车用改性聚丙烯树脂的制备

车用改性聚丙烯树脂的制备

王强  侯雷  高朝  牟桐

广东石化有限责任公司  广东 揭阳  522000

摘要：本论文通过聚丙烯与无机填料进行熔融共混来对聚丙烯进行改性，研究了改性后复合材料的性能，以制得符合汽车部件专用料要求的车用改性聚丙烯树脂。本论文得出此配方下的改性聚丙烯树脂力学性能最好。配方如下：聚丙烯70wt%、乙烯类弹性体10wt%、酰胺类聚丙烯2wt%、沸石5wt%、碳酸钙填充母料4wt%、抗热稳定剂1.5wt%、滑石粉5wt%、硅酮母料2wt%、硅烷偶联剂0.5wt%。改性后的聚丙烯复合材料，在紫外光照射200h后，拉伸强度比纯聚丙烯材料下降得较缓慢。

关键词：改性聚丙烯树脂；熔融共混；力学性能

引言

车用改性环保聚丙烯在汽车制造中具有广泛的应用领域。从内饰部件到外饰部件，再到结构部件和新能源汽车部件，它都发挥着重要作用。其轻质、高强度、易加工以及良好的环保性能使其成为未来汽车制造的重要材料之一。随着汽车工业的不断发展和环保要求的提高，车用改性环保聚丙烯的应用前景将更加广阔。本文通过机械性能测试、热性能测试、环保性能测试、耐候性测试等必要性能测试，分别测定实验所制备的车用改性聚丙烯的应用性能。

1 改性聚丙烯树脂的制备及检测

1.1 制备改性聚丙烯的反应机理

纯聚丙烯树脂存在模量低、耐热性能不好、力学冲击强度差等缺点，严重限制了聚丙烯在汽车领域的应用。改善其缺点主要使用共聚和共混等方法，一般来说，采用无机填料和弹性体共混的方式可有效改善聚丙烯的缺点，在不降低原有性能的前提下，优化树脂原料，科学配方成分，提高材料的性能。

1.2 正交试验设计

按不同的质量配比，将试验原材料在85℃下干燥2h，再高速混合5min后，在双螺杆挤出机中挤出造粒。造粒后的复合材料置于干燥箱中85℃下烘干2小时后，使用注塑机注塑成型，制备测试所需的标准试样。材料的力学性能分别按照ASTM D638、ASTM D790、ASTM D1044的规定进行测试。

1.3 步骤

（1）原料准备：将各材料按照比例精准称量，并确定其质量。

（2）预处理：对酰胺类聚丙烯和乙烯类弹性体进行干燥处理，以避免水分对改性效果的影响。同时，对其他原料进行必要的预处理，如研磨等。

（3）高速混合：将聚丙烯、沸石、乙烯类弹性体、酰胺类聚丙烯、滑石粉和碳酸钙填充母料放入高速混合机中。开启混合机，设置合适的混合时间(通常为5-10分钟)和进料速度(50kg/h)，使原料充分混合均匀。

（4）添加助剂：在混合均匀后，将抗热稳定剂、硅酮母料和硅烷偶联剂等助剂放入混合机中。继续混合，确保助剂均匀分散在原料中。

（5）熔融挤出：将混合好的原料放入双螺杆挤出机中。根据原料的熔融特性和挤出机的性能，设置适合的加工温度(通常在180℃-220℃之间)和主机转速(通常在200-400rpm之间)。进行熔融挤出，使原料充分熔融并混合均匀。

（6）冷却与切粒：将熔融挤出的改性物料通过水冷装置冷却至室温，确保其形状稳定。使用水下切粒装置将冷却后的条状物切成均匀颗粒。

（7）干燥与注塑：将水下切粒得到的颗粒在烘干箱中85℃下烘干2h后(确保含水率低于0.1%)，使用注塑机注塑成型标准试样。

2 试验配方的确定

2.1 基体的正交试验结果与讨论

以聚丙烯树脂(为固定值设定70%)、乙烯类弹性体、酰胺类聚丙烯和抗热稳定剂的质量含量与注塑温度为正交试验的试验因素，设计5因素4水平正交试验表如表1所示

表1正交试验表

按照相同的试验过程，完成16组试样及性能测试，得到的正交实验数据。对正交试验数据进行处理，得出在各力学性能下的均值和极差、综合分析各配方比例。乙烯类弹性体加入虽然使拉伸强度和弯曲强度降低，但随着含量越来越多时冲击强度大幅度提升在5%-10%尤其明显但在10%到15%时提升较慢，本实验将乙烯类弹性体含量控制在10%，性能最好。正交试验得出在乙烯类弹性体含量为10%时，试验10性能最好，由此得出，本实验的最优配方为：乙烯类弹性体含量10%、酰胺类聚丙烯含量2%、抗热稳定剂含量1.5%、注塑温度220℃。

2.2 助剂的正交实验结果与讨论

以沸石 、滑石粉 、碳酸钙填充母料 、硅酮母料 、硅烷偶联剂的质量含量为正交实验的实验因素

表2 正交实验表

结果显示，为了平衡强度，滑石粉含量在5%时性能最好，硅烷偶联剂含量在0.5%时性能最好。综合考虑来看，本试验的最优配方为：沸石含量：5%、滑石粉含量：5%、碳酸钙填充母料含量：2%、硅酮母料含量：2%、硅烷偶联剂含量：0.5%。

3 结果讨论

本课题对影响改性聚丙烯树脂综合力学性能及表面耐磨性的主要因素进行了分析，并对改性聚丙烯树脂的力学性能、耐候性等重要性能进行检测。研究结果显示，本实验配方改性后的聚丙烯树脂具备有一定的耐刮擦性能。同时，改性聚丙烯试样的熔融指数少低于纯聚丙烯试样。这是因为无机填料的加入，会增加材料的粘性，从而降低材料的熔融指数。但硅酮母料的加入改善了材料的润滑性，使材料整体粘度降低，提高熔融指数，但效果不明显。综合来看，各组分影响，改性聚丙烯材料的熔融指数比纯聚丙烯材料稍低。

图1 纯 pp 与改性 pp 试样熔融指数对比图

结果得到如下结论：

（1）本实验通过正交试验设计确定的改性聚丙烯树脂的配方：聚丙烯70wt%、乙烯类弹性体10wt%、酰胺类聚丙烯2wt%、沸石5wt%、碳酸钙填充母料4wt%、抗热稳定剂1.5wt%、滑石粉5wt%、硅酮母料2wt%、硅烷偶联剂0.5wt%。

（2）此配方制备的改性聚丙烯树脂的冲击强度为25.4MPa，断裂伸长率为120%。同时冲击强度为26.8kJ/m，弯曲强度为29.6MPa。

（3）此配方制得的车用改性聚丙烯树脂的耐刮擦性比纯聚丙烯树脂要好，摩擦系数降低为2.51.

（4）改性聚丙烯树脂的耐热温度升高到104℃。配方中乙烯类弹性体的含量影响着熔融峰和结晶温度，其加入使熔融峰出现多峰现象，跨度变大，结晶温度较纯聚丙烯树脂降低。

（5）由于汽车长期在紫外光下暴露，车体材料的抗紫外光性能尤其重要，乙烯类弹性体的加入就增加了改性聚丙烯树脂的抗紫外光性能。

参考文献

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