趙玉梅

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jìn)展

趙玉梅

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北省唐山市 063020）

從汽車保險(xiǎn)杠、內(nèi)飾和零配件低氣味及其他應(yīng)用等介紹了改性聚丙烯在汽車輕量化方面的應(yīng)用及研究進(jìn)展。改性聚丙烯密度遠(yuǎn)小于鋼鐵且具有很好的強(qiáng)度、硬度，價(jià)格相對(duì)低廉，來(lái)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(qiáng)度、韌性、硬度、熔體流動(dòng)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(nèi)飾配件的異味。因此，應(yīng)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(jīng)濟(jì)效益。

改性聚丙烯 輕量化 汽車保險(xiǎn)杠 汽車內(nèi)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(wèn)題的重要組成部分。研究顯示，汽車整車質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；而汽車整車質(zhì)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(guó)頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)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(jié)能型乘用車的降至4.5 L以下。因此，汽車輕量化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用勢(shì)在必行［1-3］。

汽車輕量化技術(shù)主要分為3方面：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料應(yīng)用和采用先進(jìn)制造工藝［1］。其中，采用輕量化的替代性材料是業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同且前景最為可觀的輕量化技術(shù)［2］。目前，在汽車用材中，鋼鐵材料仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但其他材料在汽車上的應(yīng)用比例也逐步發(fā)生變化。汽車所用材料主要包括高/超高強(qiáng)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(jié)材料）、車用塑料等。其中，高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料所占比例增長(zhǎng)較大；而鑄鐵和中、低強(qiáng)度鋼所占比例正逐步下降［4］；另外，越來(lái)越多中級(jí)轎車的塑料用量已占到整車質(zhì)量的12%～15%。在車用塑料中，聚丙烯是發(fā)展最快、應(yīng)用比例最大、使用頻次最高的塑料之一［5］。

1 聚丙烯生產(chǎn)工藝

聚丙烯的生產(chǎn)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(zhǎng)，成本高，操作與投資費(fèi)用較高，除生產(chǎn)少量高性能的塑料合金外，自20世紀(jì)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(jìn)的生產(chǎn)工藝主要是氣相法和本體-氣相法。氣相法聚丙烯生產(chǎn)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(xué)株式會(huì)社的Sumitomo工藝、荷蘭利安德巴塞爾工業(yè)公司的Spherizone工藝及美國(guó)陶氏化學(xué)公司的Unipol工藝等［6-10］。

2 汽車用改性聚丙烯的研究進(jìn)展

通常采用物理或化學(xué)改性技術(shù)提高聚丙烯的綜合性能，以滿足汽車部件性能要求。傳統(tǒng)改性聚丙烯主要用于汽車保險(xiǎn)杠、儀表板護(hù)板、門板、立柱等，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)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(xiǎn)杠用改性聚丙烯

隨著對(duì)汽車輕量化的關(guān)注度日益提升，聚丙烯在汽車上的應(yīng)用不斷增大，特別是汽車保險(xiǎn)杠，是用量最大、發(fā)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(xiǎn)杠時(shí)需要對(duì)其改性［5，11］。

買買提江·依米提等［12］以共聚聚丙烯為基礎(chǔ)樹(shù)脂，利用馬來(lái)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(wú)機(jī)填料滑石粉提高物料之間的相容性和體系模量，控制結(jié)晶尺寸，改善熱穩(wěn)定性和降低成本；利用增韌劑共混增韌、加工改性母料調(diào)節(jié)加工流動(dòng)性。所制汽車保險(xiǎn)杠專用聚丙烯的主要性能指標(biāo)：熔體流動(dòng)速率（MFR）為4.8 g/10 min，拉伸強(qiáng)度為21.6 MPa，懸臂梁沖擊強(qiáng)度在23，-20 ℃分別為548.0，98.7 J/m，斷裂伸長(zhǎng)率為453%，成型收縮率為0.91%，負(fù)荷變形溫度為87 ℃。

鄧濤等［13］開(kāi)發(fā)了一種適用于汽車保險(xiǎn)杠的改性聚丙烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括聚丙烯、雙（對(duì)-羥苯基）苯基氧化膦、茂金屬聚烯烴彈性體、聚酰胺、馬來(lái)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(fù)合材料的流動(dòng)性好，易于加工，可有效降低收縮率，即使在高溫高濕環(huán)境中使用也不會(huì)發(fā)生變形和后收縮；而且能滿足汽車用聚丙烯的其他力學(xué)性能指標(biāo)，與現(xiàn)有的保險(xiǎn)杠的材料相比，該復(fù)合材料的彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、硬度和MFR均有大幅提高。

2.2汽車內(nèi)飾用改性聚丙烯

隨著人們消費(fèi)觀念的不斷改變，對(duì)汽車內(nèi)飾件的美觀性、舒適性、環(huán)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(nèi)飾件要在一定的壓力下工作，有時(shí)還要經(jīng)受猛烈的沖擊，因而對(duì)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(kāi)發(fā)了用于汽車儀表盤等塑料內(nèi)飾件的環(huán)保高紅外反射聚丙烯，組成為：聚丙烯樹(shù)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(lián)劑0.1～0.3 phr。該改性聚丙烯具有顏色穩(wěn)定，散熱量低，耐侯性優(yōu)越，便于儲(chǔ)運(yùn)，不影響材料力學(xué)性能，環(huán)保無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。

