料粒子，与纳米纤维素增强热塑性塑料母料熔融共混、挤出，冷却后再进行切粒，即得纳米纤维素增强热塑性塑料粒子；其中纳米纤维素的质量分数为1～10％；步骤9：将纳米纤维素增强热塑性塑料粒子进行干燥、筛选，置于注塑成型机中成型即可，其中注塑温度为150～300℃。进一步地，步骤5中细纤维化采用一次研磨法或高压均质法。进一步地，步骤6中固体剪切粉碎过程的处理温度为80～150℃，处理时间为1～120min，捏合机转速为60～120rpm/min。更进一步地，步骤7中双螺杆挤出机的温度为120～280℃，转速为200～350rpm/min。上述技术方案中提供的轻量化汽车材料及其制备方法，采用天然纤维素CNF作为热塑性塑料的增强材料，安全高效、经济环保，在制备过程中采用母料法和固体剪切粉碎法，能减少CNF的团聚，促进CNF在热塑性塑料基体中均匀分散；同时可减少化学药剂的污染。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本专利技术的一种或几种具体的实施方式，并不对本专利技术具体请求的保护范围进行严格限定。实施例1一种轻量化汽车材料，包括以下质量分数的原料：纳米纤维素1％；热塑性塑料99％。所述纳米纤维素为三维网状结构，直径为5nm，长径比为1100nm。所述热塑性塑料为聚乙烯。一种轻量化汽车材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：先将60目的木粉或竹粉置于亚氯酸钠溶液中，用冰醋酸或盐酸调节pH至3.0，所得溶液在70℃条件下加热搅拌2h；之后将上述溶液冷却室温后进行真空抽滤洗涤操作，直至上述溶液呈中性；步骤2：重复步骤1操作4次，直至木粉或竹粉变成白色；步骤3：将上述白色的木粉或竹粉溶于氢氧化钾溶液中，在80℃，处理3h，待上述溶液冷却至室温后进行真空抽滤洗涤操作至滤液中性；其中氢氧化钾溶液的质量分数为6％；步骤4：重复步骤1操作1次，即得纯化纤维素待用；步骤5：对纯化纤维素进行细纤维化作用得到CNF；步骤6：将CNF冷冻干燥处理后与热塑性塑料粉末混合，并将混合物置于120℃干燥箱中干燥2h，然后置于捏合机中进行固体剪切粉碎处理；所述混合物中CNF的质量分数为50％；步骤7：将步骤6处理后的混合材料放置于双螺杆挤出机中熔融共混、挤出，冷却后再进行切粒，即得CNF增强热塑性塑料母料；步骤8：称取热塑性塑料粒子，与CNF增强热塑性塑料母料熔融共混、挤出，冷却后再进行切粒，即得CNF增强热塑性塑料粒子；其中CNF的质量分数为1％；步骤9：将CNF增强热塑性塑料粒子进行干燥、筛选，置于注塑成型机中成型即可，其中注塑温度为160℃。步骤5中细纤维化采用一次研磨法或高压均质法。步骤6中固体剪切粉碎过程的处理温度为80℃，处理时间为120min，捏合机转速为120rpm/min。步骤7中双螺杆挤出机的温度为140℃，转速为350rpm/min。实施例2一种轻量化汽车材料，包括以下质量分数的原料：纳米纤维素5％；热塑性塑料95％。所述纳米纤维素为三维网状结构，直径为30nm，长径比1200nm。所述热塑性塑料为聚丙烯。一种轻量化汽车材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：先将80目的木粉或竹粉置于亚氯酸钠溶液中，用冰醋酸或盐酸调节pH至4.0，所得溶液在80℃条件下加热搅拌1.5h；之后将上述溶液冷却室温后进行真空抽滤洗涤操作，直至上述溶液呈中性；步骤2：重复步骤1操作5次，直至木粉或竹粉变成白色；步骤3：将上述白色的木粉或竹粉溶于氢氧化钾溶液中，在85℃，处理2.5h，待上述溶液冷却至室温后进行真空抽滤洗涤操作至滤液中性；其中氢氧化钾溶液的质量分数为8％；步骤4：重复步骤1操作1次，即得纯化纤维素待用；步骤5：对纯化纤维素进行细纤维化作用得到CNF；步骤6：将CNF冷冻干燥处理后与热塑性塑料粉末混合，并将混合物置于120℃干燥箱中干燥2h，然后置于捏合机中进行固体剪切粉碎处理；所述混合物中CNF的质量分数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻量化汽车材料，其特征在于，包括以下质量分数的原料：纳米纤维素1～10％；热塑性塑料90～99％。

【技术特征摘要】
1.一种轻量化汽车材料，其特征在于，包括以下质量分数的原料：纳米纤维素1～10％；热塑性塑料90～99％。2.根据权利要求1所述的轻量化汽车材料，其特征在于：所述纳米纤维素为三维网状结构，直径为5～50nm，长径比大于1000nm。3.根据权利要求1所述的轻量化汽车材料，其特征在于：所述热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66中的一种。4.根据权利要求1所述的轻量化汽车材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：先将60～100目的木粉或竹粉置于亚氯酸钠溶液中，用冰醋酸或盐酸调节pH至3.0～5.0，所得溶液在70～90℃条件下加热搅拌1～2h；之后将上述溶液冷却室温后进行真空抽滤洗涤操作，直至上述溶液呈中性；步骤2：重复步骤1操作4～6次，直至木粉或竹粉变成白色；步骤3：将上述白色的木粉或竹粉溶于氢氧化钾溶液中，在80～90℃，处理2～3h，待上述溶液冷却至室温后进行真空抽滤洗涤操作至滤液中性；其中氢氧化钾溶液的质量分数为6～10％；步骤4：重复步骤1操作1次，即得纯化纤维素待用；步骤5：对纯化纤维素进行细纤维化作用得到纳米纤维素；步骤6：将纳米纤维素冷冻干...

【专利技术属性】
技术研发人员：方露，李大纲，陈楚楚，王海莹，范晓宁，杨文文，莫弦丰，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32