汽车轻量化用改性聚丙烯的研究进展

赵玉梅

（唐山工业职业技术学院，河北省唐山市 063020）

Zhao Yumei（Tangshan Polytechnic College，Tangshan 063020，China）

汽车轻量化用改性聚丙烯的研究进展

赵玉梅

（唐山工业职业技术学院，河北省唐山市 063020）

从汽车保险杠、内饰和零配件低气味及其他应用等介绍了改性聚丙烯在汽车轻量化方面的应用及研究进展。改性聚丙烯密度远小于钢铁且具有很好的强度、硬度，价格相对低廉，来源充足，因此常被用作汽车轻量化主选材料之一。改性聚丙烯降低了聚丙烯的成型收缩率，用改性聚丙烯制备的汽车零配件在强度、韧性、硬度、熔体流动速率、耐老化性能、耐刮擦能力、使用寿命、耐冲击性等方面得到了提高，并减少了汽车内饰配件的异味。因此，应加大汽车轻量化用聚丙烯的改性研究，以满足各种汽车零部件的要求，获得更大的经济效益。

改性聚丙烯 轻量化 汽车保险杠 汽车内饰

Zhao Yumei
（Tangshan Polytechnic College，Tangshan 063020，China）

目前，全球汽车保有量已接近12亿辆，全球70%～80%的石油被用作汽车燃油，减少汽车燃油用量是改善全球气候问题的重要组成部分。研究显示，汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；而汽车整车质量每减少100 kg，每百公里燃料消耗量可降低0.3～0.6 L。我国颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》，要求到2020年乘用车的百公里平均燃料消耗量降至5.0 L，节能型乘用车的降至4.5 L以下。因此，汽车轻量化技术的开发与应用势在必行［1-3］。

汽车轻量化技术主要分为3方面：结构优化设计、轻量化材料应用和采用先进制造工艺［1］。其中，采用轻量化的替代性材料是业内普遍认同且前景最为可观的轻量化技术［2］。目前，在汽车用材中，钢铁材料仍占据主导地位，但其他材料在汽车上的应用比例也逐步发生变化。汽车所用材料主要包括高/超高强度钢板、轻金属材料（如铝、镁、钛合金材料）、碳纤维材料、粉末冶金材料（如泡沫铝合金、铁基粉末烧结材料）、车用塑料等。其中，高强度和超高强度钢、铝合金、镁合金、塑料和复合材料所占比例增长较大；而铸铁和中、低强度钢所占比例正逐步下降［4］；另外，越来越多中级轿车的塑料用量已占到整车质量的12%～15%。在车用塑料中，聚丙烯是发展最快、应用比例最大、使用频次最高的塑料之一［5］。

1 聚丙烯生产工艺

聚丙烯的生产工艺主要有淤浆法、本体法、气相法和本体-气相法。其中，淤浆法工艺流程长，成本高，操作与投资费用较高，除生产少量高性能的塑料合金外，自20世纪80年代以后，新、改建的大型聚丙烯装置基本不再采用此法。目前，世界上比较先进的生产工艺主要是气相法和本体-气相法。气相法聚丙烯生产工艺主要有瑞士英力士公司的Innovene工艺、日本聚丙烯公司的Horizone工艺、日本住友化学株式会社的Sumitomo工艺、荷兰利安德巴塞尔工业公司的Spherizone工艺及美国陶氏化学公司的Unipol工艺等［6-10］。

2 汽车用改性聚丙烯的研究进展

通常采用物理或化学改性技术提高聚丙烯的综合性能，以满足汽车部件性能要求。传统改性聚丙烯主要用于汽车保险杠、仪表板护板、门板、立柱等，长玻纤增强聚丙烯主要用在汽车前端模块、仪表板骨架等［5］。

2.1汽车保险杠用改性聚丙烯

随着对汽车轻量化的关注度日益提升，聚丙烯在汽车上的应用不断增大，特别是汽车保险杠，是用量最大、发展速度最快的塑料品种；但聚丙烯的低温脆性差、成型收缩率大、抗冲击性能差，因此，用于汽车保险杠时需要对其改性［5，11］。

