超高抗沖聚丙烯汽車保險杠專用料SP179的開發(fā)

淳于宏源

(中沙(天津)石化有限公司生產(chǎn)部， 天津市 300271)

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超高抗沖聚丙烯汽車保險杠專用料SP179的開發(fā)

淳于宏源

(中沙(天津)石化有限公司生產(chǎn)部， 天津市 300271)

采用Spherizone工藝生產(chǎn)超高抗沖聚丙烯汽車保險杠專用料SP 179。分析了其結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及應(yīng)用，并與同類產(chǎn)品比較。SP 179具有高抗沖擊強度和彈性模量，SP 179的熔體流動速率為8～12 g/10 min，密度為0.9 g/cm3，簡支梁缺口沖擊強度(常溫)大于50 kJ/m2，拉伸彈性模量達800～850 MPa，各項指標達到進口同類產(chǎn)品水平。

聚丙烯; 汽車保險杠; 專用樹脂

0 前言

汽車在現(xiàn)代社會中已成為最主要交通工具之一,也是能源消耗大戶，西方工業(yè)發(fā)達國家大約50%的石油資源消耗在汽車上。據(jù)報導(dǎo)，汽車一般部件的質(zhì)量減輕1%，節(jié)約燃油達1%;運動部件的質(zhì)量減輕1%，節(jié)約燃油2%,因而汽車的輕量化對節(jié)約能源和環(huán)境保護有著重要意義。

汽車的輕量化離不開塑料化，因而汽車用塑料的消費量逐年增加[1-2]。上世紀80年代中期，美國每輛車用塑料109 kg，約占整車質(zhì)量的9.8%;日本每輛車為74.3 kg，約占整車質(zhì)量的6%，最新報導(dǎo)每輛車用塑料已達200 kg,約占整車質(zhì)量的15%。其中，汽車保險杠是最具代表性的 PP 汽車零部件[3]，自上世紀90年代以來，日本和歐洲生產(chǎn)的汽車,80%以上的保險杠是采用 PP注射成型的。目前，國外多采用彈性體改性 PP生產(chǎn)汽車保險杠，該保險杠已占汽車保險杠總用量的70%。

國內(nèi)汽車保險杠專用料在上世紀90年代以前完全是進口的,之后隨著齊魯石化、蘭州石化開發(fā)成功SP 179以后，國產(chǎn)原料逐漸有了一定市場份額。但由于受產(chǎn)能和工藝條件的限制，我國聚丙烯汽車保險杠專用料的產(chǎn)量遠遠不能滿足需求，一半以上仍依賴進口,這也引起國內(nèi)石化企業(yè)的重視[3]。

中沙天津石化的聚丙烯裝置引進了汽車保險杠專用料SP 179，具備了開發(fā)高性能、高附加值專用樹脂的優(yōu)勢。為滿足市場的需求，中沙天津石化成功開發(fā)了超高抗沖聚丙烯汽車保險杠專用料SP 179。

1 試驗

1.1 儀器與設(shè)備

自動熔融指數(shù)儀，意大利Ceast公司；

旋轉(zhuǎn)流變儀，奧地利Anton Paar GmbH公司；

沖擊試驗機，意大利Ceast公司；

拉力試驗機，美國Instron公司；

注射成型流變儀，Moldflow實驗室；

三維影像測量儀，美國OGP ；

三維坐標測量儀，美國HEXAGON公司；

HTF 90W2型注塑機，浙江寧波海天注塑機有限公司。

1.2 分析測試

熔體流動速率按GB/T 3682—2000測試;

拉伸性能按GB/T 1040.2—2006測試；

簡支梁缺口沖擊強度按GB/T 1043—2008測試；

負荷變形溫度按GB/T1634—2004測試;

彎曲性能按GB/T 9341—2000測試。

二甲苯可溶物(橡膠相)測定：將試樣在135 ℃下溶解30 min，在25 ℃下恒溫冷卻、結(jié)晶、過濾，取濾液,將溶劑蒸發(fā)，得到的固體干燥至恒重，稱重,即為25 ℃時二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 中試試驗

