汽車內(nèi)飾用聚丙烯微發(fā)泡專用料的研制

摘要：利用化學(xué)改性非交聯(lián)法和單螺桿擠出機(jī)然痊，采用一步法擠出工藝研制了汽車內(nèi)飾用聚丙烯（PP）微發(fā)泡料黄绩。以均聚PP和共聚PP為基礎(chǔ)樹(shù)脂，考察了影響PP發(fā)泡的主要因素（如引發(fā)劑玷过、發(fā)泡劑的用量、擠出溫度等）筑煮。結(jié)果表明辛蚊，具有良好性能的PP微發(fā)泡專用料的配方（質(zhì)量份數(shù)）：均聚PP為40.00份，共聚PP為60.00份真仲，過(guò)氧化二特丁烷為0.18份袋马，過(guò)氧化二異丙苯為0.02份，改性劑為0.50份秸应，碳酸鈣為0.50份虑凛，發(fā)泡劑AC為 0.40份碑宴。以其制備的微發(fā)泡片材泡孔直徑小于50μｍ，泡孔密度可達(dá)個(gè)／cm3桑谍。

關(guān)鍵詞： 聚丙烯 微發(fā)泡 汽車內(nèi)飾件 專用料

 聚丙烯（PP）發(fā)泡材料具有質(zhì)輕延柠、耐高溫、綠色環(huán)保锣披、易注射成型贞间、成型周期短和成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著汽車輕量化的發(fā)展雹仿，PP發(fā)泡材料在汽車內(nèi)飾件上的應(yīng)用越來(lái)越多增热。普通 PP發(fā)泡制品表觀質(zhì)量不理想，僅適用于需表面附皮的高端車胧辽，汽車用PP發(fā)泡材料主要為質(zhì)量更好的 化學(xué)微發(fā)泡材料［1-3］峻仇。化學(xué)微孔發(fā)泡材料的泡孔是直徑為十幾到數(shù)十微米邑商，封閉微孔泡以小于50μｍ 為佳摄咆。目前國(guó)內(nèi)行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)水平大多在80～350μｍ，國(guó)外也只有美國(guó)奠骄、意大利豆同、日本等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能生產(chǎn)。本工作利用化學(xué)改性非交聯(lián)法含鳞，以均聚PP和共聚PP共混物為基礎(chǔ)樹(shù)脂影锈，采用一步法工藝研制出了性能符合相關(guān)指標(biāo)要求的汽車內(nèi)飾件用 PP 低 倍微發(fā)泡專用料，以其制備的微發(fā)泡片材泡孔直徑小于50μｍ蝉绷，泡孔密度可達(dá)個(gè)／cm3鸭廷。

１ 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料

 均聚PP（記作 PP1），熔體流動(dòng)速率（MFR）為3.0g/（10min）熔吗，中國(guó)石化齊魯分公司辆床；共聚PP（記作PP2），MFR為2.0g/（10min）桅狠，中國(guó)石化齊魯分公司讼载；抗氧劑，168和1010中跌，上海汽巴高橋化學(xué)有限公司咨堤；過(guò)氧化二特丁烷（DBP），過(guò)氧化二特丁烷（DBP）漩符，過(guò)氧化二異丙苯（DCP）一喘，二乙烯基苯，偶氮二甲酰胺（發(fā)泡劑AC）嗜暴，液體石蠟凸克，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司议蟆；發(fā)泡改性劑DMS-10，自制萎战。

1.2 儀器設(shè)備

 RC300C型轉(zhuǎn)矩流變儀咐容，德國(guó)HAAKE公 司；CMT450料試驗(yàn) 機(jī)撞鹉，天水三斯有限公司疟丙；∮25單螺桿擠出機(jī)，德國(guó)BRABENDER公司鸟雏；AH-2奧林巴斯顯微鏡享郊，日本奧林巴斯公司。

1.3 試樣制備工藝

 混料：將樹(shù)脂孝鹊、過(guò)氧化物炊琉、改性劑、抗氧劑又活、成核劑和發(fā)泡劑按配比稱量苔咪，投入10L高速攪拌機(jī)，低速混合1min柳骄，高速混合2min出料团赏，料溫不 高于50℃。擠出發(fā)泡：擠出機(jī)設(shè)置溫度180～200℃耐薯，機(jī)頭溫度195℃舔清，距機(jī)頭30cm 處加壓輥將發(fā)泡片壓平，取樣待用曲初。

1.4 測(cè)試表征拉伸強(qiáng)度按照 

 GB/T1040.3—2006測(cè)試体谒，采用4型試樣，拉伸速度為50mm／min臼婆；彎曲強(qiáng)度和彎曲模量按GB/T9341—2000測(cè)試抒痒，寬度25mm；沖擊強(qiáng)度按GB/T1843—2008測(cè)試颁褂；表觀密度按GB/T6343—2009測(cè)試故响；泡孔密度按 照參考文獻(xiàn)［４］所述方法測(cè)試。

