車用聚丙烯研究進展

王 超

（河北科技工程職業(yè)技術(shù)大學，河北 邢臺 054000）

聚丙烯作為一種高性價比的通用塑料，密度較低且成型加工簡便，廣泛用于汽車保險杠、汽車儀表板、門板、中央通道、飾柱、行李箱等汽車零部件的生產(chǎn)。輕量化是汽車發(fā)展的方向，在保證汽車強度和安全性能的前提下，降低汽車的整體質(zhì)量，可以提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。在輕量化的同時還需要考慮到乘車的舒適性以及汽車裝飾面的設(shè)計感和審美效果［1］。本文綜述了車用聚丙烯在輕量化、提高乘車舒適性（如降低氣味和噪音等級）、提升裝飾面的設(shè)計感（如改善透光性能）等方面的研究進展。

1 車用輕量化聚丙烯研究進展

汽車輕量化的一個趨勢是制件的薄壁化，需要材料具有高剛性和高韌性，以滿足制件在外部壓力和撞擊的應(yīng)用需求。重慶普利特新材料有限公司等［2］制備了玻璃微珠與滑石粉復(fù)配填充改性的高性能保險杠用低密度聚丙烯復(fù)合材料。將6 phr粒徑為1.3 μm滑石粉、64 phr熔體流動速率（MFR）為50.0 g/10 min的聚丙烯、20 phr乙烯-1-辛烯共聚物（POE）、1 phr抗氧劑、2 phr光穩(wěn)定劑V703以及潤滑劑白油混合均勻，加入到雙螺桿擠出機中，從側(cè)喂料口加入4 phr直徑35 μm輕質(zhì)玻璃微珠和3 phr偶聯(lián)劑KH550，經(jīng)熔融、擠出、冷卻、切粒，制備改性聚丙烯復(fù)合材料。該改性聚丙烯復(fù)合材料MFR為23.6 g/10 min，密度為0.984 g/cm3，拉伸強度為19.2 MPa，斷裂伸長率為42.1%，彎曲強度為26.8 MPa，彎曲模量為1 730 MPa，常溫（23℃）及低溫（-30 ℃）懸臂梁缺口沖擊強度分別為59.2，7.1 kJ/m2，負荷變形溫度為92.8 ℃，收縮率為0.84%。與傳統(tǒng)的單一滑石粉填充相比，該聚丙烯復(fù)合材料具備高模量、高抗沖擊的特性，剛性更好且材料的收縮率更低，適用于薄壁化保險杠的生產(chǎn)。聚丙烯在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用，但在注塑大型薄壁制件時表面極易出現(xiàn)虎皮紋，虎皮紋又稱“流痕”，嚴重影響了制件的外觀和品質(zhì)。廣州仕天材料科技有限公司［3］開發(fā)出一種抗虎皮紋的聚丙烯復(fù)合材料。將30.0 phr乙烯-戊烯嵌段共聚物［MFR為1.2 g/10 min，戊烯含量為28%（w）］與10.0 phr無規(guī)共聚聚丙烯［含15%（w）乙烯，MFR為30.0 g/10 min］混合均勻后，通過雙螺桿擠出機擠出，冷卻，干燥，造粒，制備了抗虎皮紋劑；將MFR為100.0 g/10 min的聚丙烯24.0 phr，MFR為30.0 g/10 min的聚丙烯17.0 phr、MFR為10.0 g/10 min的聚丙烯23.0 phr、MFR為1.2 g/10 min的乙烯與α-辛烯無規(guī)共聚物（α-辛稀質(zhì)量分數(shù)為15%）7.0 phr、抗虎皮紋劑5.0 phr、平均粒徑1.3 μm的滑石粉22.0 phr、抗氧劑1010 0.2 phr、抗氧劑168 0.2 phr、潤滑劑0.3 phr、光穩(wěn)定劑0.3 phr混合均勻，然后經(jīng)擠出、冷卻、干燥、造粒，得到抗虎皮紋聚丙烯復(fù)合材料。該聚丙烯復(fù)合材料的MFR為23.2 g/10 min，拉伸強度為20.1 MPa，懸臂梁缺口沖擊強度為31.2 kJ/m2，彎曲強度為28.3 MPa，彎曲模量為1 893 MPa，無暴曬虎皮紋等級為1級。使用該聚丙烯復(fù)合材料注塑薄壁化制件，注塑過程及使用過程中均不會產(chǎn)生虎皮紋，制件具有優(yōu)良的強度和韌性，可以滿足現(xiàn)代汽車行業(yè)輕量化和安全性要求。

