關(guān)鍵詞：汽車 PP 共混改性
1 前言
塑料在滿足汽車美觀、舒適、安全、防腐、輕量化及設(shè)計(jì)自由度大等方面起著其它材料無(wú)法替代的作用。近十年來(lái)塑料在汽車上的應(yīng)用獲得了巨大的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到整車的各大總成系統(tǒng)，零件數(shù)量已超過整車零件數(shù)量的10%，其重量已由20 世紀(jì)80 年代的每車數(shù)十公斤發(fā)展到20 世紀(jì)90 年代末期的每車一百余公斤。而在汽車用諸多塑料品種中，各類改性PP 材料在汽車的上的開發(fā)與應(yīng)用，一直是汽車工業(yè)和塑料工業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。通過各種改性加工手段可以獲得滿足各種汽車部件不同功能要求的改性PP材料，加之其優(yōu)異的性能價(jià)格比，使各種增韌、填充、增強(qiáng)PP 材料在汽車各大總成系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。并且不斷有一些新的技術(shù)及應(yīng)用正在或即將問世。目前，發(fā)達(dá)汽車工業(yè)國(guó)家單車PP 材料的用量達(dá)到近40kg，占整車塑料材料應(yīng)用量的1/3，成為汽車上所有塑料材料中用量大的品種。
本文從PP 材料的改性原理，汽車用改性PP 材料的性能要求出發(fā)，全面闡述了汽車用改性PP 材料的開發(fā)過程及應(yīng)用狀況。
2 PP 材料改性原理
PP 材料由于其來(lái)源廣泛、密度小、力學(xué)均衡性好、耐化學(xué)腐蝕、易加工及價(jià)格低廉等突出優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛使用。但通用PP 材料收縮率大，制品尺寸穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生翹曲變形；低溫易脆斷，低溫韌性差；耐光老化、耐熱老化性能差等缺點(diǎn)（1）。無(wú)法滿足汽車保險(xiǎn)杠、儀表板、護(hù)風(fēng)圈、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇等部件的特殊使用要求，因此必須對(duì)通用PP 材料進(jìn)行改性。
利用溶度參數(shù)相近的兩種或兩種以上的聚合物材料及助劑在一定的溫度下進(jìn)行機(jī)械摻混，得到一種新材料的方法叫機(jī)械共混改性法。由于這種方法少、見效快，材料性能設(shè)計(jì)自由度大，目前被廣泛應(yīng)用。PP 材料的共混改性方法就是在PP 材料中加入增韌劑、填充劑等改性劑得到改性PP 材料。在PP 材料中加入彈性體（增韌劑）可顯著改善PP 的沖擊韌性及耐低溫性，這就是增韌的作用。但彈性體的加入會(huì)帶來(lái)材料的強(qiáng)度和熱變形溫度的下降，為克服這一現(xiàn)象，在增韌體系中填充高耐熱、高剛性的無(wú)機(jī)物填料，可顯著提高材料的剛性，耐熱性及尺寸穩(wěn)定性。通過對(duì)PP 基體、增韌劑、填充劑三者間配比的協(xié)調(diào)，可制造出一系列不同性能的材料，滿足汽車不同部件的功能要求。與未改性的PP 材料相比，改性后的材料性能大大拓寬，既可制造超高韌性的增韌材料，又可制造增韌、填充并舉的高剛性、高韌性的填充增韌材料及高剛性、高耐熱的填充材料。
3 改性PP 材料的主要品種及性能要求
3.1 改性PP 材料的主要品種
目前國(guó)內(nèi)外汽車用改性PP 材料主要分為以下四大品種：
(1) 增韌型 即以彈性體為主增韌的改性PP 材料，具有極高的沖擊強(qiáng)度和低溫韌性，主要用來(lái)制造汽車保險(xiǎn)杠。
(2) 填充增韌型 即以無(wú)機(jī)物填充、彈性體增韌的改性PP 材料，具有模量高、剛性及耐熱性好、尺寸穩(wěn)定性好等突出優(yōu)點(diǎn)，克服了通用PP 材料收縮率大、熱變形溫度低、力學(xué)持久性差等缺點(diǎn)，廣泛用來(lái)制造汽車各內(nèi)外裝飾件，如儀表板、車門內(nèi)護(hù)板、水箱面罩等。
(3) 填充型 采用高含量無(wú)機(jī)物填充的改性PP 材料，可大大提高通用PP 材料的剛性、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性，主要用來(lái)制造耐高溫的非受力結(jié)構(gòu)零件，如護(hù)風(fēng)圈、暖風(fēng)機(jī)殼體等。
(4) 增強(qiáng)型 玻纖增強(qiáng)PP 材料是聚烯烴塑料中強(qiáng)度高，剛性、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性好的品種，主要用來(lái)制造發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇等高強(qiáng)度、高耐熱制品。
3.2 汽車用主要改性PP 材料性能要求
不同類型的改性PP 材料其改性原理、材料組成、配方均有很大不同，其用途也不盡相同，表1 為國(guó)內(nèi)引進(jìn)車型典型零件用改性PP 材料的技術(shù)要求。
