一种耐刮擦、低气味、低VOC聚乙烯复合材料的研究

季孟渊，程健，刘凯

(1.合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009；2.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230022)



一种耐刮擦、低气味、低VOC聚乙烯复合材料的研究

季孟渊1，程健2，刘凯2

(1.合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009；2.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230022)

探讨吸附母粒中的PP载体、耐刮擦剂种类、加工条件对聚乙烯复合材料的耐刮擦、气味、VOC的影响，以得到一种耐刮擦低气味低VOC聚乙烯复合材料。结果表明：当真空度为0.08 MPa下，采用PE 5502S、吸附母粒(以PP Daploy WB130HMS为载体)、耐刮擦剂MB50-001、抗氧剂 Irganox1010、润滑剂硬脂酸钙的体系可得到耐刮擦、低气味、低VOC聚乙烯复合材料。

聚乙烯复合材料；耐刮擦；低气味； 低VOC

0 引言

聚乙烯(PE)具有密度小、硬度高、热变形温度高等优点，且易加工，价格低廉，广泛应用于各个领域。汽车的部分部件对材料的耐刮擦要求很高，且有环保性要求。针对这种情况，作者制备了一种耐刮擦低、气味低、VOC聚乙烯复合材料，目前鲜有相关的文献报道[1-5]。

1 实验部分

1.1 主要原料

PE，5502S，武汉石化生产；PP，Daploy WB130HMS，北欧化工生产；PP，K9020，中石化燕山石化生产； PP，K7926，上海赛科石油化工生产；吸附母粒自制；抗氧剂型号为Irganox1010，瑞士汽巴精化生产；润滑剂采用硬脂酸钙，湖北中料化工生产；耐刮擦剂有3种：MB50-001，美国道康宁生产；ER740，韩国CHEMKO生产；Al2O3，淄博凯欧化工生产；云母为2 500目,滁州格锐矿业生产。

1.2 主要仪器与设备

ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司生产；JL-1000型

拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；7697A 型顶空仪，美国安捷伦科技公司生产；7890B型气相质谱仪，美国安捷伦科技公司生产；戴安U3000型高效液相色谱仪，森谱仪器生产；

HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司生产。

1.3 试样的制备

1.3.1 吸附母粒的制备

(1)将聚丙烯(PP)和云母按配比进行充分的混合，在挤出机里挤出PP预发泡颗粒。

(2)以正庚烷作为发泡剂，将步骤(1)制得的预发泡PP颗粒进行发泡，制备得到发泡PP。

(3)将发泡PP和水在高速混合器中混合10 min，制备成吸附母粒。

其中，步骤(1)中的PP、云母质量比为25∶4；步骤(2)中的正庚烷、预发泡PP质量比为6∶7。

1.3.2 PE复合材料的制备

先将PE、吸附母粒、耐刮擦剂、抗氧剂、润滑剂按比例进行混合；再用双螺杆挤出机挤出造粒；最后将造粒得到的PE合金通过注塑机和模具制成汽车零部件以及测试样条，测试其VOC、气味性以及耐刮擦性能。

1.4 性能测试

耐刮擦性能测试按ASTM D1894进行,VOC测试按照GB/T 27630执行，气味性测试按大众标准PV3900进行。

2 结果与讨论

2.1 吸附母粒PP载体的选择

为了比较吸附母粒载体PP，耐刮擦剂统一选择MB50-001，且mPE∶m吸附母粒∶m耐刮擦剂∶m抗氧剂∶m润滑剂=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

用不同种类的PP先制得3种吸附母粒，按照上述比例与其他材料进行加工，最后将PE合金通过注塑机和模具制成汽车零部件以及测试样条，测试其VOC、气味性以及耐刮擦性能，具体结果见表1。

表1 不同聚丙烯载体制得的PE复合材料综合性能的比较

从表1可以看出：从VOC、气味性方面考虑，用Daploy WB130HMS做载体制得的PE复合材料要好于K9020、K7926。这是因为Daploy WB130HMS是含有支链结构的高熔体强度聚丙烯，与其他两种PP相比，在发泡过程中不易合并或塌陷，泡孔结构好，这种结构能更好地去除加工过程中产生的各种挥发性小分子和有机化合物，改善材料的气味性，降低VOC数值。

另外从表1还可以看出：采用不同载体的PP制得的PE复合材料在耐刮擦性能方面相差无几。这是因为起耐刮擦作用的是耐刮擦剂，相同耐刮擦剂的PE复合材料的耐刮擦性能相差不大。

综合来讲，就耐刮擦、低气味、低VOC来选择吸附母粒的PP载体的话，PP Daploy WB130HMS更优。

2.2 耐刮擦剂的选择

为了比较耐刮擦剂，吸附母粒载体统一选择PP Daploy WB130HMS，且mPE∶m吸附母粒∶m耐刮擦剂∶m抗氧剂∶m润滑剂=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