２ 結(jié)果與討論

2.1 引發(fā)劑的選擇

 以PP1/PP2質(zhì)量 比2/3共混物做基礎(chǔ)樹(shù)脂颁独，DBP和DCP不同配比的混合物0.2份做引發(fā)劑彩届，測(cè)試體系的熔體強(qiáng)度和觀察發(fā)泡片質(zhì)量，結(jié)果見(jiàn)表1奖唯。

表1，DBP/DCP對(duì)發(fā)泡片表面質(zhì)量的影響

注：擠出口模厚度0.6mm糜值，寬度50mm丰捷。

 由表1看出坯墨，DBP和DCP都能提高PP熔體強(qiáng)度，但片材表面和泡孔均勻性不同病往，隨DCP含量增加捣染，擠出片材表面質(zhì)量變差，泡孔變得不均勻停巷；DCP雖有利于提高熔體強(qiáng)度耍攘，但比例不宜過(guò)大，以不超過(guò)引發(fā)劑總質(zhì)量分 數(shù)20％為宜畔勤。這是由于DCP分解溫度低于PP加工溫度蕾各，擠出反應(yīng)時(shí)，DCP和PP還沒(méi)有完全混合均勻就大量分解庆揪，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量PP自由基式曲，導(dǎo)致 PP部分交聯(lián)，形成局部高強(qiáng)度熔體缸榛，熔體強(qiáng)度的不均勻性導(dǎo)致發(fā)泡不均勻吝羞，形成凹凸不平的表面。

 以PP1/PP2質(zhì)量比2/3共混物做基礎(chǔ)樹(shù)脂内颗，選取 DBP／DCP質(zhì)量比90/10钧排，考察引發(fā)劑用量和發(fā)泡性能的關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)圖1均澳。

圖1 引發(fā)劑含量與發(fā)泡性能關(guān)系

 由圖1可看出恨溜，隨引發(fā)劑含量增加，單位體積泡孔數(shù)量先增加后基本不變负懦；而發(fā)泡材料表觀密度逐漸降低筒捺，因此總引發(fā)劑含量不宜低于0.15份。這是由于當(dāng)引發(fā)劑含量低時(shí)纸厉，引發(fā)劑濃度不足系吭，PP接枝率不高，熔體強(qiáng)度不足颗品，難以包裹住氣體肯尺，泡孔較大，并有部分泡孔破裂躯枢，導(dǎo)致發(fā)泡片密度較高则吟；隨引發(fā)劑含量增加，PP接枝程度提高锄蹂，熔體強(qiáng)度相應(yīng)增加氓仲，氣泡在膨脹過(guò)程中，泡壁不易破裂，形成致密均勻的泡孔敬扛，單位體積泡孔數(shù)量增加晰洒，材料密度下降；隨引發(fā)劑含量進(jìn)一步提高啥箭，熔體強(qiáng)度高于氣泡膨脹的動(dòng)力谍珊，使氣泡不能充分膨脹，導(dǎo)致發(fā)泡片密度略有提高急侥。

2.2 發(fā)泡劑的選擇與用量

 圖2是發(fā)泡劑 AC含量與發(fā)泡材料表觀密度及其泡孔密度的關(guān)系砌滞。由圖2看出，起初隨發(fā)泡劑AC含量的增加坏怪，發(fā)泡材料表觀密度降低贝润，泡孔密度提高，這是由于發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體隨其用量增加而增加陕悬，部分未分解的發(fā)泡劑在熔體中也起了發(fā)泡成核劑的作用题暖。但在發(fā)泡劑含量增加到0.5份時(shí)，發(fā)泡材料表觀密度反而回升捉超，泡孔密度下降胧卤。這是由于隨發(fā)泡劑含量的進(jìn)一步提高，熔體中氣體含量過(guò)多拼岳，氣泡膨脹加劇枝誊，導(dǎo)致部分泡孔破裂合并，氣體溢出惜纸，于是發(fā)泡材料表觀密度又提高叶撒，泡孔密度下降。由圖2還可看出耐版，發(fā)泡劑的合適用量為0.3～0.5份祠够。

 圖２ 發(fā)泡劑含量與發(fā)泡性能關(guān)系 

2.3 擠出溫度對(duì)發(fā)泡性能的影響

 圖3為擠出溫度對(duì)發(fā)泡性能影響。

圖３ 擠出成型溫度與發(fā)泡性能關(guān)系

 如圖3所示粪牲，在所試驗(yàn)的溫度范圍內(nèi)古瓤，發(fā)泡材料表觀密度有一值，泡孔密度有一值腺阳，適宜的溫度在 195～200 ℃落君。這是由于在溫度較低時(shí)，發(fā)泡劑分解不完全亭引，熔體內(nèi)氣體量有限绎速，而且熔體強(qiáng)度較高，限制了泡核的形成和氣泡的膨脹焙蚓，所以密度較高纹冤，泡孔數(shù)量較少洒宝；隨溫度的升高，發(fā)泡劑分解能力加強(qiáng)萌京，而且熔體強(qiáng)度下降待德，氣泡膨脹能力相應(yīng)加強(qiáng)，密度逐漸下降枫夺，泡孔也變得致密均勻，泡孔數(shù)量增多绘闷；隨溫度繼續(xù)升高橡庞，擠出物料本身的熔體強(qiáng)度降低，泡內(nèi)的發(fā)泡壓力超過(guò)氣泡表面張力所能承受的限度印蔗，從而使泡孔破裂合并扒最，并有部分氣體排出，導(dǎo)致泡孔數(shù)量降低华嘹，密度升高吧趣。

