超高抗冲聚丙烯汽车保险杠专用料SP179的开发

淳于宏源

(中沙(天津)石化有限公司生产部， 天津市 300271)



超高抗冲聚丙烯汽车保险杠专用料SP179的开发

淳于宏源

(中沙(天津)石化有限公司生产部， 天津市 300271)

采用Spherizone工艺生产超高抗冲聚丙烯汽车保险杠专用料SP 179。分析了其结构、力学性能及应用，并与同类产品比较。SP 179具有高抗冲击强度和弹性模量，SP 179的熔体流动速率为8～12 g/10 min，密度为0.9 g/cm3，简支梁缺口冲击强度(常温)大于50 kJ/m2，拉伸弹性模量达800～850 MPa，各项指标达到进口同类产品水平。

聚丙烯; 汽车保险杠; 专用树脂

0 前言

汽车在现代社会中已成为最主要交通工具之一,也是能源消耗大户，西方工业发达国家大约50%的石油资源消耗在汽车上。据报导，汽车一般部件的质量减轻1%，节约燃油达1%;运动部件的质量减轻1%，节约燃油2%,因而汽车的轻量化对节约能源和环境保护有着重要意义。

汽车的轻量化离不开塑料化，因而汽车用塑料的消费量逐年增加[1-2]。上世纪80年代中期，美国每辆车用塑料109 kg，约占整车质量的9.8%;日本每辆车为74.3 kg，约占整车质量的6%，最新报导每辆车用塑料已达200 kg,约占整车质量的15%。其中，汽车保险杠是最具代表性的 PP 汽车零部件[3]，自上世纪90年代以来，日本和欧洲生产的汽车,80%以上的保险杠是采用 PP注射成型的。目前，国外多采用弹性体改性 PP生产汽车保险杠，该保险杠已占汽车保险杠总用量的70%。

国内汽车保险杠专用料在上世纪90年代以前完全是进口的,之后随着齐鲁石化、兰州石化开发成功SP 179以后，国产原料逐渐有了一定市场份额。但由于受产能和工艺条件的限制，我国聚丙烯汽车保险杠专用料的产量远远不能满足需求，一半以上仍依赖进口,这也引起国内石化企业的重视[3]。

中沙天津石化的聚丙烯装置引进了汽车保险杠专用料SP 179，具备了开发高性能、高附加值专用树脂的优势。为满足市场的需求，中沙天津石化成功开发了超高抗冲聚丙烯汽车保险杠专用料SP 179。

1 试验

1.1 仪器与设备

自动熔融指数仪，意大利Ceast公司；

旋转流变仪，奥地利Anton Paar GmbH公司；

冲击试验机，意大利Ceast公司；

拉力试验机，美国Instron公司；

注射成型流变仪，Moldflow实验室；

三维影像测量仪，美国OGP ；

三维坐标测量仪，美国HEXAGON公司；

HTF 90W2型注塑机，浙江宁波海天注塑机有限公司。

1.2 分析测试

熔体流动速率按GB/T 3682—2000测试;

拉伸性能按GB/T 1040.2—2006测试；

简支梁缺口冲击强度按GB/T 1043—2008测试；

负荷变形温度按GB/T1634—2004测试;

弯曲性能按GB/T 9341—2000测试。

二甲苯可溶物(橡胶相)测定：将试样在135 ℃下溶解30 min，在25 ℃下恒温冷却、结晶、过滤，取滤液,将溶剂蒸发，得到的固体干燥至恒重，称重,即为25 ℃时二甲苯可溶物的质量分数。

2 结果与讨论

2.1 中试试验

聚丙烯汽车保险杠专用料的开发有两个技术难点:一是对材料力学性能的要求。要求专用料的悬臂梁缺口冲击强度大于450 J/m，以保证产品的低温韧性。二是对材料流动性的要求。汽车保险杠的成型面积比较大，必须具有良好的流动性，要求专用料的熔体流动速率必须达到5 g/10 min 以上，以保证成型的顺利进行。

乙烯-丙烯共聚物(橡胶相)中的乙烯与聚丙烯均聚物(聚丙烯相)不相容，可形成一定程度的相分离，无定型的橡胶相分散在聚丙烯相中，在受到外力冲击时，无定型的橡胶相能够起到分散作用，赋予聚丙烯优异的冲击韧性，特别是低温韧性。乙烯的质量分数不同，分散效果也不同。

2.1.1 乙烯的质量分数的影响

中试试验制备了4种不同质量分数的乙烯样品，并分析二甲苯可溶物的质量分数，如表1所示。由表1可知:随着乙烯的质量分数增加，样品中二甲苯可溶物的质量分数也增加。二甲苯可溶物可大大提高材料的韧性。这是因为分散的乙丙橡胶可作为应力集中点，在材料受到冲击时，橡胶周围引发银纹，并在其周围支化，从而吸收大量的冲击能量。乙烯的质量分数越高，橡胶相的质量分数也越高，这对提高材料的韧性也越有利。

表1 样品中乙烯和二甲苯可溶物的质量分数

抗冲聚丙烯中必须含有橡胶组分，以提高聚合物的韧性[4]，但是这也会造成聚合物的刚性下降，因此,为了保证产品具有较高的刚性，多相聚合物中的丙烯均聚物必须有很高的规整性，也就是在提高抗冲击性能的同时仍有较高的强度。产品的分子链规整性一般是通过二甲苯可溶物的质量分数表征的，二甲苯可溶物的质量分数与抗冲击性能的关系，如图1所示。

