车用聚丙烯研究进展

王 超

（河北科技工程职业技术大学，河北 邢台 054000）

聚丙烯作为一种高性价比的通用塑料，密度较低且成型加工简便，广泛用于汽车保险杠、汽车仪表板、门板、中央通道、饰柱、行李箱等汽车零部件的生产。轻量化是汽车发展的方向，在保证汽车强度和安全性能的前提下，降低汽车的整体质量，可以提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。在轻量化的同时还需要考虑到乘车的舒适性以及汽车装饰面的设计感和审美效果［1］。本文综述了车用聚丙烯在轻量化、提高乘车舒适性（如降低气味和噪音等级）、提升装饰面的设计感（如改善透光性能）等方面的研究进展。

1 车用轻量化聚丙烯研究进展

汽车轻量化的一个趋势是制件的薄壁化，需要材料具有高刚性和高韧性，以满足制件在外部压力和撞击的应用需求。重庆普利特新材料有限公司等［2］制备了玻璃微珠与滑石粉复配填充改性的高性能保险杠用低密度聚丙烯复合材料。将6 phr粒径为1.3 μm滑石粉、64 phr熔体流动速率（MFR）为50.0 g/10 min的聚丙烯、20 phr乙烯-1-辛烯共聚物（POE）、1 phr抗氧剂、2 phr光稳定剂V703以及润滑剂白油混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，从侧喂料口加入4 phr直径35 μm轻质玻璃微珠和3 phr偶联剂KH550，经熔融、挤出、冷却、切粒，制备改性聚丙烯复合材料。该改性聚丙烯复合材料MFR为23.6 g/10 min，密度为0.984 g/cm3，拉伸强度为19.2 MPa，断裂伸长率为42.1%，弯曲强度为26.8 MPa，弯曲模量为1 730 MPa，常温（23℃）及低温（-30 ℃）悬臂梁缺口冲击强度分别为59.2，7.1 kJ/m2，负荷变形温度为92.8 ℃，收缩率为0.84%。与传统的单一滑石粉填充相比，该聚丙烯复合材料具备高模量、高抗冲击的特性，刚性更好且材料的收缩率更低，适用于薄壁化保险杠的生产。聚丙烯在汽车行业广泛应用，但在注塑大型薄壁制件时表面极易出现虎皮纹，虎皮纹又称“流痕”，严重影响了制件的外观和品质。广州仕天材料科技有限公司［3］开发出一种抗虎皮纹的聚丙烯复合材料。将30.0 phr乙烯-戊烯嵌段共聚物［MFR为1.2 g/10 min，戊烯含量为28%（w）］与10.0 phr无规共聚聚丙烯［含15%（w）乙烯，MFR为30.0 g/10 min］混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出，冷却，干燥，造粒，制备了抗虎皮纹剂；将MFR为100.0 g/10 min的聚丙烯24.0 phr，MFR为30.0 g/10 min的聚丙烯17.0 phr、MFR为10.0 g/10 min的聚丙烯23.0 phr、MFR为1.2 g/10 min的乙烯与α-辛烯无规共聚物（α-辛稀质量分数为15%）7.0 phr、抗虎皮纹剂5.0 phr、平均粒径1.3 μm的滑石粉22.0 phr、抗氧剂1010 0.2 phr、抗氧剂168 0.2 phr、润滑剂0.3 phr、光稳定剂0.3 phr混合均匀，然后经挤出、冷却、干燥、造粒，得到抗虎皮纹聚丙烯复合材料。该聚丙烯复合材料的MFR为23.2 g/10 min，拉伸强度为20.1 MPa，悬臂梁缺口冲击强度为31.2 kJ/m2，弯曲强度为28.3 MPa，弯曲模量为1 893 MPa，无暴晒虎皮纹等级为1级。使用该聚丙烯复合材料注塑薄壁化制件，注塑过程及使用过程中均不会产生虎皮纹，制件具有优良的强度和韧性，可以满足现代汽车行业轻量化和安全性要求。

