本發(fā)明屬于高分子復合材料技術(shù)領域，特別涉及一種適于表面噴涂的形狀記憶聚丙烯復合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車輕量化成為汽車行業(yè)發(fā)展的一個趨勢，因此越來越多的汽車零部件采用塑料來替代金屬，減輕汽車重量。另外汽車保險杠在使用過程中難免經(jīng)受外力沖擊，有時會產(chǎn)生不可回復的變形，此時保險杠的可回復特性尤為重要。
形狀記憶高分子材料近些年來的發(fā)展突飛猛進，其中熱致形狀記憶高分子材料是其中的重點。高分子材料要達到形狀記憶功能，必須具有固定相和可逆相兩種相態(tài)，當形狀記憶高分子產(chǎn)生形變時，升高溫度，可逆相的分子鏈段開始解凍，產(chǎn)生的形變在內(nèi)應力的作用下回復到起始狀態(tài)，而固定相此時起著物理交聯(lián)點固定形狀的作用。
董保健、李樹材等人的《PP/PET/POE-g-MAH形狀記憶合金的制備與性能研究》一文中，以POE-g-MAH作為PP/PET共混體系反應性增容劑，采用熔融共混法制備出一種具有物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)的PP/PET熱致形狀記憶共混合金。增容劑POE-g-MAH的加入增大了PP和PET兩者之間的界面粘結(jié)力，有助于提高共混合金的形狀記憶性能和力學性能，并保持了共混合金良好的耐熱性能。
氣凝膠（aerogel）是一種輕質(zhì)、多孔、非晶態(tài)的固體材料，顆粒尺寸介于1-100 nm之間，是典型的納米材料，其孔隙率可達80%-99.8%，具有非常優(yōu)異的性能，其密度最低達1kg/m3。聚合物交聯(lián)的二氧化硅氣凝膠具有優(yōu)良的韌性和一定的強度，氣凝膠內(nèi)部的微粒結(jié)構(gòu)包含初次粒子和二次粒子，聚合物交聯(lián)的效果相當于在凝膠表面形成了一層“涂層”，“涂層”的存在使得二次粒子之間有一定的緩沖作用，當施加一定的外力時，二次粒子之間會發(fā)生滑移，而初次粒子保持不變，當外力撤除時，樣品能回復到原來的形狀。
因此，本發(fā)明研究利用二氧化硅氣凝膠開發(fā)一種用于汽車保險杠的質(zhì)輕、高彈性、具有形狀記憶的聚丙烯復合材料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種適于表面噴涂的形狀記憶聚丙烯復合材料，具有優(yōu)異的形狀記憶性能，外力作用下產(chǎn)生的形變可通過加熱來回復，滿足汽車保險杠材料對形狀記憶的要求。
一種適于表面噴涂的形狀記憶聚丙烯復合材料，由以下重量份的原料組成：聚丙烯45-65份，正硅酸甲酯12-17份，3-氨丙基三乙氧基硅烷4-9份，馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物3-6份，成核劑1-2份，抗氧劑168 0.5-2份，乙腈55-70份，去離子水15-22份，滑石粉4-8份，偶氮二異丁腈3-5份，苯乙烯22-30份，氯苯溶液適量，甲醇適量，硅烷偶聯(lián)劑1-3份，EVA 5-12份。
具體步驟如下：
（1）二氧化硅凝膠的制備：
將正硅酸甲酯、乙腈和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合成A溶液，去離子水和乙腈混合成B溶液，將A溶液冷卻至0℃以下，倒入B溶液中迅速攪拌混合均勻，置室溫中形成凝膠，老化放置3-4天，用甲醇洗滌得到二氧化硅濕凝膠，備用；
（2）制備聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠：
將二氧化硅濕凝膠置于溶于偶氮二異丁腈和苯乙烯的氯苯溶液，浸漬2-4天，轉(zhuǎn)移至氯苯溶液中，在70-75℃下反應22-25小時，用氯苯溶液洗滌兩次，接著用甲醇進行溶劑置換，超臨界干燥即可得到聚苯乙烯交聯(lián)的塊狀氣凝膠，球磨粉碎至尺寸在20-80目篩間，過篩得到聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠粉體；
（3）混合：
①、將聚丙烯、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、抗氧劑168、成核劑加入到攪拌機中攪拌均勻，之后加入步驟（2）得到的聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠粉體繼續(xù)攪拌30-50分鐘；
