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聚丙烯改性技术及在汽车领域的应用

时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 点击:
一、聚丙烯改性技术

聚丙烯的主要缺点有二个,一是收缩率大,并由此而导致制品尺寸稳定性差,容易产生翘曲变形,二是低温易脆断。当然同传统工程相比还存在模量低,耐热性差及耐光、热老化性能差等缺点。围绕这些缺点,科学家们从聚合改性,共混改性两条路线入手,经过不懈的努力在上世纪八十年代中期终于取得了突破性的进展。

图1展示了聚丙烯材料的技术发展趋势。如图所示,从均聚丙烯发展到无规乙丙共聚,乙丙嵌段共聚,伴随着催化剂的不断进步,可以合成出耐冲击聚丙烯,以及用反应釜制造(Reactor-made)和催化合金(Catalloy)技术可以在反应釜中直接合成出乙丙含量高达35%,橡胶平均粒径在0.5微米以下的超高韧性聚丙烯,并已推进至商业化生产阶段。尤其是金属茂催化剂的问世,将烯烃聚合技术推向了一个崭新的阶段。如美国Dow化学公司八十年代末推向商业化的POE热塑弹性体就是一个典型的例子。


图1 按照冲击韧性和刚性分类的聚丙烯

POE(Polyolefin Elastomer)是乙烯和辛烯实现原位(In Site)聚合的热塑弹性体,其形态结构见图2。


图2 POE形态结构

如图所示,结晶性PE存在于无定型共聚单体侧链之中,在受力时起到了物理交联点的作用。卷曲的乙烯和辛烯链贡献了弹性。改变乙烯,辛烯的比例,控制聚合条件可以得到性能,用途各异的系列产品。非常窄的分子量分布和一定的结晶程度,使它既能具有弹性体的性能又能象热塑弹性体一样便于加工。与乙丙橡胶相比,它有较小的内聚能,较高的剪切敏感性,加工时与聚烯烃相容性好,由于POE与PP的表观切变粘度的切变速率或温度的依赖性较相近,相容性加工窗口较宽,因而容易得到更小的分散相粒径和更窄的粒径分布,其增韧效果往往优于EPDM。对无机物填充聚丙烯体系而言,POE还能提高填料的分散性,作为增韧剂POE在超高韧性PP合金材料及高填充PP合金材料中的增韧作用列于表1、表2中。

表1 POE增韧聚丙烯合金材料性能

[注]:MI─熔体流动速率;σy─拉伸屈服强度;ε─断裂伸长率;Is(缺)─缺口冲击强度;σb─完全强度;Eb─弯曲模量。

表2POE增韧聚丙烯合金性能

表1、表2所列数据表明,在相同增韧剂含量情况下,POE的增韧效果优于日本三井油化公司的EPT4045。在30~35%滑石粉填充的聚丙烯合金材料中也显示了相似的结果。此外,POE不含双键,对水份不敏感,实际耐侯性能优于EPDM、EVA、SBS和CPE等热塑弹性体。良好的分散性和流动性使其制品的熔接痕拉伸强度至少比EPDM共混物提高30%。价格也比EPDM便宜。

在聚合改性方面,丙烯与环烯的共聚已经取得了引人注目的进展,据报导,日本三井油化已成功的合成了丙烯/环烯共聚物。该产物透明性好,耐热性、拉伸强度等性能己达等级。已开始步入商业化阶段。

TPE(Thermoplastic Elastomer)是美国AES(Advanced Elastomer System)Co., 首先推出的利用反应挤出工艺制造的含100%交联EPDM弹性体分散相的聚丙烯热塑弹性体。这是一种热塑性橡胶,通过组份和制造工艺的变化可以产生一系列硬度不同,韧性及力学性能不同的系列产品。它不仅可以用于注塑橡胶制品的生产,也适合于用挤出和吸塑生产工艺。

二、聚丙烯及其改性材料在汽车工业领域的应用

汽车在现代社会中已成为主要交通工具之一。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,汽车一般部件减重1%,节油也近1%,运动部件减重1%,可节燃油2%.因而汽车的轻量化对节能和环境保护均有重要意义。

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。八十年代中期美国为每辆车109kg,约占车重的9.8%,日本为每辆车74.3kg,约占车重的6%,欧洲1989年为每辆车120kg。已达车重的11%,最新报导每辆车用量已达200kg。约占车重的15%。

如前所述,在车用塑料中聚烯烃塑料及其改性材料仍占最大的份额。日本普通轿车已达61%,高档车也达41%。PP改性材料在车用塑料中占第一位。1990年欧洲单车PP用量为22.5kg,1995年为38kg。1998年达45kg。现在汽车用PP部件大约为60个,几年后将增加至200个,应用前景十分广阔。表3列出了日本轿车用PP塑料制件的分布情况。

表3 日本轿车用PP塑料制件相对比率

中国汽车工业正步入迅速发展时期,为了适应汽车工业的发展,汽车相关工业的配套工作从八十年代末期已进入计划日程。国家计委曾将汽车用聚烯烃塑料及其改性材料列入了国家“八五”重大科技攻关项目。

除塑料燃油箱和部分车型的轮罩专用料外,其它均是以聚丙烯为主体的改性材料。

汽车用聚丙烯材料除保险杠,轮罩等少数属于PP/EPDM增韧和超韧合金外,滑石粉填充聚丙烯复合材料合金,占据了很重要的位置。

经过二十多年的不懈努力,我国在汽车用聚烯烃塑料及其改性材料的研制、开发、产业化方面均取得了巨大的进步。国内汽车工业已完全能实现聚烯烃汽车专用料的国产化,一些科研单位的成果已达到国际先进水平。(end)

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