汽車保險杠專用聚丙烯樹脂的開發(fā)

周健，周力

（中國石油化工股份有限公司揚子石化分公司塑料廠，江蘇省南京市 210048）

汽車保險杠專用聚丙烯樹脂的開發(fā)

周健，周力

（中國石油化工股份有限公司揚子石化分公司塑料廠，江蘇省南京市 210048）

在Innovene工藝聚丙烯（PP）裝置上成功開發(fā)了汽車保險杠專用PP樹脂K9015，產(chǎn)品主要性能指標達到要求：熔體流動速率為17.9 g/10 min,彎曲模量為660 MPa，拉伸屈服強度為17.7 MPa，懸臂梁缺口沖擊強度（-20℃）為660 MPa，熱變形溫度（0.45 MPa）為92℃。

聚丙烯 汽車保險杠 專用樹脂 開發(fā)

汽車用合成樹脂主要以聚丙烯（PP）為主，且80%以上用于生產(chǎn)汽車保險杠。目前，國外小轎車保險杠專用樹脂主要采取三種方法制備：1）將共聚PP與三元乙丙橡膠（EPDM）共混；2）用丙烯-乙烯嵌段共聚物（EPM）與聚烯烴熱塑性彈性體共混；3）采用橡膠質(zhì)量分數(shù)高達35%的抗沖擊型PP與EPM共混。雖然EPDM對PP有良好的增韌效果，但其價格較高，流動性不好[1]。目前，國外汽車保險杠專用PP樹脂的主要技術指標見表1[2-3]。本研究采用丙烯與乙烯共聚合工藝在工業(yè)反應器中直接生產(chǎn)出汽車保險杠專用PP基礎樹脂。

表1 國外汽車保險杠專用PP的技術指標Tab.1Overseas technical indicators of the special PP resins for automobile bumper

1 K9015研發(fā)背景

中國石油化工股份有限公司（簡稱中石化）揚子石化分公司（簡稱揚子石化）塑料廠PP裝置采用氣相Innovene工藝，設計生產(chǎn)能力為200 kt/a。以氫氣為相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑，采用齊格勒-納塔高效催化劑，三乙基鋁為助催化劑，硅烷為外給電子體，丙烯單體在近似活塞流的氣相臥式釜中聚合。該工藝操作簡單、開停方便、產(chǎn)量高、能耗低，產(chǎn)品過渡快，放空時不含大量液態(tài)丙烯，安全性和環(huán)保性好。

汽車保險杠專用PP是汽車用合成樹脂中前景很好的一個品種，開發(fā)的關鍵：一是汽車保險杠對材料的力學性能要求較高，要求材料的懸臂梁缺口沖擊強度須達到45 J/m以上，以保證保險杠的低溫韌性；二是對材料流動性要求高，這是因為汽車保險杠成型面積大，成型時熔體料的流程長，只有流動性良好的原料才能保證成型順利，制品有很好的外觀；三是制品必須有較高的剛性，這樣可減少保險杠厚度，減輕制品質(zhì)量。工業(yè)裝置生產(chǎn)汽車保險杠專用樹脂就必須圍繞這三點進行，可通過調(diào)整PP中共聚單體含量提高沖擊強度，控制聚合物熔體流動速率（MFR）滿足流動性的要求。但PP中共聚單體含量高將降低PP剛性，生產(chǎn)中必須兼顧樹脂的剛韌平衡。

擬開發(fā)的汽車保險杠專用PP樹脂牌號為K9015，設計共聚單體質(zhì)量分數(shù)為15%左右，MFR在左右。較高的共聚單體含量能夠顯著提高產(chǎn)品的抗低溫沖擊性能，但是也容易造成聚合釜內(nèi)粉末發(fā)黏，流動性變差，因此，控制聚合工藝參數(shù)尤為重要。

2 K9015產(chǎn)品質(zhì)量指標

根據(jù)經(jīng)驗及裝置的運行狀況，確定K9015的產(chǎn)品質(zhì)量指標見表2。

表2 K9015產(chǎn)品質(zhì)量指標Tab.2Product quality indices of K9015

3 工業(yè)化生產(chǎn)

K9015的生產(chǎn)開發(fā)前期與專利商合作，由專利商提供最基礎數(shù)據(jù)開始，共進行了5次試生產(chǎn)。開發(fā)前期，產(chǎn)品的抗沖擊性能高，但剛性不足，負荷變形溫度偏低，裝置穩(wěn)定生產(chǎn)難度較大，生產(chǎn)負荷較低。自第二次試生產(chǎn)開始，與中石化北京化工研究院合作攻關，優(yōu)化了工藝參數(shù)，摸索出適合K9015的生產(chǎn)技術路線，既保證了優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量，又滿足了裝置長周期穩(wěn)定生產(chǎn)的需要。自2004年8月到2007年5月，5次共生產(chǎn)K9015產(chǎn)品11.744 kt，裝置連續(xù)生產(chǎn)周期突破6天，達到了工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。

