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車用聚丙烯改性技術分享：耐劃傷、遮光、低VOC
?????????聚丙烯(PP)具有力學性能好、密度小、耐化學腐蝕性好等優(yōu)點，在汽車方面的應用范圍非常廣泛，據(jù)統(tǒng)計，在汽車方面PP用量約占汽車塑料總用量的50%。對車用PP改性的技術研究也是層出不窮，現(xiàn)從耐劃傷、遮光、低氣味低VOC等方面匯總車用PP的幾個改性技術與大家分享。
????????車用PP耐劃傷性能改善
????????1、加入填料在汽車使用過程中，內飾件是被使用者接觸最多的汽車零部件，因而其被劃傷的風險非常高。
????????PP是汽車內飾件最常用的一種材料，常用來生產儀表盤、門板等內飾件，但其表面耐劃傷性能很差，加入微結構呈片狀、纖維狀或球形的填料(如滑石粉、硅灰石、玻璃微珠等)可以提高PP的硬度、模量等，在一定程度上改善PP的耐劃傷性能。在這些填料中，滑石粉成本相對較低，也是PP常用的填料，但滑石粉對PP耐劃傷性能的改善不如硅灰石等填料，另外，滑石粉填充PP一般需要加入彈性體進行增韌，這反而降低了材料的耐劃傷性能。
????????2、加入耐劃傷劑耐劃傷劑本質上是一種潤滑劑，可遷移到表面形成潤滑層，從而降低材料表面摩擦系數(shù)，提高PP材料表面的耐劃傷性能。
????????常用的耐劃傷劑是一些小分子酰胺類潤滑劑，如芥酸酰胺、油酸酰胺等。這類小分子潤滑劑能快速遷移到材料表面，形成薄薄的潤滑層，極小的添加量即能賦予材料優(yōu)異的耐劃傷性能，且價格低廉。但這些小分子酰胺類潤滑劑易使制件表面產生發(fā)粘現(xiàn)象，還容易散發(fā)揮發(fā)性氣體。
????????有機氟或有機硅類(如硅酮)物質具有非常低的表面張力，易在材料表面富集，且分子量大，不易揮發(fā)，因而也可以用作PP的耐劃傷劑。
????????3、酰胺類和有機硅類耐劃傷劑對比金發(fā)科技股份有限公司對比研究了酰胺類和有機硅類耐劃傷劑對彈性體增韌滑石粉填充PP材料的影響。
????????（1）配方
????????PP 64.4份、滑石粉20份、POE 15份、黑色母粒1份、助劑( 包括抗氧劑和光穩(wěn)定劑)0.6份、耐劃傷劑2份。
????????其中，添加酰胺類耐劃傷劑的材料為1#，添加有機硅類耐劃傷劑的材料為2#。
????????（2）耐劃傷性能
????????采用十字劃傷儀根據(jù)大眾標準PV3952–2002測試材料在常溫和熱老化(102℃，168 h) 后的耐劃傷性能，用ΔL值表示，其中L值代表黑白值，采用色差儀進行測量。皮紋劃傷前的L值記為L1，劃傷后的L值記為L2，ΔL=L2–L1。
????????常溫下1#和2#的耐劃傷性能均滿足要求，1#略優(yōu)于2#;但熱老化后，1#的耐劃傷性能明顯變差，而2#的耐劃傷性能仍然優(yōu)異，甚至比常溫耐劃傷性能還有所提高。
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????????（3）散發(fā)性能
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?????????1# 和2# 所散發(fā)的總揮發(fā)性有機化合物(TVOC) 含量分別為18.47 μgC/g和14.16 μgC/g，兩個體系的TVOC含量均滿足要求( 低于50 μgC/g)。但從表中可以看出，2#在氣味等級和VOC方面總體上均低于1#。
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????????（4）霧度
?????????2#的光澤度保持率較高，即霧度明顯低于1#。
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????????（5）力學性能
?????????2#的斷裂伸長率、沖擊強度及MFR均高于1#，彎曲彈性模量略低，其余相差不大。
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????????（6）總結及制品
????????兩種耐劃傷劑在常溫下都使PP具有較好的耐劃傷性能，但有機硅類耐劃傷劑在PP材料熱老化后仍使其保持優(yōu)良的耐劃傷性能，同時在氣味、VOC、霧度具有較大的優(yōu)勢，在韌性和加工性方面也具有一定的優(yōu)勢。
????????由有機硅類耐劃傷劑生產的汽車PP內飾件如下圖所示。
?????????汽車儀表盤用遮光PP
