汽車輕量化用改性聚丙烯的研究進展

趙玉梅

（唐山工業職業技術學院，河北省唐山市 063020）

Zhao Yumei（Tangshan Polytechnic College，Tangshan 063020，China）

汽車輕量化用改性聚丙烯的研究進展

趙玉梅

（唐山工業職業技術學院，河北省唐山市 063020）

從汽車保險杠、內飾和零配件低氣味及其他應用等介紹了改性聚丙烯在汽車輕量化方面的應用及研究進展。改性聚丙烯密度遠小于鋼鐵且具有很好的強度、硬度，價格相對低廉，來源充足，因此常被用作汽車輕量化主選材料之一。改性聚丙烯降低了聚丙烯的成型收縮率，用改性聚丙烯制備的汽車零配件在強度、韌性、硬度、熔體流動速率、耐老化性能、耐刮擦能力、使用壽命、耐沖擊性等方面得到了提高，并減少了汽車內飾配件的異味。因此，應加大汽車輕量化用聚丙烯的改性研究，以滿足各種汽車零部件的要求，獲得更大的經濟效益。

改性聚丙烯 輕量化 汽車保險杠 汽車內飾

Zhao Yumei
（Tangshan Polytechnic College，Tangshan 063020，China）

目前，全球汽車保有量已接近12億輛，全球70%～80%的石油被用作汽車燃油，減少汽車燃油用量是改善全球氣候問題的重要組成部分。研究顯示，汽車整車質量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；而汽車整車質量每減少100 kg，每百公里燃料消耗量可降低0.3～0.6 L。我國頒布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》，要求到2020年乘用車的百公里平均燃料消耗量降至5.0 L，節能型乘用車的降至4.5 L以下。因此，汽車輕量化技術的開發與應用勢在必行［1-3］。

汽車輕量化技術主要分為3方面：結構優化設計、輕量化材料應用和采用先進制造工藝［1］。其中，采用輕量化的替代性材料是業內普遍認同且前景最為可觀的輕量化技術［2］。目前，在汽車用材中，鋼鐵材料仍占據主導地位，但其他材料在汽車上的應用比例也逐步發生變化。汽車所用材料主要包括高/超高強度鋼板、輕金屬材料（如鋁、鎂、鈦合金材料）、碳纖維材料、粉末冶金材料（如泡沫鋁合金、鐵基粉末燒結材料）、車用塑料等。其中，高強度和超高強度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復合材料所占比例增長較大；而鑄鐵和中、低強度鋼所占比例正逐步下降［4］；另外，越來越多中級轎車的塑料用量已占到整車質量的12%～15%。在車用塑料中，聚丙烯是發展最快、應用比例最大、使用頻次最高的塑料之一［5］。

1 聚丙烯生產工藝

聚丙烯的生產工藝主要有淤漿法、本體法、氣相法和本體-氣相法。其中，淤漿法工藝流程長，成本高，操作與投資費用較高，除生產少量高性能的塑料合金外，自20世紀80年代以后，新、改建的大型聚丙烯裝置基本不再采用此法。目前，世界上比較先進的生產工藝主要是氣相法和本體-氣相法。氣相法聚丙烯生產工藝主要有瑞士英力士公司的Innovene工藝、日本聚丙烯公司的Horizone工藝、日本住友化學株式會社的Sumitomo工藝、荷蘭利安德巴塞爾工業公司的Spherizone工藝及美國陶氏化學公司的Unipol工藝等［6-10］。

2 汽車用改性聚丙烯的研究進展

通常采用物理或化學改性技術提高聚丙烯的綜合性能，以滿足汽車部件性能要求。傳統改性聚丙烯主要用于汽車保險杠、儀表板護板、門板、立柱等，長玻纖增強聚丙烯主要用在汽車前端模塊、儀表板骨架等［5］。

2.1汽車保險杠用改性聚丙烯

隨著對汽車輕量化的關注度日益提升，聚丙烯在汽車上的應用不斷增大，特別是汽車保險杠，是用量最大、發展速度最快的塑料品種；但聚丙烯的低溫脆性差、成型收縮率大、抗沖擊性能差，因此，用于汽車保險杠時需要對其改性［5，11］。

買買提江·依米提等［12］以共聚聚丙烯為基礎樹脂，利用馬來酸酐接枝物、成核劑α晶型2,2-亞甲基-雙（4,6-二叔丁基苯氧基）磷酸鈉及無機填料滑石粉提高物料之間的相容性和體系模量，控制結晶尺寸，改善熱穩定性和降低成本；利用增韌劑共混增韌、加工改性母料調節加工流動性。所制汽車保險杠專用聚丙烯的主要性能指標：熔體流動速率（MFR）為4.8 g/10 min，拉伸強度為21.6 MPa，懸臂梁沖擊強度在23，-20 ℃分別為548.0，98.7 J/m，斷裂伸長率為453%，成型收縮率為0.91%，負荷變形溫度為87 ℃。