3.1 首次工業(yè)化生產(chǎn)

2004年8月首次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)K9015產(chǎn)品1.700 kt。從轉(zhuǎn)產(chǎn)到產(chǎn)出MFR合格的產(chǎn)品耗時約24 h，裝置穩(wěn)定生產(chǎn)難度較大，主要表現(xiàn)為：聚合物粉末流動性差，出料不暢，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)負荷較低。最終產(chǎn)品經(jīng)測試顯示了較高的抗沖擊性能，但剛性不足。

3.2 第二次工業(yè)化生產(chǎn)

2005年5月進行了第二次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)產(chǎn)品本次試生產(chǎn)縮短了從轉(zhuǎn)產(chǎn)到產(chǎn)出合格MFR產(chǎn)品的過渡時間，僅用12 h，聚合控制穩(wěn)定。在生產(chǎn)中試驗了不同的加氫工藝路線，找到了合適的控制粉末流動性的方法，同時找到了改善產(chǎn)品沖擊強度和彎曲模量以及負荷變形溫度等性能的途徑。

3.3 第三次工業(yè)化生產(chǎn)

2005年12月第三次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)1.634 kt產(chǎn)品。這次試生產(chǎn)過渡時間增加，轉(zhuǎn)產(chǎn)開始14 h后產(chǎn)出合格產(chǎn)品。本次采用了第二次試生產(chǎn)的聚合控制模式，獲得了較好的粉末流動性。在造粒過程優(yōu)化了擠壓機工藝，同時對助劑進行了復配，提高了助劑添加穩(wěn)定性，解決了第二次試生產(chǎn)中助劑添加波動的問題。本次試生產(chǎn)得到的產(chǎn)品在不降低抗沖擊性能的情況下，提高了彎曲模量和負荷變形溫度，改善了K9015的綜合性能。

3.4 第四次工業(yè)化生產(chǎn)

2006年2月第四次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)2.842 kt產(chǎn)品，與以往的K9015生產(chǎn)相比取得了技術突破，不僅找到了最佳的聚合加氫控制模式同時也確定了復配助劑的添加比例，最終實現(xiàn)了工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良的平衡。此次連續(xù)生產(chǎn)超過6天，而且生產(chǎn)終止時裝置運行情況良好。本次試生產(chǎn)在造粒過程添加了新型助劑，該助劑通過螺桿秤進行加料，生產(chǎn)過程中加料均勻。

3.5 第五次工業(yè)化生產(chǎn)

2007年5月第五次試生產(chǎn)，此次K9015生產(chǎn)延續(xù)了2006年2月成功生產(chǎn)的模式，聚合控制中逐步調(diào)整氫氣加入比例，控制第一、第二反應器中PP粉末的MFR，進一步優(yōu)化了造粒參數(shù)。產(chǎn)品質(zhì)量與2006年2月試生產(chǎn)相比具有很好的重復性，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，部分性能（如彎曲模量及負荷變形溫度）有所提高。

3.6 K9015生產(chǎn)控制要點

經(jīng)過5次試生產(chǎn)的摸索，積累了經(jīng)驗，可以實現(xiàn)各工藝參數(shù)的穩(wěn)定控制。最終確定了主要工藝控制要點。

3.6.1 MFR的控制

采取不同的加氫方式，參照n（H2）/n（C3H6）及粉末的分析數(shù)據(jù)控制最終PP粉料MFR，直至達到目標要求。

在粉料MFR控制的基礎上通過在造粒系統(tǒng)加入過氧化物（加入量根據(jù)顆粒MFR的分析結果調(diào)整），最終將K9015顆粒產(chǎn)品的MFR控制在合適范圍。

3.6.2 產(chǎn)品橡膠中乙烯含量的控制

參照第二反應器系統(tǒng)n（C2H4）/n（C3H6）以及分析測得的粉末乙烯含量值調(diào)整乙烯加入量，將其控制在合適范圍。

3.6.3 總乙烯含量的控制

通過第二反應器與第一反應器產(chǎn)率比以及化驗分析測得的總乙烯含量調(diào)整乙烯加入量，將w（C2H4）控制在合適值。

3.6.4 造粒系統(tǒng)的控制

調(diào)節(jié)擠壓機筒體溫度，模板溫度，節(jié)流閥開度，切刀壓力，切刀轉(zhuǎn)速等參數(shù)，可以穩(wěn)定造粒系統(tǒng)運行。