汽车轻量化的另一个趋势是材料的低密度化，即在保障材料刚性、韧性的前提下，降低材料的密度。聚丙烯发泡材料是以聚丙烯为主体，加入发泡剂及其他添加剂制成，具有超轻质、比强度好、隔音减震、隔热保温、收缩率低等优势。联想（北京）有限公司［4］公开了一种聚丙烯发泡材料的制备方法。原料组成：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，硅酸盐、滑石粉、碳酸钙组成的发泡助剂5.0 phr。先将聚丙烯、POE、硅酸盐、滑石粉、碳酸钙共混，之后加入丁烷挤出发泡。混炼温度控制在180～210 ℃。挤出发泡过程中丁烷压力24 Pa，熟化温度130 ℃，冷凝温度150～155 ℃，口模温度170～173 ℃，口模压力21 Pa。所得聚丙烯发泡材料的悬臂梁缺口冲击强度12 kJ/m2，拉伸强度92 MPa，断裂伸长率12.12%，弯曲强度46.72 MPa，带皮倍率40.76，无皮倍率42.84，带皮开闭空率96.2%。这表明该材料机械强度高、回弹性好，并且发泡倍率较大，发泡均匀充分，适用于汽车和磁悬浮列车等交通工具的轻量化。苏州润佳高分子材料有限公司［5］首先制备复合发泡剂，将碳酸氢钠15.0 phr、柠檬酸35.0 phr以及微胶囊木糖醇5.0 phr混合加入造粒机中，向造粒机中喷洒15.0 phr水造粒；将得到的颗粒浸入100.0 phr硅油中超声搅拌5 min，真空抽滤，真空干燥，得到有机硅包覆的复合发泡剂。再将聚丙烯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（苯乙烯质量分数为30%～45%）5.0 phr、马来酸酐接枝聚丙烯5.0 phr、抗静电剂1.0 phr以及受阻酚类抗氧剂1.5 phr干混1 h。混合物送入双螺杆挤出机熔融，挤出，冷却，造粒，得到聚丙烯复合母粒。将聚丙烯复合母粒、复合发泡剂与过氧化二异丙苯按质量比100.0∶3.5∶2.0混合均匀，得到聚丙烯复合材料，将该聚丙烯复合材料注塑成型，试样的拉伸强度为20 MPa，弯曲强度为29 MPa，弯曲模量为1 650 MPa，简支梁缺口冲击强度为18 kJ/m2，密度为0.85 g/cm3，试样表面无气痕、无孔洞，中间有粒径为3～10 μm的均匀封闭微孔，可用于生产汽车仪表板、门板、行李箱等塑料部件。

2 车用低气味聚丙烯研究进展

为了提高乘车舒适性，降低车内气味，苏州润佳高分子材料有限公司［6］开发出一种车用低气味聚丙烯复合材料。原料组成：聚丙烯140 phr、硅酸铝纤维10 phr、膨胀珍珠岩10 phr、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1 phr、聚丙烯酰胺5 phr、硅烷偶联剂1 phr、马来酸酐接枝聚丙烯1 phr。先将聚丙烯和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠搅拌混合20～30 min；加入剩余物料充分混合，注塑成型得到产品颗粒，将其放入含有活性炭包的搅拌机中充分搅拌后得到低气味轻量化聚丙烯复合材料。该材料的拉伸强度22 MPa，弯曲强度28 MPa，密度1.0 g/cm3，悬臂梁缺口冲击强度30 kJ/m2，气味等级3级，适用于汽车轻量化并降低车内气味。会通新材料股份有限公司［7］制备了低气味长玻璃纤维增强微发泡聚丙烯复合材料。高玻璃纤维含量的长玻璃纤维增强聚丙烯是由聚丙烯65 phr、长玻璃纤维30 phr、马来酸酐接枝聚丙烯2 phr、助剂2 phr，经热塑浸渍工艺制备。将高玻璃纤维含量的长玻璃纤维增强聚丙烯50 phr、聚丙烯50 phr、发泡母粒1 phr、除味母粒5 phr混合均匀，在二次开模条件下进行微发泡注塑成型，注塑温度为190～230 ℃，得到低气味长玻璃纤维增强微发泡聚丙烯复合材料。该材料的密度0.92 g/cm3，泡孔平均直径82 μm，气味等级4级，具有良好的轻量化效果和气味等级。

