汽車吸能緩沖塊的原材料結構與性能的研究

陳龍

摘 要：汽車在發生碰撞時，部分零部件通過變形來吸收碰撞能量，以減小碰撞對車內人員或者行人的沖擊。文章介紹了用于汽車吸能緩沖塊的聚烯烴彈性體（Polyolefin elastomer，簡稱POE）結構與性能的研究。文章制備了高密度聚乙烯（HDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）與POE熔融共混物，研究了POE含量對PE/POE熱塑性彈性體體系中結構與性能的影響。

關鍵詞：吸能緩沖塊;聚乙烯;聚烯烴彈性體

1 前言

汽車的碰撞安全性能是消費者買車時關注的重點指標，汽車在發生碰撞時，部分零部件通過變形來吸收碰撞能量，以減小碰撞對車內人員或者行人的沖擊。因此，設計合理的吸能零部件是車企在前期開發過程中需要重點考慮的，一般通過選擇合理的材料和設計特殊結構，然后使用軟件仿真分析得出最優結果。

本文介紹的吸能緩沖塊，其原材料基體就是聚乙烯熱塑性彈性體（簡稱PE/POE）。POE作為一種熱塑性彈性體，是一種飽和的乙烯-辛烯共聚物。由于POE的內聚能較小，其表觀切變粘度對溫度的敏感性接近聚烯烴樹脂，與聚烯烴樹脂共混更容易得到較小的彈性體粒徑和較窄的粒徑分布，有利于基體樹脂的加工性能和沖擊性能的提高，顯示了增韌增強的復合效應，吸能效果優異。

本文制備了高密度聚乙烯（HDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）與POE熔融共混物，研究了POE含量對PE/POE熱塑性彈性體體系中結構與性能的影響。

2 實驗部分

原料：高密度聚乙烯（HDPE，牌號2200J）、線性低密度聚乙烯（LLDPE，牌號7042）、聚烯烴彈性體（POE，牌號DF610）。

實驗流程如下：

（1）轉矩共混。將不同比例的HDPE（2200J）/POE和LLDPE（7042）/POE分別在轉矩流變儀中充分混合，轉速為40RPM，溫度分別為170℃、165℃和175℃。

原料配比：HDPE（2200J）/POE=100/0、85/15、75/25、50/50、

25/75、0/100;LLDPE（7042）/POE配比同上。

（2）壓制成型。分別將HDPE（2200J）/POE和LLDPE（7042）/POE混合物在壓機上壓制成型，模壓壓力為10MPa，壓機三個板的溫度分別為175℃、175℃和180℃。

（3）制樣。用制樣機制成啞鈴狀樣品。

（4）拉伸實驗。使用萬能電子材料試驗機做拉伸實驗，拉伸速率50mm/min。

3 POE含量對PE/POE共混體系拉伸性能的影響

從圖1可以看出：隨著POE含量的增加，POE/HDPE（2200J）共混體系的拉伸強度逐漸降低，當POE含量在0-15%之間時，拉伸強度下降比較快，當POE含量在15-50%之間時，拉伸強度下降比較平緩，當POE含量在50%以上時，拉伸強度的下降速度又相對較快。另一方面，隨著POE含量增加，斷裂伸長率不斷升高，而在POE含量在0-25%之間時，斷裂伸長率增加迅速，而在POE含量在25%以上時，斷裂伸長率增幅相對變小但仍然平穩增長。這說明POE含量在15%到50%之間時，POE對HDPE材料的增韌效果較佳。

從圖2可以看出：無POE時，LLDPE本身的斷裂伸長率就非常大，而隨著POE含量的加入，斷裂伸長率仍然不斷提高，說明POE的加入有提高其伸長率的作用。同高密度聚乙烯一樣，隨著POE的加入，其拉伸強度開始降低。當POE含量加入在0-25%之間時，拉伸強度下降比較平緩，而當POE含量在25-75%之間時，拉伸強度的下降速度快，當POE的含量高于75%時，拉伸強度又平衡了下來。從斷裂伸長率和拉伸強度綜合考慮，說明POE在共混體系中含量在0到25%之間時，增韌效果較好。

4 結論

通過制備不同POE含量和不同牌號PE的PE/POE熱塑性彈性體共混體系，研究了不同含量的POE、不同牌號的PE對PE/POE共混體系的影響。我們發現，POE含量在15%-25%時，對PE/POE熱塑性彈性體體系增韌效果最佳;且相同POE含量下，LLDPE/POE比HDPE/POE共混體系的增韌效果好。該試驗結果對吸能緩沖塊的選材和配比具有指導意義。