????????汽車儀表盤相關零部件常需要材料具有良好的遮光性以防串光，因此需要對PP 進行遮光改性。
????????塑料的遮光改性技術主要包括樹脂共混、填充、雙向拉伸、添加遮光助劑等技術。
????????樹脂共混主要是在透明樹脂中添加不透明樹脂，使其微觀結構產生不同相態(tài)而使折射系數(shù)發(fā)生改變，從而降低材料的透光率。
????????填充改性是在樹脂中加入粒徑較大的礦物質，可見光的波長小于其粒徑而不能透過礦物質，從而起到降低透光率的作用。
????????雙向拉伸技術主要針對已經成型的制品，通過雙向拉伸使材料發(fā)生取向結晶，微觀結構變得規(guī)整，阻止可見光的通過。
????????添加遮光助劑是通過混入鈦白粉、SiO2、氧化鋅等具有高遮蓋力和光反射力的助劑，從而有效阻止可見光的通過。
????????重慶科聚孚工程塑料有限責任公司等發(fā)現(xiàn)當滑石粉粒徑為10 μm，質量分數(shù)為40%時，PP的透光率最低，其遮光性能最好，在此基礎上設計了一種汽車儀表盤用遮光PP的配方。
????????1、配方PP 48%、POE 6%、滑石粉40%、復配遮光劑5%、抗氧劑(汽巴1010和168)0.5%、潤滑劑乙撐雙硬脂酰胺0.5%。
????????以上含量均為質量分數(shù)，復配遮光劑成分為鈦白粉和一種碳材料，兩者質量比為99.95∶0.05。
????????2、性能該配方下，材料的透光率遠小于0.1%，且使2 mm壁厚的樣板達到全遮光效果(即用強光從背后照射樣板，樣板未出現(xiàn)光斑)，鑒于儀表盤壁厚通常為2 mm 左右，可以認為成功制備了一種汽車儀表盤遮光PP專用料。
????????該材料其它性能如下：拉伸強度25 MPa 、斷裂伸長率17%、缺口沖擊強度10.3 kJ/m2、彎曲強度35.6 MPa、熔體流動速率12 g/(10 min)。
????????采用該材料注射成型汽車儀表盤襯板如下圖所示，厚度為2 mm，可滿足完全不透光、不漏光的要求。
????????低氣味低VOC車用玻纖增強PP
????????隨著消費者對汽車產品質量要求的不斷提高，對汽車內飾件產品的氣味性提出了更高的要求。
????????不同的材料產生氣味的原因不同，南京立漢化學有限公司研究了車用玻璃纖維(GF)增強PP中氣味的來源，在此基礎上，通過選擇合適的相容劑并添加氣味吸收劑制備了低氣味低VOC車用GF增強PP。
????????1、主要原材料
?????????2、不同樹脂基體的影響
?????????注：表中氣味等級根據(jù)吉利汽車氣味性試驗測試標準Q/JLY J711061–2009測試，共分10個等級，氣味等級越高表示氣味越輕，1級表示氣味令使用者無法忍受，10級表示無氣味。
????????可以看出，無論PP基體是粉料還是粒料，不同配方材料的氣味等級均為4 級。由此推測在GF增強PP體系中，氣味的最根本來源在于相容劑PP-g-MAH。
????????3、不同相容劑的影響
?????????可以看出，由于KT-1為熔融接枝的PP-g-MAH，因其接枝率不高(一般為0.8%)，需要的用量大，加之其單體殘留多，因此材料氣味等級低。
????????相容劑7452 和9012均采用固相接枝工藝，該工藝生產的相容劑接枝率相對較高，通常大于1.0%，所需要的用量低，加之單體殘留少，因此材料氣味等級高。
????????4、氣味吸收劑的影響將納米氧化鋅和納米二氧化鈦按質量比1︰1配制成氣味吸收劑，具體配方和性能如下表所示。
?????????添加氣味吸收劑之后，材料的力學性能有所下降，但下降幅度較小，而氣味等級均比原來提高一個等級。
????????該氣味吸收劑的原理主要是通過納米氧化鋅和納米二氧化鈦粒子的表面吸附效應將材料中的小分子物質尤其是游離MAH單體吸附在納米粒子表面，再通過雙螺桿擠出機擠出生產過程中的抽真空工藝將這些小分子從材料中抽離出去，從而達到永久去除材料氣味的效果。
????????另外，相容劑7452 的接枝率高達7%，外觀上呈淡黃色，而相容劑9012 的接枝率僅為1.2%，且呈透明白色。可以看出，高接枝率的相容劑并沒有給材料帶來高的力學性能，反而氣味等級低一個等級。
????????5、VOC試驗?
????????6、總結及制品在制備低氣味低VOC車用GF增強PP時，盡量選擇固相接枝工藝生產的相容劑PP-g-MAH，且接枝率不宜太高。
????????以納米氧化鋅和納米二氧化鈦為氣味吸收劑配合擠出時的抽真空，可以制備低氣味低VOC的GF增強PP，以配方七制成的汽車空調系統(tǒng)電機風扇的葉輪如下圖所示。