鄧濤等［13］開發了一種適用于汽車保險杠的改性聚丙烯復合材料，該復合材料包括聚丙烯、雙（對-羥苯基）苯基氧化膦、茂金屬聚烯烴彈性體、聚酰胺、馬來酸酐、熱塑性聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、乙丙橡膠、聚乙烯、剪切增稠液、聚間苯二甲酰間苯二胺纖維、抗靜電劑、抗氧劑、分散劑、增塑劑、紫外光吸收劑。所制復合材料的流動性好，易于加工，可有效降低收縮率，即使在高溫高濕環境中使用也不會發生變形和后收縮；而且能滿足汽車用聚丙烯的其他力學性能指標，與現有的保險杠的材料相比，該復合材料的彎曲模量、拉伸強度、硬度和MFR均有大幅提高。

2.2汽車內飾用改性聚丙烯

隨著人們消費觀念的不斷改變，對汽車內飾件的美觀性、舒適性、環保性、耐老化性能、耐刮擦能力、使用壽命等都提出了更高的要求。由于汽車內飾件要在一定的壓力下工作，有時還要經受猛烈的沖擊，因而對其抗沖擊性能有較高的要求，特別是低溫抗沖擊性能。普通的聚丙烯難以滿足這些要求，而改性聚丙烯可以滿足以上要求［14-15］。

李汝勇等［14］開發了用于汽車儀表盤等塑料內飾件的環保高紅外反射聚丙烯，組成為：聚丙烯樹脂20.0～50.0 phr、分散劑1.0～3.0 phr、著色劑1.0～5.0 phr、乙烯-辛烯共聚物5.0～10.0 phr、滑石粉20.0～40.0 phr、抗氧劑1010 0.1～0.3 phr、鈦酸酯偶聯劑0.1～0.3 phr。該改性聚丙烯具有顏色穩定，散熱量低，耐侯性優越，便于儲運，不影響材料力學性能，環保無污染的優點。

魏峰等［15］公開了一種高效耐刮擦聚丙烯的生產方法，所用反應裝置包括4個串聯的反應器。其中，第一反應器和第二反應器均為液相反應器，第三反應器和第四反應器均為氣相反應器。采用本方法生產的耐刮擦聚丙烯具有較高的流動性，MFR為10～14 g/10 min；耐刮擦效果顯著、持久，實現了材料力學性能和表面耐刮擦性能的綜合提高；拉伸屈服應力≥30 MPa，彎曲模量≥1 400 MPa，負荷變形溫度≥95 ℃。

李欣等［16］提供了一種汽車安全氣囊蓋板用聚丙烯熱塑性彈性體，組分（質量分數）包括：高熔體強度聚丙烯21%～48%，烯烴類聚合物10%～50%，苯乙烯類熱塑性彈性體10%～40%，相容劑2%～15%。本發明采用高熔體強度聚丙烯作為熱塑性彈性體的基體樹脂，烯烴類聚合物和苯乙烯類熱塑性彈性體協效增韌，制備的彈性體具有優異的耐高溫和低溫爆破性能，滿足汽車安全氣囊蓋板高溫（85 ℃）點爆不變形飛出、低溫（-35 ℃）點爆不產生碎片的要求，可以替代傳統的熱塑性聚烯烴彈性體材料應用于各類汽車安全氣囊蓋板。

齊仙玲［17］公開了一種汽車用聚丙烯復合材料及其制備工藝，其組分包括：短玻璃纖維、某樹脂、硫酸鋇、增強劑、增韌劑、耐寒劑、阻燃劑、相容劑、偶聯劑、MFR改性劑、流動改性劑、穩定劑、固化劑、pH值調節劑、抑煙劑、抗氧化劑、成核劑、加工助劑、礦物充填劑、潤滑劑、防靜電劑和除味劑，其余為丙烯聚合物。所制復合材料克服了現有聚丙烯使用過程中強度低、容易變形的缺點，且在低溫條件下也具有很好的抗沖擊性和耐疲勞性，極大提高了其壽命，減小了意外事故的發生，廣泛應用于汽車內飾件、保險杠等。