汽車輕量化的另一個趨勢是材料的低密度化，即在保障材料剛性、韌性的前提下，降低材料的密度。聚丙烯發(fā)泡材料是以聚丙烯為主體，加入發(fā)泡劑及其他添加劑制成，具有超輕質(zhì)、比強度好、隔音減震、隔熱保溫、收縮率低等優(yōu)勢。聯(lián)想（北京）有限公司［4］公開了一種聚丙烯發(fā)泡材料的制備方法。原料組成：MFR 1.5～5.0 g/10 min均聚聚丙烯100.0 phr，MFR 2.0～2.5 g/10 min的POE 30.0 phr，丁烷2.0 phr，硅酸鹽、滑石粉、碳酸鈣組成的發(fā)泡助劑5.0 phr。先將聚丙烯、POE、硅酸鹽、滑石粉、碳酸鈣共混，之后加入丁烷擠出發(fā)泡。混煉溫度控制在180～210 ℃。擠出發(fā)泡過程中丁烷壓力24 Pa，熟化溫度130 ℃，冷凝溫度150～155 ℃，口模溫度170～173 ℃，口模壓力21 Pa。所得聚丙烯發(fā)泡材料的懸臂梁缺口沖擊強度12 kJ/m2，拉伸強度92 MPa，斷裂伸長率12.12%，彎曲強度46.72 MPa，帶皮倍率40.76，無皮倍率42.84，帶皮開閉空率96.2%。這表明該材料機械強度高、回彈性好，并且發(fā)泡倍率較大，發(fā)泡均勻充分，適用于汽車和磁懸浮列車等交通工具的輕量化。蘇州潤佳高分子材料有限公司［5］首先制備復(fù)合發(fā)泡劑，將碳酸氫鈉15.0 phr、檸檬酸35.0 phr以及微膠囊木糖醇5.0 phr混合加入造粒機中，向造粒機中噴灑15.0 phr水造粒；將得到的顆粒浸入100.0 phr硅油中超聲攪拌5 min，真空抽濾，真空干燥，得到有機硅包覆的復(fù)合發(fā)泡劑。再將聚丙烯100.0 phr、云母微片16.0 phr、滑石粉15.0 phr、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（苯乙烯質(zhì)量分數(shù)為30%～45%）5.0 phr、馬來酸酐接枝聚丙烯5.0 phr、抗靜電劑1.0 phr以及受阻酚類抗氧劑1.5 phr干混1 h?；旌衔锼腿腚p螺桿擠出機熔融，擠出，冷卻，造粒，得到聚丙烯復(fù)合母粒。將聚丙烯復(fù)合母粒、復(fù)合發(fā)泡劑與過氧化二異丙苯按質(zhì)量比100.0∶3.5∶2.0混合均勻，得到聚丙烯復(fù)合材料，將該聚丙烯復(fù)合材料注塑成型，試樣的拉伸強度為20 MPa，彎曲強度為29 MPa，彎曲模量為1 650 MPa，簡支梁缺口沖擊強度為18 kJ/m2，密度為0.85 g/cm3，試樣表面無氣痕、無孔洞，中間有粒徑為3～10 μm的均勻封閉微孔，可用于生產(chǎn)汽車儀表板、門板、行李箱等塑料部件。

2 車用低氣味聚丙烯研究進展

為了提高乘車舒適性，降低車內(nèi)氣味，蘇州潤佳高分子材料有限公司［6］開發(fā)出一種車用低氣味聚丙烯復(fù)合材料。原料組成：聚丙烯140 phr、硅酸鋁纖維10 phr、膨脹珍珠巖10 phr、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉1 phr、聚丙烯酰胺5 phr、硅烷偶聯(lián)劑1 phr、馬來酸酐接枝聚丙烯1 phr。先將聚丙烯和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉攪拌混合20～30 min；加入剩余物料充分混合，注塑成型得到產(chǎn)品顆粒，將其放入含有活性炭包的攪拌機中充分攪拌后得到低氣味輕量化聚丙烯復(fù)合材料。該材料的拉伸強度22 MPa，彎曲強度28 MPa，密度1.0 g/cm3，懸臂梁缺口沖擊強度30 kJ/m2，氣味等級3級，適用于汽車輕量化并降低車內(nèi)氣味。會通新材料股份有限公司［7］制備了低氣味長玻璃纖維增強微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料。高玻璃纖維含量的長玻璃纖維增強聚丙烯是由聚丙烯65 phr、長玻璃纖維30 phr、馬來酸酐接枝聚丙烯2 phr、助劑2 phr，經(jīng)熱塑浸漬工藝制備。將高玻璃纖維含量的長玻璃纖維增強聚丙烯50 phr、聚丙烯50 phr、發(fā)泡母粒1 phr、除味母粒5 phr混合均勻，在二次開模條件下進行微發(fā)泡注塑成型，注塑溫度為190～230 ℃，得到低氣味長玻璃纖維增強微發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料。該材料的密度0.92 g/cm3，泡孔平均直徑82 μm，氣味等級4級，具有良好的輕量化效果和氣味等級。

