聚丙烯 PP 質(zhì)輕、結(jié)晶度高、易加工，耐腐蝕、抗沖擊強度、 抗撓曲性以及電絕緣性好，已經(jīng)成為汽車零部件使用最多的塑料材料之一，約占車用塑料的 37 %。

 

       聚丙烯 PP 主要應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件、外飾件和功能鍵，如儀表盤、門護板、保險杠等，其中內(nèi)飾占比為 55 %。

 

       由于聚丙烯 PP 材料的收縮率大、尺寸穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生翹曲變形，低溫易脆、韌性差、耐光熱老化性差，必須進行改性處理。改性的聚丙烯PP具備優(yōu)良的力學(xué)性能，可代替工程塑料、金屬、熱固性樹脂使用。

 

       一、性能優(yōu)勢

 

       PP 聚丙烯在強度、剛性、硬度、耐熱性方面優(yōu)于聚乙烯；可在 100 ℃ 溫度下正常使用，尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、抗沖擊性、機械性質(zhì)強，化學(xué)穩(wěn)定性良好，不受濕度影響。

 

       聚丙烯外觀透明輕便，密度 0.89 - 0.91 g/cm³，是目前塑料中最輕的品種之一。因此，用聚丙烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料可以進一步降低重量。

 

       另外，由于近年來聚丙烯改性技術(shù)的發(fā)展，聚丙烯在汽車工業(yè)的發(fā)展中占有絕對優(yōu)勢。

 

       二、環(huán)境保護優(yōu)勢

 

       聚丙烯是無毒、無味、無臭的乳白色透明的高結(jié)晶聚合物，是環(huán)保材質(zhì)。

 

       聚丙烯不僅可回收利用，而且聚丙烯主鏈含有叔碳原子，在高溫和氧化作用下可以發(fā)生分子鏈的降解反應(yīng)，使聚丙烯具有降解特性，大大減少了白色污染帶來的環(huán)境問題。

 

 

       三、成本優(yōu)勢

 

       聚丙烯的生產(chǎn)原料來源途徑多樣，主要有油、煤、甲醇、丙烯等。煤制聚丙烯是目前聚丙烯中增長最快的原料來源方式之一。由于我國煤炭資源豐富，煤炭價格相對穩(wěn)定，煤炭生產(chǎn)聚丙烯成本波動小。同時，聚丙烯加工成型方便，生產(chǎn)工藝簡單，其生產(chǎn)成本遠低于現(xiàn)有其他塑料材料。

 

       聚丙烯有很多優(yōu)點，但缺點也非常明顯。

 

       PP 分子鏈上的甲基會增加分子鏈的剛性，降低PP的沖擊性能，特別是低溫韌性；

 

       PP 作為非極性聚合物，與極性樹脂、無機填料相容性差，親水性、染色性、防靜電性、粘接性差；

 

       收縮率大則產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性差、耐老化降解性能差，聚丙烯作為常用的通用型塑料，具有耐高溫性能差、耐油性差等缺點。

 

       這些缺點嚴重束縛了聚丙烯在復(fù)雜工況、多樣性要求較高的車用功能部件上的使用，需要通過比內(nèi)飾要求更高更復(fù)雜的改性技術(shù)來改善缺點、提高性能，擴大改性 PP 在車用功能部件上的使用。

 

       薄壁化、微發(fā)泡、低臭氣、高強度、低密度等是當前汽車聚丙烯材料亟待解決的技術(shù)問題和未來的主要發(fā)展方向。

 

 

       四、工程化發(fā)展趨勢

 

       1、薄壁化

 

       一般薄壁制品的尺寸為壁厚小于 1 mm，表面積超過 50 cm²；或者縱橫比超過 100（或 150）時，由于型腔的空間尺寸嚴格，因此在注塑下容易發(fā)生大的收縮。

 

       林友平等采用氫調(diào)法制備高熔體流動速率 PP 薄壁注塑專用料，該產(chǎn)品彎曲模量 1600 MPa 以上，滿足客戶設(shè)計指標和加工要求，已規(guī)?；a(chǎn)。Keisuke 等探討了薄壁 PP 零件注射技術(shù)與性能的關(guān)系，有助于 PP 分子在較低注射速度下取向，薄壁制品可獲得較高的斷裂韌性。徐冰系統(tǒng)分析了長纖維增強 PP（LGFPP）薄壁塑件不同部位的玻璃纖維結(jié)構(gòu)和性能。

 

       在型腔填充過程中，熔融 PP 流動性強于玻璃纖維，遠于澆口的端部和模具端部溫度較低，PP 迅速冷卻，但玻璃纖維通過不斷更新的熔融凝聚，含量提高。另外，遠于澆口的玻璃纖維由于工藝的成長而發(fā)生較多的折損，保持長度降低，近于澆口的端部由于長時間的保壓，玻璃纖維長度也明顯受損。中部有最長的玻璃纖維保持長度，這部分玻璃纖維在熔體高速流動的作用下高度定向，抗拉強度最強。

 

       2、微發(fā)泡技術(shù)

 