买买提江·依米提等［12］以共聚聚丙烯为基础树脂，利用马来酸酐接枝物、成核剂α晶型2,2-亚甲基-双（4,6-二叔丁基苯氧基）磷酸钠及无机填料滑石粉提高物料之间的相容性和体系模量，控制结晶尺寸，改善热稳定性和降低成本；利用增韧剂共混增韧、加工改性母料调节加工流动性。所制汽车保险杠专用聚丙烯的主要性能指标：熔体流动速率（MFR）为4.8 g/10 min，拉伸强度为21.6 MPa，悬臂梁冲击强度在23，-20 ℃分别为548.0，98.7 J/m，断裂伸长率为453%，成型收缩率为0.91%，负荷变形温度为87 ℃。

邓涛等［13］开发了一种适用于汽车保险杠的改性聚丙烯复合材料，该复合材料包括聚丙烯、双（对-羟苯基）苯基氧化膦、茂金属聚烯烃弹性体、聚酰胺、马来酸酐、热塑性聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、乙丙橡胶、聚乙烯、剪切增稠液、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、抗静电剂、抗氧剂、分散剂、增塑剂、紫外光吸收剂。所制复合材料的流动性好，易于加工，可有效降低收缩率，即使在高温高湿环境中使用也不会发生变形和后收缩；而且能满足汽车用聚丙烯的其他力学性能指标，与现有的保险杠的材料相比，该复合材料的弯曲模量、拉伸强度、硬度和MFR均有大幅提高。

2.2汽车内饰用改性聚丙烯

随着人们消费观念的不断改变，对汽车内饰件的美观性、舒适性、环保性、耐老化性能、耐刮擦能力、使用寿命等都提出了更高的要求。由于汽车内饰件要在一定的压力下工作，有时还要经受猛烈的冲击，因而对其抗冲击性能有较高的要求，特别是低温抗冲击性能。普通的聚丙烯难以满足这些要求，而改性聚丙烯可以满足以上要求［14-15］。

李汝勇等［14］开发了用于汽车仪表盘等塑料内饰件的环保高红外反射聚丙烯，组成为：聚丙烯树脂20.0～50.0 phr、分散剂1.0～3.0 phr、着色剂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、抗氧剂1010 0.1～0.3 phr、钛酸酯偶联剂0.1～0.3 phr。该改性聚丙烯具有颜色稳定，散热量低，耐侯性优越，便于储运，不影响材料力学性能，环保无污染的优点。

魏峰等［15］公开了一种高效耐刮擦聚丙烯的生产方法，所用反应装置包括4个串联的反应器。其中，第一反应器和第二反应器均为液相反应器，第三反应器和第四反应器均为气相反应器。采用本方法生产的耐刮擦聚丙烯具有较高的流动性，MFR为10～14 g/10 min；耐刮擦效果显著、持久，实现了材料力学性能和表面耐刮擦性能的综合提高；拉伸屈服应力≥30 MPa，弯曲模量≥1 400 MPa，负荷变形温度≥95 ℃。

李欣等［16］提供了一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯热塑性弹性体，组分（质量分数）包括：高熔体强度聚丙烯21%～48%，烯烃类聚合物10%～50%，苯乙烯类热塑性弹性体10%～40%，相容剂2%～15%。本发明采用高熔体强度聚丙烯作为热塑性弹性体的基体树脂，烯烃类聚合物和苯乙烯类热塑性弹性体协效增韧，制备的弹性体具有优异的耐高温和低温爆破性能，满足汽车安全气囊盖板高温（85 ℃）点爆不变形飞出、低温（-35 ℃）点爆不产生碎片的要求，可以替代传统的热塑性聚烯烃弹性体材料应用于各类汽车安全气囊盖板。

齐仙玲［17］公开了一种汽车用聚丙烯复合材料及其制备工艺，其组分包括：短玻璃纤维、某树脂、硫酸钡、增强剂、增韧剂、耐寒剂、阻燃剂、相容剂、偶联剂、MFR改性剂、流动改性剂、稳定剂、固化剂、pH值调节剂、抑烟剂、抗氧化剂、成核剂、加工助剂、矿物充填剂、润滑剂、防静电剂和除味剂，其余为丙烯聚合物。所制复合材料克服了现有聚丙烯使用过程中强度低、容易变形的缺点，且在低温条件下也具有很好的抗冲击性和耐疲劳性，极大提高了其寿命，减小了意外事故的发生，广泛应用于汽车内饰件、保险杠等。

