汽车轻量化用改性聚丙烯的研究进展

汽车轻量化用改性聚丙烯的研究进展

摘要：改性聚丙烯密度远小于钢铁且具有很好的强度、硬度，价格相对低廉，

来源充足，因此常被用作汽车轻量化主选材料之一。改性聚丙烯降低了聚丙烯的

成型收缩率，用改性聚丙烯制备的汽车零配件在强度、韧性、硬度、熔体流动速率、耐老化性能、耐刮擦能力、使用寿命、耐冲击性等方面得到了提高，并减少

了汽车内饰配件的异味。因此，应加大汽车轻量化用聚丙烯的改性研究，以满足

各种汽车零部件的要求，获得更大的经济效益。

关键词：改性聚丙烯；轻量化；保险杠；内饰

1、聚丙烯生产工艺

聚丙烯的生产工艺主要有淤浆法、本体法、气相法和本体-气相法。其中，淤

浆法工艺流程长，成本高，操作与投资费用较高，除生产少量高性能的塑料合金外，自20世纪80年代以后，新、改建的大型聚丙烯装置基本不再采用此法。目前，世界上比较先进的生产工艺主要是气相法和本体-气相法。气相法聚丙烯生产工艺主要有瑞士

英力士公司的Innovene工艺、日本聚丙烯公司的Horizone工艺、日本住友化学株式会社的Sumitomo工艺、荷兰利安德巴塞尔工业公司的Spherizone工艺及

美国陶氏化学公司的Unipol工艺等。

2、汽车用改性聚丙烯的研究进展

通常采用物理或化学改性技术提高聚丙烯的综合性能，以满足汽车部件性能

要求。传统改性聚丙烯主要用于汽车保险杠、仪表板护板、门板、立柱等，长玻

纤增强聚丙烯主要用在汽车前端模块、仪表板骨架等。

2.1汽车保险杠用改性聚丙烯

随着对汽车轻量化的关注度日益提升，聚丙烯在汽车上的应用不断增大，特

别是汽车保险杠，是用量最大、发展速度最快的塑料品种；但聚丙烯的低温脆性差、成型收缩率大、抗冲击性能差，因此，用于汽车保险杠时需要对其改性。以

共聚聚丙烯为基础树脂，利用马来酸酐接枝物、成核剂α晶型2,2-亚甲基-双

（4,6-二叔丁基苯氧基）磷酸钠及无机填料滑石粉提高物料之间的相容性和体系

模量，控制结晶尺寸，改善热稳定性和降低成本；利用增韧剂共混增韧、加工改

性母料调节加工流动性。所制汽车保险杠专用聚丙烯的主要性能指标:熔体流动速

率（MFR）为4.8g/10min，拉伸强度为21.6MPa，悬臂梁冲击强度在23，-20℃分

别为548.0，98.7J/m，断裂伸长率为453％，成型收缩率为0.91％，负荷变形温

度为87℃。开发了一种适用于汽车保险杠的改性聚丙烯复合材料，该复合材料包

括聚丙烯、（对-羟苯基）苯基氧化膦、茂金属聚烯烃弹性体、聚酰胺、马来酸酐、热塑性聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、乙丙橡胶、聚乙烯、剪切增稠液、聚间

苯二甲酰间苯二胺纤维、抗静电剂、抗氧剂、分散剂、增塑剂、紫外光吸收剂。

所制复合材料的流动性好，易于加工，可有效降低收缩率，即使在高温高湿环境

中使用也不会发生变形和后收缩；而且能满足汽车用聚丙烯的其他力学性能指标，与现有的保险杠的材料相比，该复合材料的弯曲模量、拉伸强度、硬度和MFR均有大幅提高。

2.2汽车内饰用改性聚丙烯

随着人们消费观念的不断改变，对汽车内饰件的美观性、舒适性、环保性、

耐老化性能、耐刮擦能力、使用寿命等都提出了更高的要求。由于汽车内饰件要

在一定的压力下工作，有时还要经受猛烈的冲击，因而对其抗冲击性能有较高的

要求，特别是低温抗冲击性能。普通的聚丙烯难以满足这些要求，而改性聚丙烯

可以满足以上要求。

开发了用于汽车仪表盘等塑料内饰件的环保高红外反射聚丙烯，组成为:聚丙

烯树脂20.0～50.0phr、分散剂1.0～3.0phr、着色剂1.0～5.0phr、乙烯-辛烯共聚

物5.0～10.0phr、滑石粉20.0～40.0phr、抗氧剂1010 0.1～0.3phr、钛酸酯偶联剂0.1～0.3phr。该改性聚丙烯具有颜色稳定，散热量低，耐侯性优越，便于储运，

