周健，周力

（中國石油化工股份有限公司揚(yáng)子石化分公司塑料廠，江蘇省南京市 210048）

汽車保險(xiǎn)杠專用聚丙烯樹脂的開發(fā)

周健，周力

（中國石油化工股份有限公司揚(yáng)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(fā)了汽車保險(xiǎn)杠專用PP樹脂K9015，產(chǎn)品主要性能指標(biāo)達(dá)到要求：熔體流動(dòng)速率為17.9 g/10 min,彎曲模量為660 MPa，拉伸屈服強(qiáng)度為17.7 MPa，懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度（-20℃）為660 MPa，熱變形溫度（0.45 MPa）為92℃。

聚丙烯 汽車保險(xiǎn)杠 專用樹脂 開發(fā)

汽車用合成樹脂主要以聚丙烯（PP）為主，且80%以上用于生產(chǎn)汽車保險(xiǎn)杠。目前，國外小轎車保險(xiǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)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(jià)格較高，流動(dòng)性不好[1]。目前，國外汽車保險(xiǎn)杠專用PP樹脂的主要技術(shù)指標(biāo)見表1[2-3]。本研究采用丙烯與乙烯共聚合工藝在工業(yè)反應(yīng)器中直接生產(chǎn)出汽車保險(xiǎn)杠專用PP基礎(chǔ)樹脂。

表1 國外汽車保險(xiǎn)杠專用PP的技術(shù)指標(biāo)Tab.1Overseas technical indicators of the special PP resins for automobile bumper

1 K9015研發(fā)背景

中國石油化工股份有限公司（簡稱中石化）揚(yáng)子石化分公司（簡稱揚(yáng)子石化）塑料廠PP裝置采用氣相Innovene工藝，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為200 kt/a。以氫氣為相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)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(chǎn)量高、能耗低，產(chǎn)品過渡快，放空時(shí)不含大量液態(tài)丙烯，安全性和環(huán)保性好。

汽車保險(xiǎn)杠專用PP是汽車用合成樹脂中前景很好的一個(gè)品種，開發(fā)的關(guān)鍵：一是汽車保險(xiǎn)杠對材料的力學(xué)性能要求較高，要求材料的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度須達(dá)到45 J/m以上，以保證保險(xiǎn)杠的低溫韌性；二是對材料流動(dòng)性要求高，這是因?yàn)槠嚤ｋU(xiǎn)杠成型面積大，成型時(shí)熔體料的流程長，只有流動(dòng)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(xiǎn)杠厚度，減輕制品質(zhì)量。工業(yè)裝置生產(chǎn)汽車保險(xiǎn)杠專用樹脂就必須圍繞這三點(diǎn)進(jìn)行，可通過調(diào)整PP中共聚單體含量提高沖擊強(qiáng)度，控制聚合物熔體流動(dòng)速率（MFR）滿足流動(dòng)性的要求。但PP中共聚單體含量高將降低PP剛性，生產(chǎn)中必須兼顧樹脂的剛韌平衡。

擬開發(fā)的汽車保險(xiǎn)杠專用PP樹脂牌號為K9015，設(shè)計(jì)共聚單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%左右，MFR在左右。較高的共聚單體含量能夠顯著提高產(chǎn)品的抗低溫沖擊性能，但是也容易造成聚合釜內(nèi)粉末發(fā)黏，流動(dòng)性變差，因此，控制聚合工藝參數(shù)尤為重要。

2 K9015產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及裝置的運(yùn)行狀況，確定K9015的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見表2。

表2 K9015產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)Tab.2Product quality indices of K9015

3 工業(yè)化生產(chǎn)

K9015的生產(chǎn)開發(fā)前期與專利商合作，由專利商提供最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開始，共進(jìn)行了5次試生產(chǎn)。開發(fā)前期，產(chǎn)品的抗沖擊性能高，但剛性不足，負(fù)荷變形溫度偏低，裝置穩(wěn)定生產(chǎn)難度較大，生產(chǎn)負(fù)荷較低。自第二次試生產(chǎn)開始，與中石化北京化工研究院合作攻關(guān)，優(yōu)化了工藝參數(shù)，摸索出適合K9015的生產(chǎn)技術(shù)路線，既保證了優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量，又滿足了裝置長周期穩(wěn)定生產(chǎn)的需要。自2004年8月到2007年5月，5次共生產(chǎn)K9015產(chǎn)品11.744 kt，裝置連續(xù)生產(chǎn)周期突破6天，達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。