2.3低气味车用改性聚丙烯

随着汽车的广泛普及，汽车内的气味对人体健康的危害成为大家首要关注的问题，车用改性聚丙烯的气味控制对于改善车内空气质量具有重要的意义［18］。

任俊［19］公开了一种低气味车用聚丙烯复合材料，包括以下组分（质量分数）：聚丙烯50.0%～85.0%，矿物填料5.0%～25.0%，玻璃纤维0～20.0%，气味吸附母料0.6%～4.5%，蓖麻油酸锌0～1.5%，松香酯0～2.0%，增韧剂5.0%～15.0%，抗氧剂1010 0～1.0%，色粉0～5.0%以及其他助剂。所述聚丙烯为共聚聚丙烯或结晶度为50%～70%的高结晶均聚聚丙烯中的一种或其组合，所述矿物填料为滑石粉、碳酸钙或云母粉中的一种或多种，所述抗氧剂1010为四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯。所制复合材料的综合性能优良，具有气味小的特点。

朱金平等［20］提供了一种抗菌防霉、低气味汽车仪表台专用改性再生聚丙烯，组分包括：基础材料91.5～98.5 phr，复合气味消除剂0.5～3.0 phr，纳米复合抗菌剂0.5～3.0 phr，抗氧剂0.1～0.5 phr，紫外光吸收剂0.1～0.5 phr，润滑剂0.1～0.5 phr，偶联剂0.1～0.5 phr，白油0.1～0.5 phr。其中，所述基础材料包括：再生聚丙烯10.0～70.0 phr，聚丙烯新料0～30.0 phr，增韧剂3.0～20.0 phr，填料0～40.0 phr。所制改性再生聚丙烯气味低，抗菌耐久度好，极大提高了再生聚丙烯的利用率，有益改善环境，且其制备方法简单易行，具有实用价值。

2.4其他用途的改性聚丙烯

葛衍鹍［21］提供的汽车膨胀水箱用改性聚丙烯组分（质量分数）包括：丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯75.0%～85.0%，线型低密度聚乙烯10.0%～20.0%，三元乙丙橡胶2.0%～5.0%，成核剂0.1%～0.5%，抗氧剂0.1%～0.5%。在加工温度为210～240 ℃，螺杆转速为210～240 r/min的条件下，将上述材料用双螺杆挤出机挤出造粒。该发明通过采用合理的组分及配比对聚丙烯进行改性，所制改性聚丙烯具有较高的低温冲击强度，较高的高温抗蠕变能力，同时提高了其热板焊接性能，改善了材料透明度，完全能够满足汽车用膨胀水箱的生产加工及使用要求。

张奎等［22］制备了一种高油漆附着力的改性聚丙烯，通过对填充剂表面极性改性以及引入聚丙烯改性剂，不仅提高了聚丙烯与填充剂的极性，而且改善了其相容性，极大提高了改性聚丙烯的表面极性，使其具有优异的油漆附着力，适用于汽车外饰喷涂制件。此外，本发明所提供的高油漆附着力的改性聚丙烯省去了喷涂前处理工艺，可以直接进行喷涂，节约了能源，降低了生产成本。

3 结语

聚丙烯是制造汽车零部件的常用原料，具有来源丰富、价格便宜、加工容易、力学性能好、密度小、刚性好、强度高以及电绝缘性能好等特点。随着环保问题和能源问题越来越受到关注，当前汽车行业“以塑代钢”的轻量化趋势日益高涨，而聚丙烯及其复合材料成为轻量化复合材料的理想选择之一。通过不同改性手段得到的改性聚丙烯可以满足多种汽车零部件的要求，适应汽车轻量化需求。因此，需要加强对聚丙烯的改性研究，开发出适用性更广、质量更好的改性聚丙烯，以获得更大的经济效益。

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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。

赵玉梅，女，硕士，工程师，讲师，2012年毕业于华北理工大学机械工程专业，现从事汽车维修及汽车轻量化用复合材料的研究工作。联系电话：13932507814；E-mail：zymei818@sohu.com。