2.4 擠出螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)泡性能的影響

 圖4為擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速與發(fā)泡材料表觀密度及泡孔密度關(guān)系。由圖4看出耙厚，隨螺桿轉(zhuǎn)速提高强挫，發(fā)泡材料表觀密度增加，而泡孔密度起初基本不變薛躬，轉(zhuǎn)速超過(guò)40r/min后俯渤，有較大增加，合適的轉(zhuǎn)速在30～40r／min型宝。這是由于隨轉(zhuǎn)速增加八匠，物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間縮短，發(fā)泡劑分解不完全趴酣，發(fā)氣量減少梨树，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速提高，增加了熔體壓力岖寞，降低了熔體溶解的氣體向泡核擴(kuò)散的動(dòng)力抡四，導(dǎo)致泡孔減小，發(fā)泡材料表觀密度升高慎璧；隨螺桿轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高到一臨界值床嫌，許多泡體在強(qiáng)力剪切下分裂，使泡孔密度又有較大增加胸私。

圖4 螺桿轉(zhuǎn)速與發(fā)泡性能關(guān)系

2.5 發(fā)泡片的制備和性能

 根據(jù)上述結(jié)果確定的專用料基本配方（質(zhì)量份）:均聚PP1為40.00份厌处，共聚PP2為60.00份，過(guò)氧化二特丁烷為0.18份岁疼，過(guò)氧化二異丙苯為0.02份阔涉，改性劑為0.05份缆娃，碳酸鈣為0.05份，抗氧劑1010為0.05份 瑰排，抗氧劑168為0.10份贯要，發(fā)泡劑AC為0.40份。用該配方在 Brabend-er∮２５單螺桿擠出機(jī)上擠出PP發(fā)泡片椭住，螺桿轉(zhuǎn)速30r／min崇渗，口模厚度0.6mm，寬度50mm京郑，采取自然冷卻方式宅广，距機(jī)頭30cm處壓輥。擠出片材于模具外發(fā)泡些举，表面結(jié)皮跟狱，樣片表面平整光滑，泡孔細(xì)小均勻户魏，泡孔直徑基本上小于50μｍ驶臊，泡孔密度達(dá)到個(gè)／cm3。發(fā)泡板樣片泡孔直徑及分布見(jiàn)圖５叼丑。

圖5 發(fā)泡板泡孔顯微鏡照片

 擠出發(fā)泡過(guò)程還發(fā)現(xiàn)关翎，模具對(duì)發(fā)泡的影響也較大，采用厚2mm鸠信，寬100mm 的模具擠出笤休，由于模頭壓力不足，片材在模具內(nèi)發(fā)泡症副，發(fā)泡片表面粗糙店雅，泡孔較大，均勻性較差贞铣，發(fā)泡片成型性能也較差闹啦。取發(fā)泡片樣片，在沖模儀上沖制試樣辕坝，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試窍奋，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知酱畅，發(fā)泡片的力學(xué)性能達(dá)到PP微發(fā)泡基本技術(shù)指標(biāo)要求琳袄。

表2 PP發(fā)泡片的性能

＊試樣經(jīng)多層壓制，采用無(wú)缺口試樣纺酸，23℃窖逗。

2.6 推廣應(yīng)用

 試生產(chǎn)的PP微發(fā)泡專用料制備的發(fā)泡片材在大眾途觀、長(zhǎng)安和長(zhǎng)城等車型上推廣試用餐蔬，所制造的內(nèi)飾件性能滿足指標(biāo)要求碎紊，減重效果明顯佑附，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表3PP發(fā)泡片減重效果

３ 結(jié)論

a）PP微發(fā)泡引發(fā)劑用量不宜低于0.15份仗考，DCP有利于提高PP熔體強(qiáng) 度音同，但比例不宜超過(guò)引發(fā)劑總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20％。發(fā)泡劑AC 適宜用量為0.30～0.50份秃嗜。 擠出發(fā)泡溫度和擠出螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)PP發(fā)泡性能影響大权均，合適的擠 出發(fā)泡溫度在195～200 ℃，合適的擠出螺桿轉(zhuǎn)速在30～40r/min锅锨。

b）采用化學(xué)改性非交聯(lián)技術(shù)和一步擠出工藝可制備出性能良好的汽車內(nèi) 飾件用PP微發(fā)泡專用料螺句。