低线性膨胀系数汽车塑料尾门专用料的研制

2018-11-09闫溥蒋文远邵之杰石阳阳周海

汽车零部件 2018年10期

闫溥，蒋文远，邵之杰，石阳阳，周海

(会通新材料股份有限公司，安徽合肥 230012)

0 引言

汽车轻量化水平已经成为汽车技术发展上的一个关键方向。采用非金属材料制造的汽车尾门与传统金属材料相比[1-3]，零部件具有质量轻、集成度高、设计自由度高、生产周期短和行人保护能力强等优点，国内外汽车主机厂、零部件公司和材料公司纷纷将全塑尾门作为车身轻量化方案开发的重点。

目前汽车塑料尾门内板主要采用PP-LGF40材料，外板采用PP+EPDM-T30材料，内外板通过聚氨酯胶粘合连接，并根据车身要求将外门板喷涂成不同颜色，对材料的线性膨胀系数、可喷涂性以及可粘结性要求极高[4]。全塑尾门材料大多依靠进口，也仅在部分外资汽车品牌中实现应用，主要有路虎极光、沃尔沃XC60、东风标致3008、雪铁龙DS6、日产奇骏、英菲尼迪EX、宝马X3等。

文中主要是以全塑尾门所用的低线性膨胀系数PP+EPDM-T30复合材料为研究对象，研究不同的PP基料、不同熔体流动速率的POE以及不同粒径的Talc对PP+EPDM-T30复合材料力学性能和线性膨胀系数的影响；并考察了表面极性剂HT-17含量对其粘结性能的影响，通过力学特性和粘结特性的研究，获得最佳的配方组合，为汽车尾门材料的国产化应用奠定基础。

1 实验部分

1.1 主要原材料

聚丙烯树脂(PP)，BX3800[熔体流动速率(MFR)=30 g/10 min，230 ℃，2.16 kg，以下同]，韩国SK集团生产；PP，311MK40T(MFR=30 g/10 min)，中沙集团生产；PP，M30RHC(MFR=30 g/10 min)，镇海炼化集团生产；滑石粉(Talc)，PA08，1250目；AHCP10，2500目；AHCP250，5000目，均为辽宁艾海滑石有限公司生产；聚烯烃增韧剂(POE)，Solumer 8705(MFR=0.5 g/10 min，190 ℃，2.16 kg，以下同)，Solumer 875L(MFR=5 g/10 min)，Solumer 8613L(MFR=13 g/10 min)，韩国SK集团生产；表面极性剂HT-17，多羟基化合物，自制。

1.2 主要设备

双螺杆挤出机：ZSK30型，德国W&P公司生产；注塑机：HTF80X1型，宁波海天注塑机生产；熔体流动速率仪：ZRZ1452型，美特斯工业系统有限公司生产；万能实验机：CMT4204型，美特斯工业系统有限公司生产；冲击实验机：ZBC1400-1型，美特斯工业系统有限公司生产；Spectrum 2000红外光谱仪，英国Perkin-Elmer公司生产；S-4800扫描电子显微镜，日本高新公司生产；DSC 200-F3差示扫描量热仪，德国耐驰公司生产。

1.3 试样制备

将PP、POE、 Talc、HT-17等组分按照表1所示混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出、造粒，制备出低线性膨胀系数汽车塑料尾门专用料。

表1 基础配方比 %

1.4 性能测试

MFR(Melt Mass-flow Rate)按照ISO 1133-2011标准测试；拉伸强度按照ISO 175-2010标准测试；弯曲模量按照ISO 178-2010标准测试；悬臂梁缺口冲击按照ISO 180-2000标准测试；结晶度按照ISO 11357-3-2013标准测试；线性膨胀系数按照ISO 11359-2-1999标准测试熔体流动方向(FD)和垂直熔体流动方向(TD)上的线性膨胀系数值，测试温度范围为-40～80 ℃；表面张力按照ISO 8296-2008标准测试；粘结性按照ISO 4587-2003标准测试。

1.5 结构表征

样品经溴化钾压片后，进行红外测试；样品断面经真空喷金后，观察表面形貌并拍摄。

2 结果与讨论

2.1 PP基料选择

固定POE为Solumer 8613L，Talc为AHCP 250，表面极性剂为HT-17，优选市面上高结晶PP，具体配比如表1所示，比较不同的PP基料对复合材料性能的影响，如表2所示。

表2 不同PP基料复合材料综合性能对比

由表2可以看出：以BX3800为基料材料的综合性能较优，M30RHC次之，311MK40T最差。这是由3种基体材料的结晶度不同造成的，基体材料的结晶度越高[5]，材料的强度体现越好。从图1可知：BX3800的结晶度最高为43.9%，M30RHC结晶度为40.3%，311MK40T结晶度最低为38.9%。

图1 基料DSC曲线图

2.2 增韧剂选择

在PP基料为BX3800基础上，选取不同MFR的POE，分别对其增韧剂改性，研究POE对复合材料性能的影响，如表3所示。

表3 不同POE复合材料综合性能对比

由表3可知：以BX3800为基体及不同的POE为增韧剂，复合材料的MFR相差很大，这是因为POE本身的MFR对复合材料的MFR有正相关的影响。在相同添加比例下，选用MFR为13 g/(10 min)的Solumer 8613L远比选用MFR为0.5 g/(10 min)的Solumer 8705复合材料的MFR高很多。

同时从表3还可以看出：随着POE的MFR提升，复合材料的冲击强度也有明显的提升。这是由于基料BX3800[MFR=30 g/(10 min)]熔融指数较高，POE熔融指数越低，黏度相差越大，越不利于POE在复合材料中的分散，橡胶相不能很好地分散，增韧效果差，Solumer 8613L熔融指数较高，增韧效果最好[6-7]。

2.3 填充剂选择

为增加材料的刚性，保证成型制品的尺寸稳定性，在固定PP 基料为BX3800、POE为Solumer 8613L的情况下，进一步选取不同粒径的Talc，研究它对复合材料综合性能的影响。

由表4可知：添加AHCP250滑石粉综合性能最优，线性膨胀系数最小。这是由于AHCP250滑石粉粒径最小，比表面积大，受外力作用下诱导银纹能力强[8]，在增强材料刚性的同时，对其韧性的影响最小。同时，从图2可以看到：3种滑石粉都呈现薄片状结构，均匀分散在聚丙烯基体中，但AHCP250滑石粉的薄片长度和厚度的比值(径厚比)最大，图2(d)显示AHCP250滑石粉的径厚比约为12倍，阻止聚丙烯分子的链段运动能力最强，复合材料的线性膨胀系数最小。