關鍵詞：汽車 PP 共混改性
1 前言
塑料在滿足汽車美觀、舒適、安全、防腐、輕量化及設計自由度大等方面起著其它材料無法替代的作用。近十年來塑料在汽車上的應用獲得了巨大的發展，其應用領域已擴展到整車的各大總成系統，零件數量已超過整車零件數量的10%，其重量已由20 世紀80 年代的每車數十公斤發展到20 世紀90 年代末期的每車一百余公斤。而在汽車用諸多塑料品種中，各類改性PP 材料在汽車的上的開發與應用，一直是汽車工業和塑料工業關注的焦點。通過各種改性加工手段可以獲得滿足各種汽車部件不同功能要求的改性PP材料，加之其優異的性能價格比，使各種增韌、填充、增強PP 材料在汽車各大總成系統中獲得了廣泛應用。并且不斷有一些新的技術及應用正在或即將問世。目前，發達汽車工業國家單車PP 材料的用量達到近40kg，占整車塑料材料應用量的1/3，成為汽車上所有塑料材料中用量大的品種。
本文從PP 材料的改性原理，汽車用改性PP 材料的性能要求出發，全面闡述了汽車用改性PP 材料的開發過程及應用狀況。
2 PP 材料改性原理
PP 材料由于其來源廣泛、密度小、力學均衡性好、耐化學腐蝕、易加工及價格低廉等突出優點，因而被廣泛使用。但通用PP 材料收縮率大，制品尺寸穩定性差，容易產生翹曲變形；低溫易脆斷，低溫韌性差；耐光老化、耐熱老化性能差等缺點（1）。無法滿足汽車保險杠、儀表板、護風圈、發動機風扇等部件的特殊使用要求，因此必須對通用PP 材料進行改性。
利用溶度參數相近的兩種或兩種以上的聚合物材料及助劑在一定的溫度下進行機械摻混，得到一種新材料的方法叫機械共混改性法。由于這種方法少、見效快，材料性能設計自由度大，目前被廣泛應用。PP 材料的共混改性方法就是在PP 材料中加入增韌劑、填充劑等改性劑得到改性PP 材料。在PP 材料中加入彈性體（增韌劑）可顯著改善PP 的沖擊韌性及耐低溫性，這就是增韌的作用。但彈性體的加入會帶來材料的強度和熱變形溫度的下降，為克服這一現象，在增韌體系中填充高耐熱、高剛性的無機物填料，可顯著提高材料的剛性，耐熱性及尺寸穩定性。通過對PP 基體、增韌劑、填充劑三者間配比的協調，可制造出一系列不同性能的材料，滿足汽車不同部件的功能要求。與未改性的PP 材料相比，改性后的材料性能大大拓寬，既可制造超高韌性的增韌材料，又可制造增韌、填充并舉的高剛性、高韌性的填充增韌材料及高剛性、高耐熱的填充材料。
3 改性PP 材料的主要品種及性能要求
3.1 改性PP 材料的主要品種
目前國內外汽車用改性PP 材料主要分為以下四大品種：
(1) 增韌型 即以彈性體為主增韌的改性PP 材料，具有極高的沖擊強度和低溫韌性，主要用來制造汽車保險杠。
(2) 填充增韌型 即以無機物填充、彈性體增韌的改性PP 材料，具有模量高、剛性及耐熱性好、尺寸穩定性好等突出優點，克服了通用PP 材料收縮率大、熱變形溫度低、力學持久性差等缺點，廣泛用來制造汽車各內外裝飾件，如儀表板、車門內護板、水箱面罩等。
(3) 填充型 采用高含量無機物填充的改性PP 材料，可大大提高通用PP 材料的剛性、耐熱性及尺寸穩定性，主要用來制造耐高溫的非受力結構零件，如護風圈、暖風機殼體等。
(4) 增強型 玻纖增強PP 材料是聚烯烴塑料中強度高，剛性、耐熱性及尺寸穩定性好的品種，主要用來制造發動機風扇等高強度、高耐熱制品。
3.2 汽車用主要改性PP 材料性能要求
不同類型的改性PP 材料其改性原理、材料組成、配方均有很大不同，其用途也不盡相同，表1 為國內引進車型典型零件用改性PP 材料的技術要求。
表1 國內引進車型典型零件用改性PP 材料技術要求
