汽車保險杠專用聚丙烯樹脂的開發

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

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）裝置上成功開發了汽車保險杠專用PP樹脂K9015，產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

汽車用合成樹脂主要以聚丙烯（PP）為主，且80%以上用于生產汽車保險杠。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）采用橡膠質量分數高達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反應器中直接生產出汽車保險杠專用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，設計生產能力為200 kt/a。以氫氣為相對分子質量調節劑，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、產量高、能耗低，產品過渡快，放空時不含大量液態丙烯，安全性和環保性好。

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，減輕制品質量。工業裝置生產汽車保險杠專用樹脂就必須圍繞這三點進行，可通過調整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，生產中必須兼顧樹脂的剛韌平衡。

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

2 K9015產品質量指標

根據經驗及裝置的運行狀況，確定K9015的產品質量指標見表2。

表2 K9015產品質量指標Tab.2Product quality indices of K9015

3 工業化生產

K9015的生產開發前期與專利商合作，由專利商提供最基礎數據開始，共進行了5次試生產。開發前期，產品的抗沖擊性能高，但剛性不足，負荷變形溫度偏低，裝置穩定生產難度較大，生產負荷較低。自第二次試生產開始，與中石化北京化工研究院合作攻關，優化了工藝參數，摸索出適合K9015的生產技術路線，既保證了優異的產品質量，又滿足了裝置長周期穩定生產的需要。自2004年8月到2007年5月，5次共生產K9015產品11.744 kt，裝置連續生產周期突破6天，達到了工業化生產規模。

3.1 首次工業化生產

2004年8月首次工業化生產，共生產K9015產品1.700 kt。從轉產到產出MFR合格的產品耗時約24 h，裝置穩定生產難度較大，主要表現為：聚合物粉末流動性差，出料不暢，生產周期短，生產負荷較低。最終產品經測試顯示了較高的抗沖擊性能，但剛性不足。

3.2 第二次工業化生產

2005年5月進行了第二次工業化生產，共生產產品本次試生產縮短了從轉產到產出合格MFR產品的過渡時間，僅用12 h，聚合控制穩定。在生產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 第三次工業化生產

2005年12月第三次工業化生產，共生產1.634 kt產品。這次試生產過渡時間增加，轉產開始14 h后產出合格產品。本次采用了第二次試生產的聚合控制模式，獲得了較好的粉末流動性。在造粒過程優化了擠壓機工藝，同時對助劑進行了復配，提高了助劑添加穩定性，解決了第二次試生產中助劑添加波動的問題。本次試生產得到的產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 第四次工業化生產

2006年2月第四次工業化生產，共生產2.842 kt產品，與以往的K9015生產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，最終實現了工業連續生產和產品質量優良的平衡。此次連續生產超過6天，而且生產終止時裝置運行情況良好。本次試生產在造粒過程添加了新型助劑，該助劑通過螺桿秤進行加料，生產過程中加料均勻。

3.5 第五次工業化生產

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

3.6 K9015生產控制要點

經過5次試生產的摸索，積累了經驗，可以實現各工藝參數的穩定控制。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）及粉末的分析數據控制最終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加入過氧化物（加入量根據顆粒MFR的分析結果調整），最終將K9015顆粒產品的MFR控制在合適范圍。

3.6.2 產品橡膠中乙烯含量的控制

參照第二反應器系統n（C2H4）/n（C3H6）以及分析測得的粉末乙烯含量值調整乙烯加入量，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率比以及化驗分析測得的總乙烯含量調整乙烯加入量，將w（C2H4）控制在合適值。

3.6.4 造粒系統的控制

調節擠壓機筒體溫度，模板溫度，節流閥開度，切刀壓力，切刀轉速等參數，可以穩定造粒系統運行。

4 產品的應用

4.1 與國外同類產品性能對比

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，今后的生產中應繼續改進助劑配方或工藝以達到產品韌性和剛性的平衡。

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

4.2 K9015系列專用料市場開發狀況

以K9015為基料成功開發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，已進入工業化。以K9015為基料，成功開發了適用于歐系汽車——標致307的耐候、著色功能母粒。

4.3 產品應用試驗

將揚子石化生產的共聚PP K9015專用樹脂分別在江陰江南模塑集團汽車飾件系統有限公司、上海延鋒—韋氏通汽車飾件系統有限公司及德國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，注塑產品尺寸與標準要求有一定偏差。在福州華聯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的研制開發填補了國內高檔汽車專用料的空白，產品技術性能達到國際先進水平，完全能夠滿足國內汽車行業應用的需要。該牌號的開發成功能夠替代進口，不僅可為揚子石化創造經濟效益，而且符合我國汽車行業的發展方向。

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，還需開發新的模具。

[1]江梅，王清國，聶華.汽車塑料及其制品的發展[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年畢業于江蘇化工學院，現從事聚丙烯生產技術管理工作。聯系電話：（025）57782701；E-mail:zhoujian.yzsh@sinopec. com。

（編輯：劉楓閣）