隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，特別是轎車(chē)向著輕量、高速、安全、節(jié)能、舒適、低成本的方向發(fā)展，工程塑料在汽車(chē)材料中的地位日趨重要，汽車(chē)保險(xiǎn)杠用PP改性料以它良好的加工性能、沖擊性能、耐老化性能、及高強(qiáng)度、質(zhì)輕等各種優(yōu)點(diǎn)是汽車(chē)用工程塑料用量較大的一個(gè)品種。
富康轎車(chē)保險(xiǎn)杠材料的開(kāi)發(fā)有兩個(gè)難點(diǎn)。一是材料理化性能指標(biāo)的要求；二是成型工藝的要求。國(guó)內(nèi)一般的保險(xiǎn)杠用PP改性粒料的收縮率在1.1—1.3之間，而富康轎車(chē)保險(xiǎn)杠由于模具的特點(diǎn)，要求PP改性粒料的收縮率必須達(dá)到1.45--1.55之間，這是研制富康用轎車(chē)保險(xiǎn)杠料的關(guān)鍵所在。其次，由于富康轎車(chē)保險(xiǎn)杠成型面積大，為保證成型產(chǎn)品有很好的外觀性能，要求保險(xiǎn)杠料必須有良好的流變性能，以保證成型工藝的順利進(jìn)行，使成型產(chǎn)品有良好的外觀性能。
在研制過(guò)程中我們經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，采用多種試驗(yàn)手段做了許多分析對(duì)比，最終取得了滿意的結(jié)果。
二、試驗(yàn)部分
1．主要原材料
PP P340 MFI=1.0 盤(pán)錦石化; PP K1008 MFI=10 燕山石化; LDPE 1C7A 燕山石化
EPDM 荷蘭DSM公司; SBS 792 岳陽(yáng)石化總廠; POE 美國(guó)杜邦公司
PE蠟 武漢高分子材料廠; 滑石粉 1250目 廣西龍廣滑石公司; MBS 進(jìn)口
黑色母粒 美國(guó)卡博特公司; 抗氧劑 1010 、168 天津力生化工廠; Cast 溫州助劑總廠
2．試驗(yàn)設(shè)備
熔融指數(shù)儀 μPXRZ-400C 吉林大學(xué)科教儀器廠; 熱老化箱 上海產(chǎn)
萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) WSM-2000 長(zhǎng)春智能儀器設(shè)備研究所; 流變儀 PLE331 Braebendar
制樣機(jī) 承德寶華電器有限公司; 注塑機(jī) TP120T 北京信冠機(jī)械設(shè)備制造有限公司
擠出機(jī) TM40MVC/D-40 意大利MARIS; 沖擊機(jī) XJD數(shù)顯 承德寶華電器有限公司
工藝流程和條件
流程：A：原料混合——擠出造?！⑺鼙ｋU(xiǎn)杠——外觀成品檢驗(yàn)
B：原料混合——擠出造?！⑺艽驑印獧z測(cè)分析
工藝條件：
擠出溫度 200--240℃; 螺桿轉(zhuǎn)速 300轉(zhuǎn)/min; 打樣注塑溫度 190--210℃
保險(xiǎn)杠注塑溫度 210--250℃; 檢測(cè)方法 ASTM
三、結(jié)果討論
1． 橡膠對(duì)共混材料性能的影響
PP是一種綜合性能比較好的通用塑料，但由于其是高等規(guī)度、大球晶聚合物，從而表現(xiàn)為低溫脆性。改善PP的低溫脆性是PP改性的主要問(wèn)題，也是該產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)的首要問(wèn)題。與橡膠共混是改善PP低溫脆性的最有效途徑，根據(jù)溶解度參數(shù)相近的原理及有關(guān)資料介紹，我們選擇了EPDM、SBS、POE等幾種彈性體作為PP的增韌劑試驗(yàn)。
A. 增韌劑的選擇
幾種增韌劑對(duì)PP的增韌效果，如圖一所示。從圖中可看出EPDM和POE的增韌效果優(yōu)于SBS，POE前期效果優(yōu)于EPDM，當(dāng)含量達(dá)到20%以上時(shí)，EPDM優(yōu)于POE。幾種橡膠增韌效果都比較理想。隨著橡膠含量的增加缺口沖擊強(qiáng)度也逐步增加，其內(nèi)在原因是分散相的橡膠微粒吸收和分散了大量的沖擊能，橡膠微粒作為大量的應(yīng)力集中物。當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)，引發(fā)大量的裂紋起到吸收和分散沖擊能的作用。同時(shí)大量裂紋之間互相干擾，阻止裂紋的進(jìn)一步發(fā)展，從而改善了PP的韌性。
從試驗(yàn)中我們也發(fā)現(xiàn)，橡膠對(duì)PP韌性的改善，除了橡膠含量之外，和橡膠在PP中的分散程度關(guān)系很大，分散粒徑越小越好。從分散程度看POE相對(duì)好分散一些，EPDM和SBS次之。
從試驗(yàn)中我們也發(fā)現(xiàn)不同的橡膠對(duì)PP的流動(dòng)性影響也不一樣。如表一所示，在橡膠含量為25份時(shí)，SBS對(duì)流動(dòng)性影響最大，POE影響最小。為了保證最終產(chǎn)品的流動(dòng)性，選用不同橡膠時(shí)，應(yīng)在流動(dòng)性上設(shè)計(jì)不同的配方。