3.1 首次工業(yè)化生產(chǎn)

2004年8月首次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)K9015產(chǎn)品1.700 kt。從轉(zhuǎn)產(chǎn)到產(chǎn)出MFR合格的產(chǎn)品耗時(shí)約24 h，裝置穩(wěn)定生產(chǎn)難度較大，主要表現(xiàn)為：聚合物粉末流動(dòng)性差，出料不暢，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)負(fù)荷較低。最終產(chǎn)品經(jīng)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(yè)化生產(chǎn)

2005年5月進(jìn)行了第二次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)產(chǎn)品本次試生產(chǎn)縮短了從轉(zhuǎn)產(chǎn)到產(chǎn)出合格MFR產(chǎn)品的過渡時(shí)間，僅用12 h，聚合控制穩(wěn)定。在生產(chǎn)中試驗(yàn)了不同的加氫工藝路線，找到了合適的控制粉末流動(dòng)性的方法，同時(shí)找到了改善產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度和彎曲模量以及負(fù)荷變形溫度等性能的途徑。

3.3 第三次工業(yè)化生產(chǎn)

2005年12月第三次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)1.634 kt產(chǎn)品。這次試生產(chǎn)過渡時(shí)間增加，轉(zhuǎn)產(chǎn)開始14 h后產(chǎn)出合格產(chǎn)品。本次采用了第二次試生產(chǎn)的聚合控制模式，獲得了較好的粉末流動(dòng)性。在造粒過程優(yōu)化了擠壓機(jī)工藝，同時(shí)對助劑進(jìn)行了復(fù)配，提高了助劑添加穩(wěn)定性，解決了第二次試生產(chǎn)中助劑添加波動(dòng)的問題。本次試生產(chǎn)得到的產(chǎn)品在不降低抗沖擊性能的情況下，提高了彎曲模量和負(fù)荷變形溫度，改善了K9015的綜合性能。

3.4 第四次工業(yè)化生產(chǎn)

2006年2月第四次工業(yè)化生產(chǎn)，共生產(chǎn)2.842 kt產(chǎn)品，與以往的K9015生產(chǎn)相比取得了技術(shù)突破，不僅找到了最佳的聚合加氫控制模式同時(shí)也確定了復(fù)配助劑的添加比例，最終實(shí)現(xiàn)了工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良的平衡。此次連續(xù)生產(chǎn)超過6天，而且生產(chǎn)終止時(shí)裝置運(yùn)行情況良好。本次試生產(chǎn)在造粒過程添加了新型助劑，該助劑通過螺桿秤進(jìn)行加料，生產(chǎn)過程中加料均勻。

3.5 第五次工業(yè)化生產(chǎn)

2007年5月第五次試生產(chǎn)，此次K9015生產(chǎn)延續(xù)了2006年2月成功生產(chǎn)的模式，聚合控制中逐步調(diào)整氫氣加入比例，控制第一、第二反應(yīng)器中PP粉末的MFR，進(jìn)一步優(yōu)化了造粒參數(shù)。產(chǎn)品質(zhì)量與2006年2月試生產(chǎn)相比具有很好的重復(fù)性，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，部分性能（如彎曲模量及負(fù)荷變形溫度）有所提高。

3.6 K9015生產(chǎn)控制要點(diǎn)

經(jīng)過5次試生產(chǎn)的摸索，積累了經(jīng)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)各工藝參數(shù)的穩(wěn)定控制。最終確定了主要工藝控制要點(diǎn)。

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(shù)據(jù)控制最終PP粉料MFR，直至達(dá)到目標(biāo)要求。

在粉料MFR控制的基礎(chǔ)上通過在造粒系統(tǒng)加入過氧化物（加入量根據(jù)顆粒MFR的分析結(jié)果調(diào)整），最終將K9015顆粒產(chǎn)品的MFR控制在合適范圍。

3.6.2 產(chǎn)品橡膠中乙烯含量的控制

參照第二反應(yīng)器系統(tǒng)n（C2H4）/n（C3H6）以及分析測得的粉末乙烯含量值調(diào)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(yīng)器與第一反應(yīng)器產(chǎn)率比以及化驗(yàn)分析測得的總乙烯含量調(diào)整乙烯加入量，將w（C2H4）控制在合適值。