按照上述比例对材料进行加工，最后将PE合金通过注塑机和模具制成汽车零部件以及测试样条，测试其VOC、气味性以及耐刮擦性能，具体结果见表2。

表2 不同耐刮擦剂综合性能的比较

从表2可以看出：从VOC、气味性方面考虑，用MB50-001、Al2O3做耐刮擦剂的PE复合材料要好于ER740。这是因为ER740是聚酰胺类耐刮擦剂，高温加工时会有小分子物质析出，MB50-001、Al2O3则不会。

从耐刮擦性能方面考虑，用MB50-001效果更好，它是硅

酮类耐刮擦剂，在高温条件下诱发其与PE表面的活性基团进行交联，交联后能成为材料的一部分，增加材料的硬度，降低材料的摩擦因数。

综合来讲：就耐刮擦、低气味、低VOC来选择耐刮擦剂的话，硅酮类耐刮擦剂MB50-001更优。

2.3 加工条件(注塑机真空度)的选择

为了比较不同加工条件的耐刮擦、气味性和VOC，吸附母粒载体统一选择PP Daploy WB130HMS，耐刮擦剂统一用MB50-001，且mPE∶m吸附母粒∶m耐刮擦剂∶m抗氧剂∶m润滑剂=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

按照上述比例对材料进行加工，最后将PE合金通过注塑机和模具制成汽车零部件以及测试样条，测试其VOC、气味性以及耐刮擦性能，具体结果见表3。

表3 不同加工条件综合性能的比较

由表3可以看出：自然状态未抽真空时，材料VOC和气味性的数值偏大。这是因为在挤出加工过程中，螺杆的剪切加快了PE熔体界面的更新，熔体中的小分子经历了气泡成核、气泡增长、气泡破裂后，VOC会从PE熔体表面释放开来。随着抽真空进行，机筒的气体压力也因为抽真空而骤降，使PP熔体对小分子的吸附量大幅下降，表现为小分子挥发物被大量抽提，VOC和气味性数值变好。当真空度达到0.08 MPa时，VOC和气味性数值达到最佳。随着真空度的提高，机筒内气体压力逐渐趋于极限值，效果也不明显了。

综合来讲：就耐刮擦、低气味、低VOC来选择耐刮擦剂的话，真空度选择0.08 MPa更优。

3 结论

综合来讲，在真空度0.08 MPa下，采用PE 5502S、吸附母粒(以PP Daploy WB130HMS为载体)、耐刮擦剂MB50-001、抗氧剂Irganox1010、润滑剂硬脂酸钙的体系可得到耐刮擦、低气味、低VOC聚乙烯复合材料。

【1】桂观群.聚乙烯挤出发泡成型研究[D].上海：东华大学，2012.【2】何继敏.聚合物发泡材料及技术[M].北京：化学工业出版社，2007：253-254.

【3】王伟华，罗承绪.丁烷物理发泡聚乙烯的生产与应用[J].现代塑料加工应用，1999，11(1)：26-28. WANG W H,LUO C X.The Production and Application of Expansion PE Using Butane as Foam Agent[J].Modern Plastics Processing and Applications,1999，11(1)：26-28.

【4】杨娟.化学交联发泡聚乙烯的发泡过程研究及其泡孔调控[D].上海：华东理工大学，2013.

【5】刘本刚，赵哲晗，何路东,等.不同高密度聚乙烯发泡体系的挤出发泡行为研究[J].中国塑料，2011，25(3)：70-74. LIU B G,ZHAO Z H,HE L D,et al.Extrusion Foaming Behavior of Different High Density Polyethylene Foaming Systems[J].China Plastics,2011，25(3)：70-74.

Study on Polyethylene Alloy with Scratch，Low Odor and Low VOC

JI Mengyuan1, CHENG Jian2, LIU Kai2

(1.School of Mechanical and Automobile Engineering, Hefei University of Technology，Hefei Anhui 230009,China; 2.Research & Development Center, Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230022,China)

In order to obtain a scratch,low odor and low VOC PE alloy,the influences of PP carrier in adsorption masterbatch, species of scratch liniment and processing conditions were analyzed. The results indicate that this system of PE 5502S, adsorption masterbatch(PP Daploy WB130HMS as carrier), scratch(MB50-001), Irganox1010, calcium stearate can satisfy the request.

Polyethylene composites; Scratch; Low odor; Low VOC

2015-12-02

季孟渊(1981—)，男，硕士研究生，工程师，研究方向为车内空气质量控制。E-mail:swcjmy@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.11.015

U465

B

1674-1986(2016)11-060-03