本公開(kāi)涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種中空芯材的制備方法和中空芯材及其在制備汽車結(jié)構(gòu)件的用途。
背景技術(shù)：
：復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空、建筑、汽車等領(lǐng)域。纖維復(fù)合材料作為近年突飛猛進(jìn)發(fā)展的新型材料，由于特殊的物理性質(zhì)及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，尤其是出色的質(zhì)輕、高強(qiáng)度，已在工程上被廣泛地使用?，F(xiàn)有復(fù)合材料內(nèi)部多為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其在隔熱、隔音、減震等方面效果并不理想?？招牟Ａ⑶蚓哂忻芏刃?、模量高、耐高溫和導(dǎo)熱因數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)常用于樹(shù)脂填充改性制備復(fù)合材料的新型功能性無(wú)機(jī)填充材料。將空心玻璃微球填充樹(shù)脂不僅可以增加復(fù)合材料的耐磨、抗壓和阻燃等性能，而且其球形表面可以提高材料的加工流動(dòng)性，降低材料密度。另外，空心玻璃微球的表面光澤度好，可以增加制品的表面光澤，減少表面污垢吸附。其來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，對(duì)制備輕量化的新型復(fù)合材料有重要意義。但是采取現(xiàn)有工藝制備空心玻璃微球復(fù)合材料，其減重效果不明顯，達(dá)不到輕量化要求，且復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能有待提高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本公開(kāi)的目的是提供一種中空芯材的制備方法，該方法提供了一種密度更小、強(qiáng)度更高的中空芯材的制備方法，可以解決現(xiàn)有的制備方法制備的含有空心玻璃微球的復(fù)合材料密度降低不明顯，材料強(qiáng)度不高的技術(shù)問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開(kāi)提供一種中空芯材的制備方法，所述中空芯材含有基體樹(shù)脂、增強(qiáng)纖維和空心玻璃微球，該中空芯材的制備方法包括：(1)使所述基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維混合后經(jīng)擠出加熱熔融得到熔融材料；(2)在熔融狀態(tài)下向擠出后的所述熔融材料內(nèi)加入空心玻璃微球，并使空心玻璃微球與熔融材料混合均勻，得到熔融狀態(tài)的混合料；(3)使所述混合料進(jìn)行吹塑成型，得到所述中空芯材。本公開(kāi)還提供采用上述制備方法制得的中空芯材。本公開(kāi)還提供上述中空芯材在制備汽車結(jié)構(gòu)件的用途。通過(guò)上述技術(shù)方案，本公開(kāi)的制備方法通過(guò)調(diào)整在樹(shù)脂基體中加入空心玻璃微球的加料時(shí)機(jī)，避免空心玻璃微球在擠出加熱熔融過(guò)程中被剪切力破碎，使中空芯材中的空心玻璃微球破碎率降低，從而進(jìn)一步降低了中空芯材的密度，提高強(qiáng)度。本公開(kāi)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。附圖說(shuō)明附圖是用來(lái)提供對(duì)本公開(kāi)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開(kāi)，但并不構(gòu)成對(duì)本公開(kāi)的限制。在附圖中：圖1是本公開(kāi)提供的中空芯材的制備方法的一種具體實(shí)施方式所采用的裝置的示意圖。圖2是本公開(kāi)提供的中空芯材的制備方法的一種具體實(shí)施方式制備的中空芯材的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1螺桿擠出機(jī)2空心玻璃微球添加口3儲(chǔ)料裝置4吹塑成型機(jī)5推桿6進(jìn)料口7模具具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本公開(kāi)，并不用于限制本公開(kāi)。本公開(kāi)提供一種中空芯材的制備方法，所述中空芯材含有基體樹(shù)脂、增強(qiáng)纖維和空心玻璃微球，該中空芯材的制備方法包括：(1)使所述基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維混合后經(jīng)擠出加熱熔融得到熔融材料；(2)在熔融狀態(tài)下向擠出后的所述熔融材料內(nèi)加入空心玻璃微球，并使空心玻璃微球與熔融材料混合均勻，得到熔融狀態(tài)的混合料；(3)使所述混合料進(jìn)行吹塑成型，得到所述中空芯材。本公開(kāi)的制備方法通過(guò)調(diào)整在樹(shù)脂基體中加入空心玻璃微球的加料時(shí)機(jī)，避免空心玻璃微球在擠出加熱熔融過(guò)程中被剪切力破碎，使中空芯材中的空心玻璃微球破碎率降低，從而進(jìn)一步降低了中空芯材的密度，提高強(qiáng)度。根據(jù)本公開(kāi)，中空芯材的基體樹(shù)脂種類沒(méi)有特別的要求，可以為任何種類適用于吹塑成型的樹(shù)脂，樹(shù)脂的性能也沒(méi)有特別的要求，優(yōu)選情況下，為了滿足吹塑成型的樹(shù)脂流動(dòng)性要求，樹(shù)脂的熔融指數(shù)可以為0.2-1.5g/10min范圍內(nèi)。