一種高強(qiáng)度低氣味低VOC聚丙烯復(fù)合材料的研究

劉凱，崔恩有，黃家齊，程健

(1.安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230001；2.寧波汽車零部件檢測中心，浙江寧波 315104)

一種高強(qiáng)度低氣味低VOC聚丙烯復(fù)合材料的研究

劉凱1，崔恩有2，黃家齊1，程健1

(1.安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230001；2.寧波汽車零部件檢測中心，浙江寧波 315104)

在用POE等增韌劑、滑石粉對(duì)PP進(jìn)行改性的基礎(chǔ)上，探討聚丙烯基料、滑石粉、增韌劑、偶聯(lián)劑對(duì)聚丙烯復(fù)合材料的強(qiáng)度、氣味、VOC(Volatile Orgnic Compounds)等的影響，以得到一種高強(qiáng)度、低氣味、低VOC的PP合金。結(jié)果表明：使用PP EA5074S/WF-D6.5/POE 8200/KH550能得到高強(qiáng)度、低氣味、低VOC的聚丙烯復(fù)合材料。

聚丙烯；滑石粉；物理性能；氣味；VOC

0　引言

聚丙烯(PP)是產(chǎn)量僅次于聚乙烯(PE)和聚氯乙烯的通用塑料，PP 具有密度小、硬度高、熱變形溫度高等優(yōu)點(diǎn)，且易加工，價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。汽車的部分部件對(duì)材料的強(qiáng)度要求很高，且隨著國家VOC(Volatile Orgnic Compounds)強(qiáng)標(biāo)的即將推出，在汽車環(huán)保材料領(lǐng)域內(nèi)對(duì)PP材料的VOC和氣味也要求越來越高。針對(duì)這種情況，文中制備了一種同時(shí)具備很好的物理性能及較低VOC與氣味的PP專用料，目前鮮有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道[1-5]。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

PP，K7926,上海賽科石油化工有限責(zé)任公司；PP，K9020，中石化燕山石化有限責(zé)任公司；PP，EA5074S，韓國聚美萊公司；PP，F(xiàn)401，中石化揚(yáng)子石化有限責(zé)任公司；滑石粉，AH51210，遼寧艾海滑石有限公司；滑石粉，WF-D6.5，上海三成；滑石粉，9131Y ，遼寧謙和礦業(yè)有限公司；增韌劑，POE 8200，美國陶氏集團(tuán)；增韌劑，POE 8842，美國陶氏集團(tuán)；增韌劑，POE DF710，日本三井化學(xué)；偶聯(lián)劑，KH550，武漢高創(chuàng)有機(jī)硅新材料；偶聯(lián)劑，AC-201，南京奧誠化工有限公司；偶聯(lián)劑，DN-828，南京道寧化工有限公司。

1.2主要儀器與設(shè)備

ZSK30型雙螺桿擠出機(jī)，德國W & P公司生產(chǎn)；JL-1000型拉力試驗(yàn)機(jī)，廣州市廣才實(shí)驗(yàn)儀器公司生產(chǎn)；7697A 型頂空儀，美國安捷倫科技公司生產(chǎn)；7890B型氣相質(zhì)譜儀，美國安捷倫科技公司生產(chǎn)；戴安U3000型高效液相色譜儀，森譜儀器；HTL900-T-5B型注射成型機(jī)，海太塑料機(jī)械有限公司生產(chǎn)；XCJ-500型沖擊測試機(jī)，承德試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3試樣的制備

先將PP與不同種類的增韌劑及偶聯(lián)劑按比例進(jìn)行混合；再用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；最后用注射成型機(jī)注塑標(biāo)準(zhǔn)樣條。將造粒得到的合金通過注塑機(jī)和模具制成汽車零部件，測試其VOC和氣味性。