       陳明等綜述了微發(fā)泡 PP 材料的改性研究，PP 的半晶相結(jié)構(gòu)和低熔體強度使其發(fā)泡性惡化，引入均勻分布的其他顆粒，在基體內(nèi)起異相核點作用，形成良好的分散，增大熔體強度，兩者協(xié)同促進 PP 發(fā)泡。

 

       Wang 等人使用纖維素納米纖維（CNFs）改善 PP 的發(fā)泡性，細小的纖維結(jié)構(gòu)誘導(dǎo) PP 結(jié)晶溫度上升，形成多個微晶成核位點，熔體粘彈性增強，防止纖維素破裂合并，添加質(zhì)量5 % 的 CNFs 時發(fā)泡。

 

       陳明等深入探討了熱塑性彈性體（POE）對 PP 微發(fā)泡材料綜合性能的影響。POE 粒子在基體中提供了有效的異相核點，形成大量微晶，添加質(zhì)量分數(shù) 10 % 時發(fā)泡均勻，單元平均直徑約 60 m。此外，POE 與 PP 分子鏈相容性好，相互纏繞形成良好有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，材料松弛時間延長，熔體粘彈性明顯提高，可為發(fā)泡提供有利條件。

 

       3、低氣味

 

       雖然多通過添加助劑來提高 PP 性能，但由于助劑固有的揮發(fā)性，產(chǎn)品不能滿足氣味指標的要求。

 

       余林華采用抗劃傷劑 V-Si₄0₄₂ 復(fù)配氣味吸附劑 PY88TQ 制備汽車內(nèi)飾用 PP 材料。V-Si₄0₄₂ 的主要成分是聚硅氧烷，可以在材料表面形成潤滑層，降低表面摩擦系數(shù)。單獨添加質(zhì)量分數(shù) 1.5 % 的 V-Si4042 時，PP 無法識別劃痕，顯示出優(yōu)異的耐劃痕性，但氣味和揮發(fā)性有機化合物（VOC）的釋放等急劇上升。添加質(zhì)量分數(shù)為 1.0 % 的 PY88TQ，其三維多孔結(jié)構(gòu)經(jīng)表面活化處理可分解或形成螯合氣味小的分子基團。屆時，PP 同時滿足良好的抗劃傷性和低發(fā)散性要求，成功推廣到一汽大眾、通用福特等車型。

 

       Brodzik 檢測了三種不同汽車內(nèi)飾部件（遮陽板、車頂襯里和手制動桿罩）的 VOC 排放，各部件單獨測試的 VOC 濃度均高于整車測試條件的結(jié)果，材料之間存在協(xié)同吸附作用，且李秀峻等研究了汽車工業(yè)常用螺桿擠出雙真空脫揮法的有效性。PP 熔體與揮發(fā)性有機物“吸附-分析”平衡，進而需要通過延長高溫烘烤時間來降低材料 VOC。分子鏈在高溫下運動加劇，自由體積擴大，熔體粘度降低，有利于揮發(fā)物的擴散釋放。130 ℃ 焙燒 4 小時后材料 VOC 含量降至 7768 g/m³，滿足汽車零部件對 PP 材料低揮發(fā)的要求。

 

       4、纖維增強

 

       由于玻璃纖維表面的 PP 分子鏈通過熱應(yīng)力而取向，且玻璃纖維向 PP 提供的成核表面，PP 的結(jié)晶成核屏障都降低，因此 PP 首先在玻璃纖維表面生長成核結(jié)晶，但遠離玻璃纖維的基體的能量屏障高，因此隨著沮喪度的降低，玻璃纖維表面的晶體繼續(xù)生長，遠離玻璃纖維的基體在達到一定的沮喪度后開始核晶體生長。

 

       華東理工大學(xué)崔新宇等人就玻璃纖維強化 PP 結(jié)晶化行為的研究進行了說明。因此，玻璃纖維增強 PP 復(fù)合體系的結(jié)晶過程變得復(fù)雜，界面可能出現(xiàn)異常的結(jié)晶形態(tài)界面橫晶，橫晶的出現(xiàn)會改變復(fù)合體系的界面結(jié)構(gòu)，嚴重影響界面的應(yīng)力傳遞和斷裂行為。

 

 

       5、高兼容性

 

       PP 系聚烯烴具有非極性晶型的線狀結(jié)構(gòu)，由于其表面活性低，難以表面印刷、涂裝、粘接，也難以與極性系高分子化合物相容。另外，PP 熔點低、熱變形溫度低、抗蠕變性差、尺寸穩(wěn)定性差等缺陷限制了其作為工程結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。通過接枝反應(yīng)在高分子鏈中引入極性基團，改善聚烯烴的粘合性和與其他材料的相容性，已成為當前聚烯烴改性研究的重要方向之一。

 

       6、添加成核劑

 

       成核劑對 PP 的結(jié)晶行為有明顯影響，許多物質(zhì)可作為 PP 的成核劑。當然，成核效果因成核劑而異。添加成核劑促進 PP 結(jié)晶加速、晶核結(jié)構(gòu)細化和性能提高，是最近發(fā)展起來的使 PP 高性能、高透明化的簡單有效的方法。從機理上看，成核劑通過改變 PP 的結(jié)晶形態(tài)來影響其物理力學(xué)性能，因此添加成核劑的 PP 具有高拉伸強度、模量、熱變形溫度、硬度和透明性。

 

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