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低密度聚丙烯材料在商用車輕量化應(yīng)用開發(fā)

2018-09-21 17:43:56·  來源：代玉堂，楊汐 汽車實用技術(shù)雜志社  
　
摘要：文章主要介紹低密度聚丙烯（PP）材料開發(fā)的思路、原理、材料性能測試、零件注塑和零件性能評價。為內(nèi)飾塑料件輕量化提供一種低成本、低風險的可行方案。引
摘要：文章主要介紹低密度聚丙烯（PP）材料開發(fā)的思路、原理、材料性能測試、零件注塑和零件性能評價。為內(nèi)飾塑料件輕量化提供一種低成本、低風險的可行方案。
 
引言
在汽車輕量化和節(jié)能的壓力下，各OEM紛紛采用碳纖維復合材料、輕質(zhì)鋁合金、高強度鋼、薄壁化設(shè)計等措施進行減重。雖然這些技術(shù)可以實現(xiàn)大幅度的減重，但這些措施輕則更改模具，重則更改生產(chǎn)工藝，投入成本太高、驗證周期長、風險較高，在國內(nèi)OEM推廣存在困難。
目前中低端汽車門板內(nèi)飾板、側(cè)圍飾板、立柱飾板材料大多采用PP類材料，全車內(nèi)飾用量約50kg。開發(fā)低密度的PP類材料可以無需更改模具和注塑設(shè)備，調(diào)整注塑工藝即可得到尺寸和性能滿足要求的零件，實現(xiàn)輕量化。集團種子基金支持主要用于PP、POE、添加劑和填料等材料購買、加工費和測試費。
 
 
1 材料開發(fā)

1.1 材料開發(fā)思路
目前中低端汽車門板內(nèi)飾板、側(cè)圍飾板、立柱飾板、座椅飾板、副儀表板材料大多采PP+EPDM-T20，整車內(nèi)飾用量約50kg。PP+EPDM-T20是以PP(聚丙烯)為基材添加約10%的EPDM（三元乙丙橡膠）作為增韌相，添加20%的滑石粉改善材料的強度、剛度和尺寸穩(wěn)定性。PP密度0.92g/cm3，EPDM密度0.87 g/cm3，滑石粉密度2.7-2.8g/cm3。在保持材料性質(zhì)不變同時降低滑石粉的使用量可以降低材料的密度，實現(xiàn)輕量化。
 
1.2 材料開發(fā)原理
主體基材聚丙烯是主鏈為亞甲基和次甲基交替、側(cè)鏈為甲基的線性聚合物，其分子極性小，易結(jié)晶，低密度和化學惰性等性能。純的聚丙烯由于存在機械強度較低、耐熱性差、收縮變形大等缺陷，不能滿足車內(nèi)飾塑料件要求（見表1）。隨著結(jié)晶度的提高，PP材料的拉伸強度、彎曲模量、硬度都有明顯提高。
 
EPDM是乙烯-丙烯-非共軛二烯烴共聚的三元橡膠通常作為增韌材料使用，但由于碎膠困難,后期與粒狀PP混合不均勻，流動性較差，造成整體性能下降，同時由于EPDM氣味較大，作為增韌材料使用量逐漸減少。POE是采用茂金屬催化劑的乙烯和辛烯實現(xiàn)原位聚合的熱塑性彈性體，在POE分子鏈中辛烯的柔軟鏈卷曲結(jié)構(gòu)和結(jié)晶的乙烯鏈作為物理交聯(lián)點，使它既有優(yōu)異的韌性又有良好的加工性；POE分子量分布窄，具有較好的流動性，與聚烯烴相容性好，相對于常用EPDM增韌效果更好。
 
為改善純聚丙烯材料的缺陷，通常采用價格便宜的無機硅酸鹽滑石粉進行填充改性。試驗證明，隨著滑石粉量的增加，材料彎曲模量顯著提高，收縮率降低，熱變形溫度提高（見圖1）。
圖1 滑石粉對聚丙烯材料性能影響
 
但隨著滑石粉含量的增加，材料的沖擊強度和拉伸強度逐漸下降。主要原因是隨著滑石粉含量增加，滑石粉微粒相互團聚，與聚丙烯基材結(jié)合力下降，出現(xiàn)了不同程度的相分離，增強效果減弱。
 
表1 材料基本配方
成分
比例
高結(jié)晶聚丙烯PP
71%
增韌材料POE
18.4%
亞納米滑石粉
10%
熱穩(wěn)定劑
0.3%
光穩(wěn)定劑
0.2%
耐刮痕劑
0.1%

因此選用高結(jié)晶PP基材，選用增韌效果更好的POE提高增韌效果，特殊偶聯(lián)劑改善滑石粉表面性質(zhì)，提高滑石粉和PP基材的結(jié)合力。通過以上措施可以在保持材料的力學、熱學性能的基礎(chǔ)上降低滑石粉的含量，從而降低材料密度實現(xiàn)輕量化?；九浞揭姳?。
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