2.3低氣味車用改性聚丙烯

隨著汽車的廣泛普及，汽車內的氣味對人體健康的危害成為大家首要關注的問題，車用改性聚丙烯的氣味控制對于改善車內空氣質量具有重要的意義［18］。

任俊［19］公開了一種低氣味車用聚丙烯復合材料，包括以下組分（質量分數）：聚丙烯50.0%～85.0%，礦物填料5.0%～25.0%，玻璃纖維0～20.0%，氣味吸附母料0.6%～4.5%，蓖麻油酸鋅0～1.5%，松香酯0～2.0%，增韌劑5.0%～15.0%，抗氧劑1010 0～1.0%，色粉0～5.0%以及其他助劑。所述聚丙烯為共聚聚丙烯或結晶度為50%～70%的高結晶均聚聚丙烯中的一種或其組合，所述礦物填料為滑石粉、碳酸鈣或云母粉中的一種或多種，所述抗氧劑1010為四［β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸］季戊四醇酯。所制復合材料的綜合性能優良，具有氣味小的特點。

朱金平等［20］提供了一種抗菌防霉、低氣味汽車儀表臺專用改性再生聚丙烯，組分包括：基礎材料91.5～98.5 phr，復合氣味消除劑0.5～3.0 phr，納米復合抗菌劑0.5～3.0 phr，抗氧劑0.1～0.5 phr，紫外光吸收劑0.1～0.5 phr，潤滑劑0.1～0.5 phr，偶聯劑0.1～0.5 phr，白油0.1～0.5 phr。其中，所述基礎材料包括：再生聚丙烯10.0～70.0 phr，聚丙烯新料0～30.0 phr，增韌劑3.0～20.0 phr，填料0～40.0 phr。所制改性再生聚丙烯氣味低，抗菌耐久度好，極大提高了再生聚丙烯的利用率，有益改善環境，且其制備方法簡單易行，具有實用價值。

2.4其他用途的改性聚丙烯

葛衍鹍［21］提供的汽車膨脹水箱用改性聚丙烯組分（質量分數）包括：丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯75.0%～85.0%，線型低密度聚乙烯10.0%～20.0%，三元乙丙橡膠2.0%～5.0%，成核劑0.1%～0.5%，抗氧劑0.1%～0.5%。在加工溫度為210～240 ℃，螺桿轉速為210～240 r/min的條件下，將上述材料用雙螺桿擠出機擠出造粒。該發明通過采用合理的組分及配比對聚丙烯進行改性，所制改性聚丙烯具有較高的低溫沖擊強度，較高的高溫抗蠕變能力，同時提高了其熱板焊接性能，改善了材料透明度，完全能夠滿足汽車用膨脹水箱的生產加工及使用要求。

張奎等［22］制備了一種高油漆附著力的改性聚丙烯，通過對填充劑表面極性改性以及引入聚丙烯改性劑，不僅提高了聚丙烯與填充劑的極性，而且改善了其相容性，極大提高了改性聚丙烯的表面極性，使其具有優異的油漆附著力，適用于汽車外飾噴涂制件。此外，本發明所提供的高油漆附著力的改性聚丙烯省去了噴涂前處理工藝，可以直接進行噴涂，節約了能源，降低了生產成本。

3 結語

聚丙烯是制造汽車零部件的常用原料，具有來源豐富、價格便宜、加工容易、力學性能好、密度小、剛性好、強度高以及電絕緣性能好等特點。隨著環保問題和能源問題越來越受到關注，當前汽車行業“以塑代鋼”的輕量化趨勢日益高漲，而聚丙烯及其復合材料成為輕量化復合材料的理想選擇之一。通過不同改性手段得到的改性聚丙烯可以滿足多種汽車零部件的要求，適應汽車輕量化需求。因此，需要加強對聚丙烯的改性研究，開發出適用性更廣、質量更好的改性聚丙烯，以獲得更大的經濟效益。

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《合成纖維工業》2017年征訂啟事

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Research progress of modified PP for automobile lightweight

The application and research progress of modified polypropylene（PP）in automobile lightweight are described with respect to collision bumper， interior trim， and parts. Modified PP is used for automobile lightweight thanks to its high strength and hardness， cheap price and abundant materials as well as low density that is much less than that of steel. Modified PP reduces the in-process shrinkage of PP. The auto parts made from modified PP is improved in strength， toughness， melt flow rate， service life， age， impact and scratching resistance. The strong smelling of interior trim and parts are relieved as well. It suggests that the research on modified PP for auto lightweight should be strengthened to meet the requirements of auto parts and to receive more benefits.

modified polypropylene； automobile lightweight； collision bumper； interior trim

TQ 325.1+4

A

1002-1396（2016）06-0091-04

2016-06-19；

2016-09-04。

趙玉梅，女，碩士，工程師，講師，2012年畢業于華北理工大學機械工程專業，現從事汽車維修及汽車輕量化用復合材料的研究工作。聯系電話：13932507814；E-mail：zymei818@sohu.com。