3 车用透光聚丙烯研究进展

为了使汽车内外饰表面成为具有设计感的装饰表面，金发科技股份有限公司［8］开发出一种高透光聚丙烯复合材料。将弯曲模量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，直径13 μm、长径比25∶1的晶须10 phr加入高速混合机中，于200～300 r/min下混合1～3 min，经熔融挤出、造粒、干燥、冷却、包装，得到高透光聚丙烯复合材料。该材料2.0 mm方板透光率为53%，2.5 mm方板透光率49%，3.0 mm方板透光率44%，拉伸强度23.3 MPa，断裂伸长率大于100%，弯曲强度33.2 MPa，弯曲模量1 737 MPa，23 ℃时冲击强度45.7 kJ/m2，密度0.948 g/cm3，可应用于汽车轻量化并且具有高透光性能。对于汽车门板和座椅后背内衬件等内饰件的审美是追求低光泽的高端视觉效果。重庆普利特新材料有限公司等［9］开发出一种汽车内饰用低密度、低光泽、高性能环保型改性聚丙烯。将MFR 20 g/10 min聚丙烯68.0 phr，纸浆纤维20.0 phr，马来酸酐接枝聚丙烯2.0 phr，乙烯-1-己烯共聚物8.0 phr，抗氧剂（由1.0 phr硫代二丙酸十八酯、2.0 phr四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、1.0 phr双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯组成）0.6 phr、水杨酸对辛基苯基酯0.2 phr、黑母粒1.0 phr于800 r/min的高速混合机器混合5 min，放入双螺杆挤出机挤出，经冷却、切粒、注塑，得到改性聚丙烯，其密度0.98 kg/m3，拉伸强度25.2 MPa，弯曲模量2 054 MPa，简支梁缺口冲击强度6.4 kJ/m2，光泽度2.4。使用纤维素纤维填充聚丙烯的力学性能与采用滑石粉填充的相当，而密度降低8%，可应用于汽车内饰部件。

4 其他车用聚丙烯研究进展

为了得到车用抗静电聚丙烯泡沫复合材料，华南理工大学［10］公开了一种碳纤维增强聚丙烯泡沫复合材料的制备方法，将烘干的5.0 phr长度为3 mm T700型短切碳纤维、90.0 phr通用聚丙烯、1.0 phr马来酸酐接枝聚丙烯相容剂、0.5 phr抗氧剂B215［三（2,4-二叔丁基苯酚）亚磷酸酯66.7%（w），β（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸季戊四醇酯33.3%（w）］及0.5 phr白油混合均匀，再与3.0 phr热可膨胀微球振动混合均匀，经熔融挤出、冷却、牵引切粒，得到碳纤维增强聚丙烯泡沫复合材料粒料，其相对密度0.81 g/cm3，灰分含量4.97%（w），拉伸强度27.3 MPa，弯曲强度35.5 MPa，弯曲模量1 300 MPa，体积电阻率2.1×1011Ω·m。该复合材料表面光洁，无浮纤，在碳纤维低填充量条件下达到抗静电材料要求，可广泛用于汽车内外饰件零部件，还可应用于轨道交通、无人机等对轻质、高强要求高的零部件领域。

为降低汽车低频区域的噪音，李晓才［11］将聚丙烯在双辊混炼机混炼，温度140 ℃，辊间距为0.2～0.5 mm，开炼10 min后加入黄麻纤维继续混炼8～10 min得到预混料，之后热压成型，热压温度180 ℃，热压压力10 MPa，热压时间12 min，得到聚丙烯/黄麻纤维复合材料，其低频吸声系数均值0.079 4，中频吸声系数均值0.154 2，拉伸强度26.83 MPa，弯曲强度35.53 MPa。当黄麻纤维含量达到35%（w）时，拉伸强度及弯曲强度均最大，分别为27.51，36.56 MPa。当黄麻纤维残胶率为3.96%（w）时，复合材料的吸声性能最优，最大吸声系数可达0.540 0。使用该聚丙烯吸声复合材料制备的微穿孔板应用于汽车制造可以降低汽车低频区域的噪音。

5 结语

车用聚丙烯的性能不断改善提升。采用改性聚丙烯生产的薄壁化制件和发泡聚丙烯应用于汽车生产可以使汽车轻量化；降低聚丙烯的气味和提升聚丙烯制件的吸音性能可以提高乘车的舒适性；改善聚丙烯制件的透光性能可以提升汽车装饰面的设计感和审美效果；车用抗静电聚丙烯泡沫复合材料不仅可以用于汽车内外饰件零部件，还可用于轨道交通、无人机等对轻质、高强要求高的零部件领域。