不影响材料力学性能，环保无污染的优点。一种高效耐刮擦聚丙烯的生产方法，

所用反应装置包括4个串联的反应器。其中，第一反应器和第二反应器均为液相

反应器，第三反应器和第四反应器均为气相反应器。采用本方法生产的耐刮擦聚

丙烯具有较高的流动性，MFR为10～14g/10min；耐刮擦效果显著、持久，实现

了材料力学性能和表面耐刮擦性能的综合提高；拉伸屈服应力≥30MPa，弯曲模量≥1400MPa，负荷变形温度≥95℃。提供了一种汽车安全气囊盖板用聚丙烯热塑性

弹性体，组（质量分数）包括:高熔体强度聚丙烯21%～48%，烯烃类聚合物10%～50%，苯乙烯类热塑性弹性体10%～40%，相容剂2%～15%。采用高熔体强度聚丙烯作为热塑性弹性体的基体树脂，烯烃类聚合物和苯乙烯类热塑性弹性体

协效增韧，制备的弹性体具有优异的耐高温和低温爆破性能，满足汽车安全气囊

盖板高温（85℃）点爆不变形飞出、低温（-35℃）点爆不产生碎片的要求，可以替代传统的热塑性聚烯烃弹性体材料应用于各类汽车安全气囊盖板。一种汽车用

聚丙烯复合材料及其制备工艺，其组分包括：短玻璃纤维、某树脂、硫酸钡、增

强剂、增韧剂、耐寒剂、阻燃剂、相容剂、偶联剂、MFR改性剂、流动改性剂、

稳定剂、固化剂、pH值调节剂、抑烟剂、抗氧化剂、成核剂、加工助剂、矿物充填剂、润滑剂、防静电剂和除味剂，其余为丙烯聚合物。所制复合材料克服了现

有聚丙烯使用过程中强度低、容易变形的缺点，且在低温条件下也具有很好的抗

冲击性和耐疲劳性，极大提高了其寿命，减小了意外事故的发生，广泛应用于汽

车内饰件、保险杠等。

2.3低气味车用改性聚丙烯

随着汽车的广泛普及，汽车内的气味对人体健康的危害成为大家首要关注的

问题，车用改性聚丙烯的气味控制对于改善车内空气质量具有重要的意义。一种

低气味车用聚丙烯复合材料，包括以下组分（质量分数）:聚丙烯50.0%～85.0%，矿物填料5.0%～25.0%，玻璃纤维0～20.0%，气味吸附母料0.6％～4.5%，蓖麻

油酸锌0～1.5%，松香酯0～2.0%，增韧剂5.0%～15.0%，抗氧剂1010 0～1.0%，

色粉0～5.0%以及其他助剂。所述聚丙烯为共聚聚丙烯或结晶度为50%～70%的

高结晶均聚聚丙烯中的一种或其组合，所述矿物填料为滑石粉、碳酸钙或云母粉

中的一种或多种，所述抗氧剂1010为四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］

季戊四醇酯。所制复合材料的综合性能优良，具有气味小的特点。一种抗菌防霉、低气味汽车仪表台专用改性再生聚丙烯，组分包括:基础材料91.5～98.5phr，复

合气味消除剂0.5～ 3.0phr，纳米复合抗菌剂0.5～3.0phr，抗氧剂0.1～0.5phr，

紫外光吸收剂0.1～ 0.5phr，润滑剂0.1～0.5phr，偶联剂0.1～0.5phr，白油0.1～0.5phr。其中，所述基础材料包括:再生聚丙烯10.0～70.0phr聚丙烯新料0～

30.0phr，增韧剂3.0～20.0phr，填料0～40.0phr。所制改性再生聚丙烯气味低，

抗菌耐久度好，极大提高了再生聚丙烯的利用率，有益改善环境，且其制备方法

简单易行，具有实价值。

结语:聚丙烯是制造汽车零部件的常用原料，具有来源丰富、价格便宜、加工

容易、力学性能好、密度小、刚性好、强度高以及电绝缘性能好等特点。