具體地，基體樹(shù)脂可以為復(fù)合材料領(lǐng)域常用的樹(shù)脂種類，例如，基體樹(shù)脂可以為選自聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一種。優(yōu)選情況下，基體樹(shù)脂可以為適于吹塑成型的聚乙烯和/或聚丙烯。其中，聚乙烯可以為選自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中的至少一種；聚丙烯可以為選自等規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯和無(wú)規(guī)聚丙烯中的至少一種。在根據(jù)本公開(kāi)的方法中，增強(qiáng)纖維的種類沒(méi)有特別的要求，可以為復(fù)合材料領(lǐng)域常用的增強(qiáng)纖維種類，例如，增強(qiáng)纖維可以為選自碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維和玻璃纖維中的一種或幾種。上述種類的增強(qiáng)纖維強(qiáng)度高且與樹(shù)脂基體的相容性較好，可以有效地提高中空芯材的強(qiáng)度。根據(jù)本公開(kāi)，基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維的相對(duì)用量可以在很大范圍內(nèi)變化，優(yōu)選情況下，相對(duì)于100重量份基體樹(shù)脂，增強(qiáng)纖維的用量可以為10-40重量份。在上述優(yōu)選的用量范圍內(nèi)，可以得到密度更低且強(qiáng)度更高的中空芯材。根據(jù)本公開(kāi)，增強(qiáng)纖維的長(zhǎng)度也可以在很大范圍內(nèi)變化，只要滿足增強(qiáng)纖維起到增強(qiáng)作用，且可以在所述復(fù)合材料中分散均勻即可。例如，增強(qiáng)纖維可以為短切纖維，優(yōu)選情況下，增強(qiáng)纖維的長(zhǎng)度可以為0.2-0.8mm。在上述優(yōu)選的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，增強(qiáng)纖維與基體樹(shù)脂的相容性好，且對(duì)中空芯材的增強(qiáng)作用明顯。為了提高基體樹(shù)脂和復(fù)合纖維進(jìn)行擠出加熱熔融的效率，優(yōu)選地，本公開(kāi)的方法可以包括：使基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維混合后進(jìn)入螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出加熱熔融，得到所述熔融材料。所述螺桿擠出機(jī)可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，例如可以為單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)。根據(jù)本公開(kāi)，擠出加熱熔融的反應(yīng)條件可以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的樹(shù)脂和/或復(fù)合材料進(jìn)行擠出加熱熔融的常規(guī)反應(yīng)條件，只要滿足可以使上述基體樹(shù)脂熔融并與增強(qiáng)纖維混合均勻即可，例如，擠出加熱熔融可以在螺桿擠出機(jī)上完成，擠出加熱熔融的溫度優(yōu)選為180-220℃。在根據(jù)本公開(kāi)的制備方法中，使基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維混合后經(jīng)擠出加熱熔融的方法沒(méi)有特別的要求，例如，在本公開(kāi)的一種實(shí)施例中，可以使所述基體樹(shù)脂在熔融狀態(tài)下與增強(qiáng)纖維混合均勻后進(jìn)行擠出加熱熔融得到熔融材料，即熔融狀態(tài)下的基體樹(shù)脂與增強(qiáng)纖維混合均勻后，含有基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維的熔融混合物不經(jīng)擠出造粒的步驟而直接作為熔融材料進(jìn)行步驟(2)的制備過(guò)程。在本公開(kāi)的另一實(shí)施方式中，可以使增強(qiáng)纖維改性樹(shù)脂進(jìn)行擠出加熱熔融得到熔融材料，其中，增強(qiáng)纖維改性樹(shù)脂中可以含有基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維，增強(qiáng)纖維改性樹(shù)脂可以由基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維在熔融狀態(tài)下混合后經(jīng)擠出造粒的方法制得，也就是說(shuō)，在這一實(shí)施方式中，可以先將基體樹(shù)脂與增強(qiáng)纖維熔融混合均勻后擠出造粒得到增強(qiáng)纖維改性樹(shù)脂，再將增強(qiáng)纖維改性樹(shù)脂直接加熱熔融用作熔融材料進(jìn)行步驟(2)的制備過(guò)程。根據(jù)本公開(kāi)，所述空心玻璃微球?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，為一種中空密閉的球體、粉末狀的填充材料。