表一：橡膠對(duì)聚丙烯流動(dòng)性的影響
B. 橡膠對(duì)彎曲模量的影響
加入橡膠后材料的彎曲模量變化如圖二所示，隨著橡膠含量的增加，材料的彎曲模量逐步下降，從一開(kāi)始的1600MPa下降至600MPa，配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品的要求選擇合適的橡膠比例，保證最終產(chǎn)品質(zhì)量。
試驗(yàn)中我們還發(fā)現(xiàn)EPDM對(duì)模量的下降程度比SBS和POE稍微嚴(yán)重一些。
C． 橡膠對(duì)材料拉伸強(qiáng)度的影響
如圖三所示，橡膠含量的增加，材料的拉伸強(qiáng)度逐步下降，當(dāng)橡膠含量從0增加到30份時(shí)材料的拉伸強(qiáng)度由原來(lái)的35Mpa下降到16MPa，這主要是由于橡膠的加入，雖增加了材料的沖擊性能，但同時(shí)也破壞了聚丙烯的高結(jié)晶性導(dǎo)致了強(qiáng)度的下降，當(dāng)橡膠含量為30份時(shí)，屈服拉伸強(qiáng)度下降了50%。
2． 聚丙烯品種對(duì)材料性能的影響
聚丙烯自身的性能對(duì)共混材料性能的影響也很大。首先聚丙烯分為均聚料和共聚料兩種，均聚料拉伸強(qiáng)度和模量高一些，而共聚料的沖擊強(qiáng)度較均聚料高。隨橡膠含量的增加，均聚料和共聚料各自共混料的沖擊強(qiáng)度變化如圖4所示。
此外，聚丙烯流動(dòng)性對(duì)材料性能也有一定的影響。一般來(lái)說(shuō)，MFI增大時(shí)，材料沖擊性能、彎曲強(qiáng)度和拉伸性能都會(huì)有不同程度的下降。這是由于MFI增大時(shí)表示聚丙烯分子量減少，導(dǎo)致材料性能下降。不同MFI時(shí)PP的沖擊強(qiáng)度變化如圖5所示。
3. 共混材料成型收縮率的控制
成型收縮率是富康轎車(chē)保險(xiǎn)杠料研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。PP橡塑共混材料的成型收縮率主要受橡膠含量和PP分子量的影響，如圖6所示為橡膠含量對(duì)成型收縮率的影響。從圖中可以看出隨橡膠含量的增大，成型收縮率呈下降趨勢(shì)。這是由于橡膠的加入破壞了PP原有的結(jié)晶度，使結(jié)晶率降低，從而導(dǎo)致成型收縮率下降。
此外成型收縮率和PP分子量大小也有關(guān)系。當(dāng)分子量增大時(shí)，PP的結(jié)晶度和結(jié)晶率都呈下降趨勢(shì)，從而導(dǎo)致成型收縮率減小。而當(dāng)分子量減小時(shí)，PP結(jié)晶速度和結(jié)晶率都增大，成型收縮率也隨之增大，圖7所示為PP成型收縮率隨MFI的變化趨勢(shì)。
3． 共混材料流變性能的控制
富康保險(xiǎn)杠由于面積大，同時(shí)又是薄型保險(xiǎn)杠，因此要求原料必須有合適的流變性能，否則產(chǎn)品表面會(huì)出現(xiàn)花紋，影響表面質(zhì)量。為此我們采用德國(guó)PLE331型Braebendar流變儀進(jìn)行了不同配方的流變分析，結(jié)果如表二所示。
從表中可以看出不同潤(rùn)滑劑的加入都不同程度的改變了材料的流變性能，同時(shí)材料MFI的增大，流變性能也相對(duì)得到改善。但最終還要考慮材料的總體性能。
表二 不同配方流變性分析
注：1#為基本配方；2#加入PE蠟；3#加入LDPE；4#加入EVA；5#加入MBS；6#為增大MFI；7#為DSM料。
表三 不同配方保險(xiǎn)杠材料的對(duì)比
5. 最終配方試驗(yàn)
根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果，我們配了三組配方進(jìn)行了小批量生產(chǎn)，并進(jìn)行了保險(xiǎn)杠制作，結(jié)果如表三所示。
從表中可以看出我們研制的B、C配方材料性能全部達(dá)到進(jìn)口料的標(biāo)準(zhǔn)（在相同的注塑條件下），其工藝性能和外觀質(zhì)量也達(dá)到了進(jìn)口料的水平，而且工藝可調(diào)范圍廣。其中A--22號(hào)配方最好，結(jié)果比較理想。
試驗(yàn)過(guò)程中我們還發(fā)現(xiàn)，除原料配比外，擠出共混工藝對(duì)共混材料最終性能也有一定的影響。如擠出溫度、擠出產(chǎn)量、螺桿轉(zhuǎn)速等，其中擠出溫度影響最大，在此就不做詳細(xì)介紹。
四、結(jié)論
1． 采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備、國(guó)產(chǎn)聚丙烯選擇合適的工藝和先進(jìn)的配方，完全可以生產(chǎn)出合格的富康轎車(chē)用保險(xiǎn)杠料，達(dá)到進(jìn)口料的標(biāo)準(zhǔn)。
2． 選擇增韌劑時(shí)必須從配方整體出發(fā)。
3． 流變性的控制是富康車(chē)保險(xiǎn)杠料的一個(gè)重要指標(biāo)，批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制。
（轉(zhuǎn)載）