1.4性能測試

缺口懸臂梁沖擊測試按GB/T1843-2002進(jìn)行,VOC測試按照VDA 277執(zhí)行，只測試TVOC(C6～C16)，氣味性測試按大眾標(biāo)準(zhǔn)PV3900進(jìn)行。

2　結(jié)果與討論

2.1聚丙烯的選擇

為了比較PP基料，滑石粉統(tǒng)一選擇WF-D6.5，增韌劑統(tǒng)一選擇POE8200，偶聯(lián)劑統(tǒng)一選擇KH550，且wPP∶w滑石粉∶w增韌劑∶w偶聯(lián)劑=72∶20∶8∶0.2。

從表1可以看出：從材料強(qiáng)度方面考慮，加入EA5074S懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度均略好于K9020、F401。這是因?yàn)镵9020和F401是通過降解法制得的聚丙烯，而EA5074S則是通過氫調(diào)法制得的聚丙烯，其乙烯含量大于前兩者。沖擊強(qiáng)度與聚丙烯中的乙烯含量成正比關(guān)系，所以EA5074S的強(qiáng)度比K9020、F401好。

表1　不同聚丙烯綜合性能的比較

另外從表1還可以看出EA5074S的VOC和氣味性均好于K9020、F401。這是因?yàn)闅湔{(diào)法是采用氫氣作為分子量調(diào)節(jié)劑而降解法是采用過氧化物作為分子量調(diào)節(jié)劑，過氧化物不可能100%反應(yīng)掉，殘留的過氧化物氣味大且對(duì)聚丙烯分子量產(chǎn)生負(fù)面影響。且氫調(diào)法在合成過程后期對(duì)小分子的抽離更加徹底，從而生產(chǎn)出低氣味和低VOC的聚丙烯。

綜合來講，就高強(qiáng)度、低氣味、低VOC來選擇PP基料的話，PP EA5074S更優(yōu)。

2.2滑石粉的選擇

在固定PP基料為EA5074S的前提下，增韌劑統(tǒng)一選擇POE8200，偶聯(lián)劑統(tǒng)一選擇KH550，且wPP∶w滑石粉∶w增韌劑∶w偶聯(lián)劑=72∶20∶8∶0.2，比較包含不同種類滑石粉配方的強(qiáng)度、氣味性、VOC。

由表2可以看出：從材料強(qiáng)度方面考慮，加入滑石粉WF-D6.5的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度強(qiáng)于另外兩種滑石粉，這是因?yàn)閃F-D6.5的粒徑比另兩種較小，在材料體系中能更加良好地分散，從而使材料的強(qiáng)度更好。

表2　不同滑石粉綜合性能的比較

另外從表2還可以看出WF-D6.5的VOC和氣味性均好于AH51210、9131Y。這是因?yàn)閃F-D6.5的硅含量高于另外兩種滑石粉，說明它純度比另兩種高，雜質(zhì)也少，所以VOC和氣味性也偏好。

綜合來講，就高強(qiáng)度、低氣味、低VOC來選擇滑石粉的話，滑石粉WF-D6.5更優(yōu)。

2.3增韌劑的選擇

在固定PP基料為EA5074S，滑石粉為WF-D6.5的前提下，偶聯(lián)劑統(tǒng)一選擇KH550，且wPP∶w滑石粉∶w增韌劑∶w偶聯(lián)劑=72∶20∶8∶0.2，比較包含不同種類增韌劑配方的強(qiáng)度、氣味性、VOC。

由表3可以看出：從材料強(qiáng)度方面考慮，加入增韌劑POE8200的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度強(qiáng)于另兩種增韌劑；加入不同的增韌劑對(duì)氣味、TVOC影響不大。

表3　不同增韌劑綜合性能的比較

綜合來講，就高強(qiáng)度、低氣味、低VOC來選擇增韌劑的話，POE 8200更優(yōu)。

2.4偶聯(lián)劑的選擇

在固定PP基料為EA5074S，滑石粉為WF-D6.5，增韌劑為POE 8200的前提下，且wPP∶w滑石粉∶w增韌劑∶w偶聯(lián)劑=72∶20∶8∶0.2，比較包含不同種類偶聯(lián)劑配方的強(qiáng)度、氣味性、VOC。