其密度、尺寸和耐壓性能可以在很大范圍內(nèi)變化，在根據(jù)本公開(kāi)的制備方法中，可以根據(jù)所制備的芯材的減重和性能需求進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選情況下，空心玻璃微球的密度可以為0.3-0.6g/cm3，空心玻璃微球的直徑可以為20-40μm；空心玻璃微球的耐壓強(qiáng)度可以為高于6000PSI。在上述優(yōu)選的范圍內(nèi)，空心玻璃微球可以起到減輕中空芯材的整體重量、降低材料成本，以及提高中空芯材的力學(xué)性能的作用。根據(jù)本公開(kāi)，空心玻璃微球的用量可以為復(fù)合材料制備領(lǐng)域填料的常規(guī)用量，空心玻璃微球的用量也可以根據(jù)所制備的芯材的減重和性能需求進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選情況下，相對(duì)于100重量份基體樹(shù)脂，空心玻璃微球的加入量可以為3-15重量份?？招牟Ａ⑶蛟谏鲜鰞?yōu)選的用量范圍內(nèi)，可以在提高或保持中空芯材的力學(xué)性能的前提下，有效降低中空芯材的密度和整體重量，達(dá)到良好的減重效果。在根據(jù)本公開(kāi)的制備方法中，使空心玻璃微球加入到經(jīng)過(guò)擠出加熱熔融的熔融材料中，可以避免將空心玻璃微球與基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維共同進(jìn)行擠出加熱熔融時(shí)由于受到螺桿等擠出設(shè)備的強(qiáng)烈剪切力造成的空心玻璃微球的大量破碎。為了進(jìn)一步提高空心玻璃微球與基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維熔融材料混合的均勻程度，在本公開(kāi)的制備方法中，可以使熔融材料進(jìn)入儲(chǔ)料裝置，使空心玻璃微球在儲(chǔ)料裝置中與熔融材料混合均勻得到熔融狀態(tài)的混合料。在本公開(kāi)的一種實(shí)施方式中，如圖1所示，可以使基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維在螺桿擠出機(jī)1中熔融塑化、混合均勻，得到熔融材料進(jìn)入儲(chǔ)料裝置3，并使空心玻璃微球在儲(chǔ)料裝置3中與上述熔融材料混合均勻得到混合料，例如，空心玻璃微球從位于螺桿塑化區(qū)域之后的玻璃微球添加口2加入儲(chǔ)料裝置3中。優(yōu)選地，儲(chǔ)料裝置3中可以設(shè)置有攪拌裝置，便于空心玻璃微球與熔融材料進(jìn)一步混合均勻。在上述實(shí)施方式中，空心玻璃微球在含有基體樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維的儲(chǔ)料裝置分散地更均勻，可以提高制備得到的中空芯材的力學(xué)性能。進(jìn)一步優(yōu)選地，儲(chǔ)料裝置3還可以設(shè)有推桿5，便于控制進(jìn)入吹塑成型步驟的混合料的用量，提高吹塑成型的精度和成型的中空芯材的質(zhì)量。根據(jù)本公開(kāi)，吹塑成型的含義為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，是借助于氣體壓力使閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法。具體地可以包括擠出吹塑成型、注射吹塑成型、拉伸吹塑成型、多層吹塑成型、壓制吹塑成型、蘸涂吹塑成型、發(fā)泡吹塑成型和三維吹塑成型中的至少一種。其中，為了節(jié)省設(shè)備成本、提高生產(chǎn)效率，優(yōu)選情況下，本公開(kāi)的制備方法中所述吹塑成型可以為擠出吹塑成型。根據(jù)本公開(kāi)，擠出吹塑成型的具體反應(yīng)條件可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)條件，其中，為了使擠出吹塑成型產(chǎn)品的壁厚更為均勻，提高成型精度，優(yōu)選地，擠出吹塑成型的吹氣壓力可以為0.2-0.7MPa。本公開(kāi)還提供采用上述制備方法制得的中空芯材。本公開(kāi)還提供上述中空芯材在制備汽車結(jié)構(gòu)件的用途。上述中空芯材可以用于制備含有芯材的夾心結(jié)構(gòu)的汽車結(jié)構(gòu)件，也可以在取芯法制備中空汽車結(jié)構(gòu)件時(shí)，作為汽車結(jié)構(gòu)件成型后從結(jié)構(gòu)件取出的循環(huán)芯材使用。以下通過(guò)實(shí)施例詳細(xì)描述本公開(kāi)，但是本公開(kāi)并不因此而受到任何限制。在本公開(kāi)的下述實(shí)施例中，使用華泰HT-65型吹塑機(jī)，并按圖1所示對(duì)其進(jìn)行改造，增加玻璃微球進(jìn)料口及儲(chǔ)料箱內(nèi)攪拌裝置，空心玻璃微球?yàn)?M公司的iM16K，空心玻璃微球的密度為0.46g/cm3，直徑為24μm，耐壓強(qiáng)度為16500PSI。中空芯材的結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)施例1本實(shí)施例用于說(shuō)明本公開(kāi)的中空芯材制備方法，本實(shí)施例中，基體樹(shù)脂為聚乙烯(巴塞爾ACP6031D)，增強(qiáng)纖維為碳纖維使用碳纖維零部件裁切余料粉碎制備，長(zhǎng)度0.2-0.8mm，碳纖維原絲購(gòu)自東麗公司，牌號(hào)為T(mén)300。