图1 二甲苯可溶物的质量分数对抗冲聚丙烯的缺口冲击强度与弯曲模量的影响

随着二甲苯可溶物的质量分数下降，逐步提高了分子链的规整度，产品的刚性逐渐下降，韧性逐渐升高。通过试验确定二甲苯可溶物的质量分数为25%，制得的抗冲聚丙烯的冲击强度为237 J/m，弯曲模量为1.03 GPa。

2.1.2 熔体流动速率的影响

PP的熔体流动速率可通过在聚合过程中改变聚合体系中氢气的浓度来调节，也可以在造粒过程中加入相对分子质量调节剂来改变。试验通过调节样品A的熔体流动速率，考察了熔体流动速率与抗冲聚丙烯的抗冲击性能的关系，如表2所示。

表2 熔体流动速率对抗冲聚丙烯力学性能的影响

由表2可知:随着熔体流动速率的增加，样品的抗冲击性能显著下降，拉伸性能和弯曲性能变化不大。图2更直观地表示了熔体流动速率与抗冲击性能的关系。为了保证成型的顺利进行，熔体流动速率必须达到5 g/10 min以上，但考虑到产品须具有较高的冲击强度，试验确定熔体流动速率为10 g/10 min左右。

2.2 试生产

根据中试结果，初步确定了如下的指标：熔体流动速率：(10±2.0) g/10 min，乙烯的质量分数为12%～13%，二甲苯可溶物的质量分数在25%左右，根据上述指标制备出样品SP 179，并与国内3种汽车保险杠专用树脂(PP-1、PP-2、PP-3)的性能进行对比，如表3所示。

图2 熔体流动速率与冲击强度的关系

表3 SP 179与国内汽车保险杠专用树脂的性能对比

由表3可知:产品的各项性能指标均达到了国内同类产品的指标。

2.3 产品的表征和测试

2.3.1 基础性能测试

根据制定的指标，参考相关技术资料，开发生产了SP 179，并进行了性能测试和汽车保险杠加工试验。

在装置运行平稳后，对挤压机出料缓冲仓(试样1、试样2)和成品试样分析，测试结果如表4所示。由表4可见：SP 179的熔体流动速率为9.02～9.78 g/10 min，弯曲模量达800 MPa以上，简支梁缺口冲击强度(23 ℃)大于40 kJ/m2，各项性能达到既定指标要求。

表4 SP 179抽样检测的性能指标

2.3.2 相态(AFM)分析

图3为试生产的SP 179和国外同类产品的相态分析图。由图3可见：试生产的SP 179存在分布均匀、不同粒径的橡胶粒子，与进口对比产品的相态趋于一致。综上所述：试生产的SP 179达到了进口同类产品水平。

图3 SP 179和进口产品的相态分析

3 市场验证

试生产的超高抗冲聚丙烯汽车保险杠专用料SP 179经华北地区多家汽车工厂使用，生产了多

种规格车用保险杠。客户反映该专用料的综合性能优秀，达到了国内外同类产品水平。

4 结语

(1) 利用多区循环反应器开发生产了超高抗冲聚丙烯汽车保险杠专用料SP 179，产品具有高抗冲击强度，熔体流动速率为8～12 g/10 min，密度为0.900 g/cm3，简支梁缺口冲击强度(常温)大于50 kJ/m2，弯曲模量达800～850 MPa，SP 179专用料已达到国外同类产品水平。

(2) 超高抗冲聚丙烯汽车保险杠专用料SP 179，从AFM图片可看到其橡胶粒径小，分别均匀；产品在提高韧性的同时保持一定的刚性，使两者达到了平衡，具有优良的力学性能。

(3) SP 179在国内知名汽车企业大量试用，挤出成型性能良好，工艺稳定，成品外观光洁、光滑，满足了客户的要求。

(4) 专用料未来还可以推广至儿童推车、安全座椅等领域，具有广阔的市场应用前景。

[1] 刘星，孙颜文. 汽车用聚丙烯开发应用[J]. 合成树脂及塑料，2005，22(3)：75-79.

[2] 钟明强. PP汽车保险杠材料的研究开发进展[J]. 上海塑料，2006(4): 39-42.

[3] 王静江，赵明全.汽车保险杠专用料的研制[J].工程塑料应用，2005,33(4)：16-18.

[4] 金日光，华幼卿.高分子物理[J].北京：化学工业出版社，1991:192.

·特色专栏·

Development of Ultra-high Impact Special Polypropylene SP 179 for Automobile Bumper

CHUNYU Hong-yuan

(Operations Support Department of SINOPEC SABIC Tianjin Petrochemical Co., Ltd., Tianjin 300271, China)

Ultra-high impact special polypropylene SP 179 for automobile bumper was prepared by Sperizone process. The structure, mechanical properties and application were analyzed, and companed with the similar materials. SP 179 has high impact strength, flexible modulus. The melt flow rate of SP 179 is 8 to 12 g/10 min, density (natural) is 0.900 g/cm3, the impact strength at the normal temperature is great than 50 kJ/m2, the flexible modulus is 800 to 850 MPa. The indexes have reached the level of imported similar products.

polypropylene; automobile bumper; special resin

淳于宏源(1982—)，男，工程师，研究高分子化学

TQ 320

A

1009-5993(2016)02-0050-04

2016-04-02)