3.6.4 造粒系統(tǒng)的控制

調(diào)節(jié)擠壓機(jī)筒體溫度，模板溫度，節(jié)流閥開度，切刀壓力，切刀轉(zhuǎn)速等參數(shù)，可以穩(wěn)定造粒系統(tǒng)運(yùn)行。

4 產(chǎn)品的應(yīng)用

4.1 與國外同類產(chǎn)品性能對比

從表3看出：除了剛性稍差和負(fù)荷變形溫度稍低外，K9015的其他各項(xiàng)性能都可與國外同類產(chǎn)品抗衡。尤其K9015的MFR較高，可使加工時(shí)的流動(dòng)性好，成型范圍寬。-30～23℃時(shí)K9015的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度較高，韌性好，特別適合做汽車保險(xiǎn)杠材料。K9015的剛性不足是該產(chǎn)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(guān)。MFR較高和韌性較好都會(huì)造成樹脂的剛性較差，因此，今后的生產(chǎn)中應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)助劑配方或工藝以達(dá)到產(chǎn)品韌性和剛性的平衡。

表3 K9015與國外同類產(chǎn)品力學(xué)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(fā)狀況

以K9015為基料成功開發(fā)了日系汽車的代表車型——海南馬自達(dá)的保險(xiǎn)杠專用料，已進(jìn)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(biāo)致307的前后保險(xiǎn)杠生產(chǎn)，已進(jìn)入工業(yè)化。以K9015為基料，成功開發(fā)了適用于歐系汽車——標(biāo)致307的耐候、著色功能母粒。

4.3 產(chǎn)品應(yīng)用試驗(yàn)

將揚(yáng)子石化生產(chǎn)的共聚PP K9015專用樹脂分別在江陰江南模塑集團(tuán)汽車飾件系統(tǒng)有限公司、上海延鋒—韋氏通汽車飾件系統(tǒng)有限公司及德國Decom Gmbh公司進(jìn)行了普通桑塔納保險(xiǎn)杠、帕薩特B5前后保險(xiǎn)杠、POLOGP轎車保險(xiǎn)杠及德國大眾集團(tuán)商用車T5前保險(xiǎn)杠等的成型試驗(yàn)。各成型試驗(yàn)過程順利，與原使用的專用樹脂生產(chǎn)的轎車的前、后保險(xiǎn)杠的注射工藝條件相近；利用K9015注射的幾種車型保險(xiǎn)杠外觀均可滿足試驗(yàn)及裝車要求；漆膜剝離強(qiáng)度檢驗(yàn)合格；K9015的收縮率稍大，注塑產(chǎn)品尺寸與標(biāo)準(zhǔn)要求有一定偏差。在福州華聯(lián)汽車配件有限公司進(jìn)行了吉利金剛汽車前保險(xiǎn)杠樣品制備，成型順利，外觀和性能符合吉利金剛保險(xiǎn)杠的要求。

5 結(jié)語

PP K9015的研制開發(fā)填補(bǔ)了國內(nèi)高檔汽車專用料的空白，產(chǎn)品技術(shù)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，完全能夠滿足國內(nèi)汽車行業(yè)應(yīng)用的需要。該牌號的開發(fā)成功能夠替代進(jìn)口，不僅可為揚(yáng)子石化創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，而且符合我國汽車行業(yè)的發(fā)展方向。

K9015不僅具有高的流動(dòng)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(xiǎn)杠制件的注塑。不足之處是由于和傳統(tǒng)的共混改性材料在收縮率方面有差距，尚不能直接取代當(dāng)前使用的共混改性材料，還需開發(fā)新的模具。

[1]江梅，王清國，聶華.汽車塑料及其制品的發(fā)展[J]，汽車工藝與材料，2005（4）：37-41.

[2]鐘明強(qiáng).PP汽車保險(xiǎn)杠材料的研究開發(fā)進(jìn)展[J]，上海塑料，2006（4）：41-46.

[3]王躍.聚丙烯汽車保險(xiǎn)杠的應(yīng)用與開發(fā)進(jìn)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(yè)于江蘇化工學(xué)院，現(xiàn)從事聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)管理工作。聯(lián)系電話：（025）57782701；E-mail:zhoujian.yzsh@sinopec. com。

（編輯：劉楓閣）