聚丙烯汽車保險杠專用料的開發(fā)有兩個技術(shù)難點:一是對材料力學(xué)性能的要求。要求專用料的懸臂梁缺口沖擊強度大于450 J/m，以保證產(chǎn)品的低溫韌性。二是對材料流動性的要求。汽車保險杠的成型面積比較大，必須具有良好的流動性，要求專用料的熔體流動速率必須達到5 g/10 min 以上，以保證成型的順利進行。

乙烯-丙烯共聚物(橡膠相)中的乙烯與聚丙烯均聚物(聚丙烯相)不相容，可形成一定程度的相分離，無定型的橡膠相分散在聚丙烯相中，在受到外力沖擊時，無定型的橡膠相能夠起到分散作用，賦予聚丙烯優(yōu)異的沖擊韌性，特別是低溫韌性。乙烯的質(zhì)量分數(shù)不同，分散效果也不同。

2.1.1 乙烯的質(zhì)量分數(shù)的影響

中試試驗制備了4種不同質(zhì)量分數(shù)的乙烯樣品，并分析二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)，如表1所示。由表1可知:隨著乙烯的質(zhì)量分數(shù)增加，樣品中二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)也增加。二甲苯可溶物可大大提高材料的韌性。這是因為分散的乙丙橡膠可作為應(yīng)力集中點，在材料受到?jīng)_擊時，橡膠周圍引發(fā)銀紋，并在其周圍支化，從而吸收大量的沖擊能量。乙烯的質(zhì)量分數(shù)越高，橡膠相的質(zhì)量分數(shù)也越高，這對提高材料的韌性也越有利。

表1 樣品中乙烯和二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)

抗沖聚丙烯中必須含有橡膠組分，以提高聚合物的韌性[4]，但是這也會造成聚合物的剛性下降，因此,為了保證產(chǎn)品具有較高的剛性，多相聚合物中的丙烯均聚物必須有很高的規(guī)整性，也就是在提高抗沖擊性能的同時仍有較高的強度。產(chǎn)品的分子鏈規(guī)整性一般是通過二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)表征的，二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)與抗沖擊性能的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)對抗沖聚丙烯的缺口沖擊強度與彎曲模量的影響

隨著二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)下降，逐步提高了分子鏈的規(guī)整度，產(chǎn)品的剛性逐漸下降，韌性逐漸升高。通過試驗確定二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)為25%，制得的抗沖聚丙烯的沖擊強度為237 J/m，彎曲模量為1.03 GPa。

2.1.2 熔體流動速率的影響

PP的熔體流動速率可通過在聚合過程中改變聚合體系中氫氣的濃度來調(diào)節(jié)，也可以在造粒過程中加入相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑來改變。試驗通過調(diào)節(jié)樣品A的熔體流動速率，考察了熔體流動速率與抗沖聚丙烯的抗沖擊性能的關(guān)系，如表2所示。

表2 熔體流動速率對抗沖聚丙烯力學(xué)性能的影響

由表2可知:隨著熔體流動速率的增加，樣品的抗沖擊性能顯著下降，拉伸性能和彎曲性能變化不大。圖2更直觀地表示了熔體流動速率與抗沖擊性能的關(guān)系。為了保證成型的順利進行，熔體流動速率必須達到5 g/10 min以上，但考慮到產(chǎn)品須具有較高的沖擊強度，試驗確定熔體流動速率為10 g/10 min左右。

2.2 試生產(chǎn)

根據(jù)中試結(jié)果，初步確定了如下的指標：熔體流動速率：(10±2.0) g/10 min，乙烯的質(zhì)量分數(shù)為12%～13%，二甲苯可溶物的質(zhì)量分數(shù)在25%左右，根據(jù)上述指標制備出樣品SP 179，并與國內(nèi)3種汽車保險杠專用樹脂(PP-1、PP-2、PP-3)的性能進行對比，如表3所示。