3 車用透光聚丙烯研究進展

為了使汽車內(nèi)外飾表面成為具有設(shè)計感的裝飾表面，金發(fā)科技股份有限公司［8］開發(fā)出一種高透光聚丙烯復(fù)合材料。將彎曲模量2 000 MPa的均聚聚丙烯HJ 4045 63 phr，苯乙烯含量13%（w）的苯乙烯-乙烯-1-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物25 phr，直徑13 μm、長徑比25∶1的晶須10 phr加入高速混合機中，于200～300 r/min下混合1～3 min，經(jīng)熔融擠出、造粒、干燥、冷卻、包裝，得到高透光聚丙烯復(fù)合材料。該材料2.0 mm方板透光率為53%，2.5 mm方板透光率49%，3.0 mm方板透光率44%，拉伸強度23.3 MPa，斷裂伸長率大于100%，彎曲強度33.2 MPa，彎曲模量1 737 MPa，23 ℃時沖擊強度45.7 kJ/m2，密度0.948 g/cm3，可應(yīng)用于汽車輕量化并且具有高透光性能。對于汽車門板和座椅后背內(nèi)襯件等內(nèi)飾件的審美是追求低光澤的高端視覺效果。重慶普利特新材料有限公司等［9］開發(fā)出一種汽車內(nèi)飾用低密度、低光澤、高性能環(huán)保型改性聚丙烯。將MFR 20 g/10 min聚丙烯68.0 phr，紙漿纖維20.0 phr，馬來酸酐接枝聚丙烯2.0 phr，乙烯-1-己烯共聚物8.0 phr，抗氧劑（由1.0 phr硫代二丙酸十八酯、2.0 phr四［β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸］季戊四醇酯、1.0 phr雙十八烷基季戊四醇雙亞磷酸酯組成）0.6 phr、水楊酸對辛基苯基酯0.2 phr、黑母粒1.0 phr于800 r/min的高速混合機器混合5 min，放入雙螺桿擠出機擠出，經(jīng)冷卻、切粒、注塑，得到改性聚丙烯，其密度0.98 kg/m3，拉伸強度25.2 MPa，彎曲模量2 054 MPa，簡支梁缺口沖擊強度6.4 kJ/m2，光澤度2.4。使用纖維素纖維填充聚丙烯的力學性能與采用滑石粉填充的相當，而密度降低8%，可應(yīng)用于汽車內(nèi)飾部件。

4 其他車用聚丙烯研究進展

為了得到車用抗靜電聚丙烯泡沫復(fù)合材料，華南理工大學［10］公開了一種碳纖維增強聚丙烯泡沫復(fù)合材料的制備方法，將烘干的5.0 phr長度為3 mm T700型短切碳纖維、90.0 phr通用聚丙烯、1.0 phr馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑、0.5 phr抗氧劑B215［三（2,4-二叔丁基苯酚）亞磷酸酯66.7%（w），β（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸季戊四醇酯33.3%（w）］及0.5 phr白油混合均勻，再與3.0 phr熱可膨脹微球振動混合均勻，經(jīng)熔融擠出、冷卻、牽引切粒，得到碳纖維增強聚丙烯泡沫復(fù)合材料粒料，其相對密度0.81 g/cm3，灰分含量4.97%（w），拉伸強度27.3 MPa，彎曲強度35.5 MPa，彎曲模量1 300 MPa，體積電阻率2.1×1011Ω·m。該復(fù)合材料表面光潔，無浮纖，在碳纖維低填充量條件下達到抗靜電材料要求，可廣泛用于汽車內(nèi)外飾件零部件，還可應(yīng)用于軌道交通、無人機等對輕質(zhì)、高強要求高的零部件領(lǐng)域。

為降低汽車低頻區(qū)域的噪音，李曉才［11］將聚丙烯在雙輥混煉機混煉，溫度140 ℃，輥間距為0.2～0.5 mm，開煉10 min后加入黃麻纖維繼續(xù)混煉8～10 min得到預(yù)混料，之后熱壓成型，熱壓溫度180 ℃，熱壓壓力10 MPa，熱壓時間12 min，得到聚丙烯/黃麻纖維復(fù)合材料，其低頻吸聲系數(shù)均值0.079 4，中頻吸聲系數(shù)均值0.154 2，拉伸強度26.83 MPa，彎曲強度35.53 MPa。當黃麻纖維含量達到35%（w）時，拉伸強度及彎曲強度均最大，分別為27.51，36.56 MPa。當黃麻纖維殘膠率為3.96%（w）時，復(fù)合材料的吸聲性能最優(yōu)，最大吸聲系數(shù)可達0.540 0。使用該聚丙烯吸聲復(fù)合材料制備的微穿孔板應(yīng)用于汽車制造可以降低汽車低頻區(qū)域的噪音。

5 結(jié)語

車用聚丙烯的性能不斷改善提升。采用改性聚丙烯生產(chǎn)的薄壁化制件和發(fā)泡聚丙烯應(yīng)用于汽車生產(chǎn)可以使汽車輕量化；降低聚丙烯的氣味和提升聚丙烯制件的吸音性能可以提高乘車的舒適性；改善聚丙烯制件的透光性能可以提升汽車裝飾面的設(shè)計感和審美效果；車用抗靜電聚丙烯泡沫復(fù)合材料不僅可以用于汽車內(nèi)外飾件零部件，還可用于軌道交通、無人機等對輕質(zhì)、高強要求高的零部件領(lǐng)域。