4.1 各類材料的配方體系確定
根據汽車零件的使用要求，對各類材料的配方組成，包括基體樹脂、增韌劑、填充劑、增強劑、抗老化劑等組分進行篩選及試驗：
(1) 基體樹脂 對小本體PP、均聚PP、共聚PP 等基體樹脂從力學均衡性、加工流動性能等方面考慮進行篩選及試驗。
(2) 增韌劑 對SBS、EPDM、POE 等增韌材料，進行篩選及試驗。
(3) 填充劑 填充粒子的粒徑、表面處理劑對共混物的性能至關重要，應采用合適細度與處理方法的填充劑。
(4) 增強劑 采用無捻長玻璃纖維。
(5) 抗老化劑 根據不同材料的老化源及實際使用要求，選擇相應的抗老化劑。
通過對上述各組分的篩選，同時根據各材料的使用要求，對各組分之間配比協調，確定各類材料的配方。
4.2 材料的老化及防老化研究
4.2.1 汽車用塑料材料的老化
汽車用塑料材料老化可分為兩類：
(1) 車身內外裝飾件材料的老化 儀表板、保險杠等零件長期置于光照條件下，由于太陽光的幅射作用，被反射的紅外光使零件表面溫度升高，而被吸收的紫外線引起塑料發生光化學反應，產生自由基（2）。自由基破壞高分子鏈段，使材料的分子鏈降解、支化和交聯，導致材料力學性能與外觀的破壞。
(2) 發動機系統材料的老化 該系統零件長期處于高溫下工作，其熱源是引起材料老化的主要因素，亦即熱氧化。
4.2.2 改性PP 材料防老化處理
改性PP 材料的防老化分為抗熱氧老化和抗光老化，表2 列出了不同使用環境的材料抗老化體系。
表2 不同使用環境的材料抗老化體系
由于在PP 材料中加入了相當數量的橡膠增韌劑及無機填充物，造成材料的流動性大幅度下降，而儀表板、保險杠等制品體積大、形狀復雜、模具流程長，要求材料具有良好的流動性。在保證材料力學性能的前提下，采用化學調節法可提高材料流動性，即在共混物中加入經過氧化物處理過的降解母粒。過氧化物是PP 塑料常用的分子量調節劑（3），其作用是切斷較長的PP 分子鏈，使PP 發生部分降解，并使分子量分布變窄，從而改善共混物的流動性。通過上述方案的采用，使得儀表板、保險杠等零件用材料的流動性大大提高。
4.4 汽車用系列改性PP 材料性能
4.4.1 改性PP 材料的物理力學性能
表3 列出了開發的系列改性PP 材料的物理力學性能，對比表1 及表3 的數據，開發的系列改性PP 材料的各項物理力學性能均達到了國內引進車型同類材料的水平。
表3 系列改性PP 材料性能
對進行老化處理和非老化處理的材料進行對比試驗，試驗結果見表4 所示。
表4 老化處理和非老化處理的材料對比試驗結果
5 改性PP 系列材料的應用
目前東風輕型汽車EQ 1030 已大量應用了改性PP 材料，表5 列出了該車型主要改性PP 零件的應用情況。
表5 EQ1030 主要零件的應用情況
(1) 通過對改性PP 材料的基體樹脂、增韌劑、填充劑、增強劑等組分進行合理的篩選及匹配，并用機械共混方法能制造出不同性能要求的改性PP 材料。
(2) 根據不同材料的防老化要求，選擇不同的抗老化體系，對材料進行抗老化處理，能顯著提高材料的抗老化性能，增加材料的使用壽命。
(3) 采用化學調節方法，能顯著改善材料的流動性，滿足制造大型制品的要求。
(4) 通過系列改性PP 材料在東風輕型汽車EQ 1030 儀表板、保險杠、車門內護板、護風圈及其它制品上的應用，不僅該車型在改性PP 材料單車應用重量及零件應用數量居于國內水平，而且提高了材料質量及制品質量，促進了該系列車型整車質量水平的提高。
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