表1 國(guó)內(nèi)引進(jìn)車型典型零件用改性PP 材料技術(shù)要求
4.1 各類材料的配方體系確定
根據(jù)汽車零件的使用要求，對(duì)各類材料的配方組成，包括基體樹脂、增韌劑、填充劑、增強(qiáng)劑、抗老化劑等組分進(jìn)行篩選及試驗(yàn)：
(1) 基體樹脂 對(duì)小本體PP、均聚PP、共聚PP 等基體樹脂從力學(xué)均衡性、加工流動(dòng)性能等方面考慮進(jìn)行篩選及試驗(yàn)。
(2) 增韌劑 對(duì)SBS、EPDM、POE 等增韌材料，進(jìn)行篩選及試驗(yàn)。
(3) 填充劑 填充粒子的粒徑、表面處理劑對(duì)共混物的性能至關(guān)重要，應(yīng)采用合適細(xì)度與處理方法的填充劑。
(4) 增強(qiáng)劑 采用無(wú)捻長(zhǎng)玻璃纖維。
(5) 抗老化劑 根據(jù)不同材料的老化源及實(shí)際使用要求，選擇相應(yīng)的抗老化劑。
通過對(duì)上述各組分的篩選，同時(shí)根據(jù)各材料的使用要求，對(duì)各組分之間配比協(xié)調(diào)，確定各類材料的配方。
4.2 材料的老化及防老化研究
4.2.1 汽車用塑料材料的老化
汽車用塑料材料老化可分為兩類：
(1) 車身內(nèi)外裝飾件材料的老化 儀表板、保險(xiǎn)杠等零件長(zhǎng)期置于光照條件下，由于太陽(yáng)光的幅射作用，被反射的紅外光使零件表面溫度升高，而被吸收的紫外線引起塑料發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生自由基（2）。自由基破壞高分子鏈段，使材料的分子鏈降解、支化和交聯(lián)，導(dǎo)致材料力學(xué)性能與外觀的破壞。
(2) 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)材料的老化 該系統(tǒng)零件長(zhǎng)期處于高溫下工作，其熱源是引起材料老化的主要因素，亦即熱氧化。
4.2.2 改性PP 材料防老化處理
改性PP 材料的防老化分為抗熱氧老化和抗光老化，表2 列出了不同使用環(huán)境的材料抗老化體系。
表2 不同使用環(huán)境的材料抗老化體系
由于在PP 材料中加入了相當(dāng)數(shù)量的橡膠增韌劑及無(wú)機(jī)填充物，造成材料的流動(dòng)性大幅度下降，而儀表板、保險(xiǎn)杠等制品體積大、形狀復(fù)雜、模具流程長(zhǎng)，要求材料具有良好的流動(dòng)性。在保證材料力學(xué)性能的前提下，采用化學(xué)調(diào)節(jié)法可提高材料流動(dòng)性，即在共混物中加入經(jīng)過氧化物處理過的降解母粒。過氧化物是PP 塑料常用的分子量調(diào)節(jié)劑（3），其作用是切斷較長(zhǎng)的PP 分子鏈，使PP 發(fā)生部分降解，并使分子量分布變窄，從而改善共混物的流動(dòng)性。通過上述方案的采用，使得儀表板、保險(xiǎn)杠等零件用材料的流動(dòng)性大大提高。
4.4 汽車用系列改性PP 材料性能
4.4.1 改性PP 材料的物理力學(xué)性能
表3 列出了開發(fā)的系列改性PP 材料的物理力學(xué)性能，對(duì)比表1 及表3 的數(shù)據(jù)，開發(fā)的系列改性PP 材料的各項(xiàng)物理力學(xué)性能均達(dá)到了國(guó)內(nèi)引進(jìn)車型同類材料的水平。
表3 系列改性PP 材料性能
對(duì)進(jìn)行老化處理和非老化處理的材料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4 所示。
表4 老化處理和非老化處理的材料對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果
5 改性PP 系列材料的應(yīng)用
目前東風(fēng)輕型汽車EQ 1030 已大量應(yīng)用了改性PP 材料，表5 列出了該車型主要改性PP 零件的應(yīng)用情況。
表5 EQ1030 主要零件的應(yīng)用情況
(1) 通過對(duì)改性PP 材料的基體樹脂、增韌劑、填充劑、增強(qiáng)劑等組分進(jìn)行合理的篩選及匹配，并用機(jī)械共混方法能制造出不同性能要求的改性PP 材料。
(2) 根據(jù)不同材料的防老化要求，選擇不同的抗老化體系，對(duì)材料進(jìn)行抗老化處理，能顯著提高材料的抗老化性能，增加材料的使用壽命。
(3) 采用化學(xué)調(diào)節(jié)方法，能顯著改善材料的流動(dòng)性，滿足制造大型制品的要求。
(4) 通過系列改性PP 材料在東風(fēng)輕型汽車EQ 1030 儀表板、保險(xiǎn)杠、車門內(nèi)護(hù)板、護(hù)風(fēng)圈及其它制品上的應(yīng)用，不僅該車型在改性PP 材料單車應(yīng)用重量及零件應(yīng)用數(shù)量居于國(guó)內(nèi)水平，而且提高了材料質(zhì)量及制品質(zhì)量，促進(jìn)了該系列車型整車質(zhì)量水平的提高。
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