由表4可以看出：從材料強(qiáng)度方面考慮，加入偶聯(lián)劑KH550的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度強(qiáng)于另兩種偶聯(lián)劑。 這是由于硅烷偶聯(lián)劑KH550中的可水解基團(tuán)乙氧基—(OC2H5)，經(jīng)水解后得H2NC3H6Si(OH)3，它與羥基形成氫鍵，而其氨丙基—(H2NC3H6)則與PP基體鏈發(fā)生物理纏結(jié)，從而提高了復(fù)合材料的沖擊性能。從表3還可以看出：加入不同的偶聯(lián)劑對(duì)氣味、TVOC影響不大。

表4　不同偶聯(lián)劑綜合性能的比較

綜合來講，就高強(qiáng)度低氣味、低VOC來選擇偶聯(lián)劑的話，KH550更優(yōu)。

2.5高強(qiáng)度、低氣味、低VOC 聚丙烯合金

從第2.1節(jié)至第2.4節(jié)得出：采用PP EA5074S、滑石粉WF-D6.5、POE 8200、KH550(簡稱配方1)可得到高強(qiáng)度、低

氣味、低VOC聚丙烯合金。為了進(jìn)一步驗(yàn)證此結(jié)論，在固定wPP∶w滑石粉∶w增韌劑∶w偶聯(lián)劑=72∶20∶8∶0.2的前提下，拿它和配方2(PP F401、滑石粉9131Y 、POE 8842、AC-201)做對(duì)比，比較包含不同種類聚丙烯合金配方的強(qiáng)度、氣味性、VOC，具體見表5。

表5　不同配方的綜合性能的比較

由表5可以看出：從高強(qiáng)度、低氣味、低VOC方面來講，配方1最佳。

3　結(jié)論

綜合來講，采用PP EA5074S、滑石粉WF-D6.5、POE 8200、KH550可得到高強(qiáng)度、低氣味、低VOC的聚丙烯合金。

【1】余鵬，郝源增.汽車內(nèi)飾件用低VOC聚丙烯復(fù)合材料的制備及性能研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2009，10(12)：24-26.

【2】羅忠富，李永華，楊燕，等.車用聚丙烯復(fù)合材料氣味分析研究[J].工程塑料應(yīng)用，2010,38(7)：51-53.

【3】張力，張恒.制造汽車制動(dòng)缸的新型復(fù)合材料[J].汽車工藝與材料，2004，9(2)：31-33.

【4】鄭學(xué)森.國內(nèi)汽車復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀與未來展[J].玻璃纖維，2010(3)：35-42.

【5】王蘭蘭.張鐸改性塑料在汽車行業(yè)中的發(fā)展?fàn)顩r化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料， 2012，10(5):41-44.

Study on Polypropylene Composite Material with High Toughness, Low Odor and Low VOC

LIU Kai1，CUI Enyou2，HUANG Jiaqi1，CHENG Jian1

(1.Technology Center, Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230001,China;2.Ningbo Automobile Parts Inspection Center, Ningbo Zhejiang 315104,China)

In order to obtain a high strength，low odor and low VOC PP alloy,on the basis that flexibilizer such as POE，talcum powder were used to improve PP，the influences of polypropylene base，talcum powder，flexibilizer and coupling agent to its strength were discussed. The results indicate that PP EA5074S/WF-D6.5/POE 8200/KH550 can be used to get a kind of polypropylene alloy with high toughness, low odor and low VOC.

Polypropylene; Talcum powder; Physical performance; Odor; VOC

2015-06-04

劉凱,男，碩士，研究方向?yàn)槠噺?fù)合材料。E-mail:86987008@qq.com。