4 產(chǎn)品的應用

4.1 與國外同類產(chǎn)品性能對比

從表3看出：除了剛性稍差和負荷變形溫度稍低外，K9015的其他各項性能都可與國外同類產(chǎn)品抗衡。尤其K9015的MFR較高，可使加工時的流動性好，成型范圍寬。-30～23℃時K9015的懸臂梁缺口沖擊強度較高，韌性好，特別適合做汽車保險杠材料。K9015的剛性不足是該產(chǎn)品與國外同類樹脂的差距，這與它的MFR較高和韌性較好有關。MFR較高和韌性較好都會造成樹脂的剛性較差，因此，今后的生產(chǎn)中應繼續(xù)改進助劑配方或工藝以達到產(chǎn)品韌性和剛性的平衡。

表3 K9015與國外同類產(chǎn)品力學性能對比Tab.3Mechanical property comparison between K9015 and its overseas counterparts

4.2 K9015系列專用料市場開發(fā)狀況

以K9015為基料成功開發(fā)了日系汽車的代表車型——海南馬自達的保險杠專用料，已進入正常供貨階段。采用K9015與各種功能母粒直接配混用于歐系汽車的代表車型——標致307的前后保險杠生產(chǎn)，已進入工業(yè)化。以K9015為基料，成功開發(fā)了適用于歐系汽車——標致307的耐候、著色功能母粒。

4.3 產(chǎn)品應用試驗

將揚子石化生產(chǎn)的共聚PP K9015專用樹脂分別在江陰江南模塑集團汽車飾件系統(tǒng)有限公司、上海延鋒—韋氏通汽車飾件系統(tǒng)有限公司及德國Decom Gmbh公司進行了普通桑塔納保險杠、帕薩特B5前后保險杠、POLOGP轎車保險杠及德國大眾集團商用車T5前保險杠等的成型試驗。各成型試驗過程順利，與原使用的專用樹脂生產(chǎn)的轎車的前、后保險杠的注射工藝條件相近；利用K9015注射的幾種車型保險杠外觀均可滿足試驗及裝車要求；漆膜剝離強度檢驗合格；K9015的收縮率稍大，注塑產(chǎn)品尺寸與標準要求有一定偏差。在福州華聯(lián)汽車配件有限公司進行了吉利金剛汽車前保險杠樣品制備，成型順利，外觀和性能符合吉利金剛保險杠的要求。

5 結語

PP K9015的研制開發(fā)填補了國內(nèi)高檔汽車專用料的空白，產(chǎn)品技術性能達到國際先進水平，完全能夠滿足國內(nèi)汽車行業(yè)應用的需要。該牌號的開發(fā)成功能夠替代進口，不僅可為揚子石化創(chuàng)造經(jīng)濟效益，而且符合我國汽車行業(yè)的發(fā)展方向。

K9015不僅具有高的流動性和高抗沖擊性能，而且還具有較佳的性韌與剛性的平衡，適用于要求高抗沖擊性能的汽車保險杠制件的注塑。不足之處是由于和傳統(tǒng)的共混改性材料在收縮率方面有差距，尚不能直接取代當前使用的共混改性材料，還需開發(fā)新的模具。

[1]江梅，王清國，聶華.汽車塑料及其制品的發(fā)展[J]，汽車工藝與材料，2005（4）：37-41.

[2]鐘明強.PP汽車保險杠材料的研究開發(fā)進展[J]，上海塑料，2006（4）：41-46.

[3]王躍.聚丙烯汽車保險杠的應用與開發(fā)進展[J]，塑料,2001，30（3）；11-18.

Development of special polypropylene resin for automobile bumper

Zhou Jian,Zhou li
（Plastic Plant of Yangzi Company,SINOPEC,Nanjing 210048,China）

The special polypropylene(PP)resin for automobile bumper,K9015,was developed successfully in a PP plant using Innovene technology.The main properties of the resin product met the requirements,as verified by the melt flow rate of 17.9 g/10 min,flexural modulus of 660 MPa,tensile strength at yield of 17.7 MPa,notched Izod impact strength of 660 MPa at-20℃,and heat distortion temperature of 92℃at 0.45 MPa.

polypropylene;automobile bumper;special resin

TQ 325.1+4

B

1002-1396（2012）04-0045-04

2012-01-30。

2012-04-28。

周健，1970年出生，工程師，1993年畢業(yè)于江蘇化工學院，現(xiàn)從事聚丙烯生產(chǎn)技術管理工作。聯(lián)系電話：（025）57782701；E-mail:zhoujian.yzsh@sinopec. com。

（編輯：劉楓閣）