②、繼續(xù)加入硅烷偶聯(lián)劑、EVA攪拌15-20分鐘；
（4）將攪拌均勻的上述物料加入到平行雙螺桿擠出機的料斗中，共混熔融擠出造粒，得到一種適于表面噴涂的形狀記憶聚丙烯復合材料。
其中，所述雙螺桿擠出機的加工條件為，一區(qū)溫度為240-250℃，二區(qū)溫度為250-260℃，三區(qū)溫度為260-270℃，四區(qū)溫度為260-280℃，五區(qū)溫度為270-290℃，六區(qū)溫度為280-295℃。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：
（1）本發(fā)明使用3-氨丙基三乙氧基硅烷與正硅酸甲酯共聚，制備表面含有氨基的濕凝膠，然后與聚苯乙烯交聯(lián)，提高了二氧化硅氣凝膠的彈性、熱穩(wěn)定性，與聚丙烯材料的相容性，且氣凝膠密度前后變化不大，添加到保險杠用聚丙烯復合材料中可以減輕汽車重量，產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐熱性、回彈性。
（2）聚丙烯的熔融溫度在165℃左右，本發(fā)明使用聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠與聚丙烯擠出共混，賦予了聚丙烯形狀記憶的特性，并且聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠本身具有優(yōu)異的韌性，本發(fā)明產(chǎn)品作為汽車保險杠材料，一旦由于外部應力產(chǎn)生了形變，將其加熱至聚丙烯的熔點以上，樣品能回復到原來的形狀。
（3）由于EVA分子結(jié)構(gòu)與聚丙烯分子結(jié)構(gòu)相似，兩種物質(zhì)相容能形成均相，又由于 EVA 分子結(jié)構(gòu)中含有強極性羰基，增強了用其改性的聚丙烯基材與涂層的附著力，此外EVA分子鏈柔順，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增加了材料的耐低溫性能和抗沖擊性能。
具體實施方式
一種適于表面噴涂的形狀記憶聚丙烯復合材料，由以下重量份（公斤）的原料組成：聚丙烯60，正硅酸甲酯14，3-氨丙基三乙氧基硅烷8，馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物5，成核劑2，抗氧劑168 1，乙腈65，去離子水20，滑石粉6，偶氮二異丁腈4，苯乙烯28，氯苯溶液適量，甲醇適量，硅烷偶聯(lián)劑2，EVA 9。
具體步驟如下：
（1）二氧化硅凝膠的制備：
將正硅酸甲酯、乙腈和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合成A溶液，去離子水和乙腈混合成B溶液，將A溶液冷卻至0℃以下，倒入B溶液中迅速攪拌混合均勻，置室溫中形成凝膠，老化放置3天，用甲醇洗滌得到二氧化硅濕凝膠，備用；
（2）制備聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠：
將二氧化硅濕凝膠置于溶于偶氮二異丁腈和苯乙烯的氯苯溶液，浸漬3天，轉(zhuǎn)移至氯苯溶液中，在72℃下反應24小時，用氯苯溶液洗滌兩次，接著用甲醇進行溶劑置換，超臨界干燥即可得到聚苯乙烯交聯(lián)的塊狀氣凝膠，球磨粉碎至尺寸在80目篩間，過篩得到聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠粉體；
（3）混合：
①、將聚丙烯、馬來酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、滑石粉、抗氧劑168、成核劑加入到攪拌機中攪拌均勻，之后加入步驟（2）得到的聚苯乙烯交聯(lián)二氧化硅氣凝膠粉體繼續(xù)攪拌40分鐘；
②、繼續(xù)加入硅烷偶聯(lián)劑、EVA攪拌18分鐘；
（4）將攪拌均勻的上述物料加入到平行雙螺桿擠出機的料斗中，共混熔融擠出造粒，得到一種適于表面噴涂的形狀記憶聚丙烯復合材料。
其中，所述雙螺桿擠出機的加工條件為，一區(qū)溫度為240℃，二區(qū)溫度為255℃，三區(qū)溫度為265℃，四區(qū)溫度為270℃，五區(qū)溫度為280℃，六區(qū)溫度為295℃。
經(jīng)檢測性能數(shù)據(jù)如下：拉伸強度38MPa，斷裂伸長率308%，熱變形溫度（0.45MPa）114℃，形狀回復率97%，形狀回復溫度183℃，形狀回復響應時間≤100s。