魏峰等［15］公開(kāi)了一種高效耐刮擦聚丙烯的生產(chǎn)方法，所用反應(yīng)裝置包括4個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器。其中，第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器均為液相反應(yīng)器，第三反應(yīng)器和第四反應(yīng)器均為氣相反應(yīng)器。采用本方法生產(chǎn)的耐刮擦聚丙烯具有較高的流動(dòng)性，MFR為10～14 g/10 min；耐刮擦效果顯著、持久，實(shí)現(xiàn)了材料力學(xué)性能和表面耐刮擦性能的綜合提高；拉伸屈服應(yīng)力≥30 MPa，彎曲模量≥1 400 MPa，負(fù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）包括：高熔體強(qiáng)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(fā)明采用高熔體強(qiáng)度聚丙烯作為熱塑性彈性體的基體樹(shù)脂，烯烴類聚合物和苯乙烯類熱塑性彈性體協(xié)效增韌，制備的彈性體具有優(yōu)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(diǎn)爆不變形飛出、低溫（-35 ℃）點(diǎn)爆不產(chǎn)生碎片的要求，可以替代傳統(tǒng)的熱塑性聚烯烴彈性體材料應(yīng)用于各類汽車安全氣囊蓋板。

齊仙玲［17］公開(kāi)了一種汽車用聚丙烯復(fù)合材料及其制備工藝，其組分包括：短玻璃纖維、某樹(shù)脂、硫酸鋇、增強(qiáng)劑、增韌劑、耐寒劑、阻燃劑、相容劑、偶聯(lián)劑、MFR改性劑、流動(dòng)改性劑、穩(wěn)定劑、固化劑、pH值調(diào)節(jié)劑、抑煙劑、抗氧化劑、成核劑、加工助劑、礦物充填劑、潤(rùn)滑劑、防靜電劑和除味劑，其余為丙烯聚合物。所制復(fù)合材料克服了現(xiàn)有聚丙烯使用過(guò)程中強(qiáng)度低、容易變形的缺點(diǎn)，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(fā)生，廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件、保險(xiǎn)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(nèi)的氣味對(duì)人體健康的危害成為大家首要關(guān)注的問(wèn)題，車用改性聚丙烯的氣味控制對(duì)于改善車內(nèi)空氣質(zhì)量具有重要的意義［18］。

任?。?9］公開(kāi)了一種低氣味車用聚丙烯復(fù)合材料，包括以下組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：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(jié)晶度為50%～70%的高結(jié)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(fù)合材料的綜合性能優(yōu)良，具有氣味小的特點(diǎn)。

朱金平等［20］提供了一種抗菌防霉、低氣味汽車儀表臺(tái)專用改性再生聚丙烯，組分包括：基礎(chǔ)材料91.5～98.5 phr，復(fù)合氣味消除劑0.5～3.0 phr，納米復(fù)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(rùn)滑劑0.1～0.5 phr，偶聯(lián)劑0.1～0.5 phr，白油0.1～0.5 phr。其中，所述基礎(chǔ)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(huán)境，且其制備方法簡(jiǎn)單易行，具有實(shí)用價(jià)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(zhuǎn)速為210～240 r/min的條件下，將上述材料用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒。該發(fā)明通過(guò)采用合理的組分及配比對(duì)聚丙烯進(jìn)行改性，所制改性聚丙烯具有較高的低溫沖擊強(qiáng)度，較高的高溫抗蠕變能力，同時(shí)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(chǎn)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(guò)對(duì)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(yōu)異的油漆附著力，適用于汽車外飾噴涂制件。此外，本發(fā)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(jìn)行噴涂，節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本。

3 結(jié)語(yǔ)

聚丙烯是制造汽車零部件的常用原料，具有來(lái)源豐富、價(jià)格便宜、加工容易、力學(xué)性能好、密度小、剛性好、強(qiáng)度高以及電絕緣性能好等特點(diǎn)。隨著環(huán)保問(wèn)題和能源問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，當(dāng)前汽車行業(yè)“以塑代鋼”的輕量化趨勢(shì)日益高漲，而聚丙烯及其復(fù)合材料成為輕量化復(fù)合材料的理想選擇之一。通過(guò)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(yīng)汽車輕量化需求。因此，需要加強(qiáng)對(duì)聚丙烯的改性研究，開(kāi)發(fā)出適用性更廣、質(zhì)量更好的改性聚丙烯，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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《合成纖維工業(yè)》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(yè)于華北理工大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，現(xiàn)從事汽車維修及汽車輕量化用復(fù)合材料的研究工作。聯(lián)系電話：13932507814；E-mail：zymei818@sohu.com。