如圖1所示，使100重量份基體樹(shù)脂和20重量份增強(qiáng)纖維混合均勻后在螺桿擠出機(jī)1中熔融塑化、混合均勻，擠出加熱熔融溫度210℃，得到熔融材料進(jìn)入儲(chǔ)料裝置3，并使15重量份空心玻璃微球在儲(chǔ)料裝置3中與上述熔融材料在熔融狀態(tài)下混合均勻得到熔融狀態(tài)的混合料，通過(guò)推桿5使混合料進(jìn)入吹塑成型機(jī)4，通過(guò)吹塑機(jī)的機(jī)頭射嘴將混合料送入模具7的模腔內(nèi)，混合料超過(guò)模具模腔容積10％后，開(kāi)啟機(jī)頭射嘴上的進(jìn)氣口向模具模腔內(nèi)吹入高壓氣體，吹氣壓力為0.2MPa，推動(dòng)混合料流動(dòng)填充模具模腔，混合熔融物超過(guò)模具模腔容積30％后，關(guān)閉機(jī)頭射嘴，停止向模具模腔內(nèi)送入混合料，混合料冷卻后關(guān)閉機(jī)頭射嘴上的進(jìn)氣口，關(guān)閉模具7，成型得到本實(shí)施例的中空芯材。實(shí)施例2采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，增強(qiáng)纖維的用量為10重量份。實(shí)施例3采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，空心玻璃微球的用量為5重量份。實(shí)施例4采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，擠出加熱熔融的溫度為190℃。實(shí)施例5采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，擠出吹塑成型的吹氣壓力為0.7MPa。實(shí)施例6采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，增強(qiáng)纖維為玻璃纖維，泰山玻纖的TCR736。實(shí)施例7采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，基體樹(shù)脂為聚丙烯(?？松梨诘?031E2)。實(shí)施例8采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，使碳纖維改性聚乙烯樹(shù)脂在螺桿擠出機(jī)中熔融塑化、混合均勻，得到熔融材料。碳纖維改性聚乙烯樹(shù)脂中含有100重量份聚乙烯和20重量份碳纖維。對(duì)比例1采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，將空心玻璃微球替換為等重量的聚乙烯樹(shù)脂。對(duì)比例2采用與實(shí)施例1相同的方法和材料制備中空芯材，所不同的是，空心玻璃微球由圖1所示的進(jìn)料口加入。測(cè)試實(shí)施例1分別對(duì)實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-3中得到的中空芯材的重量和屈服強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，拉伸模量的測(cè)試方法參照ASTMD638標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果列于表1。表1重量/kg拉伸模量/MPa實(shí)施例11.603342實(shí)施例21.532675實(shí)施例31.703413實(shí)施例41.603361實(shí)施例51.583374實(shí)施例61.622571實(shí)施例71.583285實(shí)施例81.603395對(duì)比例11.833486對(duì)比例21.783462根據(jù)表1，從實(shí)施例1與對(duì)比例1的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，與不含有空心玻璃微球的中空芯材相比，采用本公開(kāi)的制備方法得到的含有空心玻璃微球的中空芯材強(qiáng)度相當(dāng)且重量大幅度降低；從實(shí)施例1與對(duì)比例2的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，與使空心玻璃微球與樹(shù)脂基體和增強(qiáng)纖維共同進(jìn)入熔融擠出的方法相比，本公開(kāi)的制備方法在熔融擠出過(guò)程之后再加入空心玻璃微球，在強(qiáng)度變化不大的情況下，得到的中空芯材重量更輕。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本公開(kāi)并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本公開(kāi)的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本公開(kāi)的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本公開(kāi)的保護(hù)范圍。另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本公開(kāi)對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。此外，本公開(kāi)的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本公開(kāi)的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本公開(kāi)所提供的內(nèi)容。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3