圖2 熔體流動速率與沖擊強度的關(guān)系

表3 SP 179與國內(nèi)汽車保險杠專用樹脂的性能對比

由表3可知:產(chǎn)品的各項性能指標均達到了國內(nèi)同類產(chǎn)品的指標。

2.3 產(chǎn)品的表征和測試

2.3.1 基礎(chǔ)性能測試

根據(jù)制定的指標，參考相關(guān)技術(shù)資料，開發(fā)生產(chǎn)了SP 179，并進行了性能測試和汽車保險杠加工試驗。

在裝置運行平穩(wěn)后，對擠壓機出料緩沖倉(試樣1、試樣2)和成品試樣分析，測試結(jié)果如表4所示。由表4可見：SP 179的熔體流動速率為9.02～9.78 g/10 min，彎曲模量達800 MPa以上，簡支梁缺口沖擊強度(23 ℃)大于40 kJ/m2，各項性能達到既定指標要求。

表4 SP 179抽樣檢測的性能指標

2.3.2 相態(tài)(AFM)分析

圖3為試生產(chǎn)的SP 179和國外同類產(chǎn)品的相態(tài)分析圖。由圖3可見：試生產(chǎn)的SP 179存在分布均勻、不同粒徑的橡膠粒子，與進口對比產(chǎn)品的相態(tài)趨于一致。綜上所述：試生產(chǎn)的SP 179達到了進口同類產(chǎn)品水平。

圖3 SP 179和進口產(chǎn)品的相態(tài)分析

3 市場驗證

試生產(chǎn)的超高抗沖聚丙烯汽車保險杠專用料SP 179經(jīng)華北地區(qū)多家汽車工廠使用，生產(chǎn)了多

種規(guī)格車用保險杠?？蛻舴从吃搶Ｓ昧系木C合性能優(yōu)秀，達到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品水平。

4 結(jié)語

(1) 利用多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器開發(fā)生產(chǎn)了超高抗沖聚丙烯汽車保險杠專用料SP 179，產(chǎn)品具有高抗沖擊強度，熔體流動速率為8～12 g/10 min，密度為0.900 g/cm3，簡支梁缺口沖擊強度(常溫)大于50 kJ/m2，彎曲模量達800～850 MPa，SP 179專用料已達到國外同類產(chǎn)品水平。

(2) 超高抗沖聚丙烯汽車保險杠專用料SP 179，從AFM圖片可看到其橡膠粒徑小，分別均勻；產(chǎn)品在提高韌性的同時保持一定的剛性，使兩者達到了平衡，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

(3) SP 179在國內(nèi)知名汽車企業(yè)大量試用，擠出成型性能良好，工藝穩(wěn)定，成品外觀光潔、光滑，滿足了客戶的要求。

(4) 專用料未來還可以推廣至兒童推車、安全座椅等領(lǐng)域，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

[1] 劉星，孫顏文. 汽車用聚丙烯開發(fā)應(yīng)用[J]. 合成樹脂及塑料，2005，22(3)：75-79.

[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): 39-42.

[3] 王靜江，趙明全.汽車保險杠專用料的研制[J].工程塑料應(yīng)用，2005,33(4)：16-18.

[4] 金日光，華幼卿.高分子物理[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991:192.

·特色專欄·

Development of Ultra-high Impact Special Polypropylene SP 179 for Automobile Bumper

CHUNYU Hong-yuan

(Operations Support Department of SINOPEC SABIC Tianjin Petrochemical Co., Ltd., Tianjin 300271, China)

Ultra-high impact special polypropylene SP 179 for automobile bumper was prepared by Sperizone process. The structure, mechanical properties and application were analyzed, and companed with the similar materials. SP 179 has high impact strength, flexible modulus. The melt flow rate of SP 179 is 8 to 12 g/10 min, density (natural) is 0.900 g/cm3, the impact strength at the normal temperature is great than 50 kJ/m2, the flexible modulus is 800 to 850 MPa. The indexes have reached the level of imported similar products.

polypropylene; automobile bumper; special resin

淳于宏源(1982—)，男，工程師，研究高分子化學(xué)

TQ 320

A

1009-5993(2016)02-0050-04

2016-04-02)