新型汽车方向盘聚丙烯专用料研制
周春怀 杨军忠 况敬业
(洛阳石化总厂研究所,471012)
摘 要
将聚丙烯、多种橡胶预先接枝再和聚丙烯、低密度聚乙烯和多种无机增强剂共混挤出制成方向盘专用料，此材料的韧性超过通用注塑聚丙烯的8倍，强度保持聚丙烯的90%以上，同时材料和金属的粘结力增强，表面自由能增加，手感改善。 关键词：聚丙烯 接枝 汽车方向盘
0 前言
收稿日期:1998年1月5日。
聚丙烯是一种容易加工成型的聚烯烃树脂，它在汽车领域的用量已占塑料总用量的30%[1,2]。汽车方向盘是一种重要的汽车配件，愈来愈多的厂家也正采用以改性聚丙烯为基料的方向盘，随着汽车工业的发展，聚丙烯专用料的市场将会更加广阔。
汽车方向盘是汽车用塑料配件中体积较大和质量要求较高的塑料配件。经检索文献和实际调查，汽车方向盘专用料具有以下特点:[3]
(1)表面光泽均匀，不刺眼; (2)手感舒适;
(3)较好的金属粘结性和耐应力开裂性;
(4)较好的染性和染牢度; (5)足够的强度、刚度和耐冲击性，以适应不同的气候;
(6)耐汽油、柴油和汗液的腐蚀。 采用以过氧化物为引发剂，用马来酸酐
对聚丙烯和增韧剂进行接枝，以改进各组分间的相容性，使材料中形成互贯网络，最终使材料抗冲击性能提高，强度和刚度损失较少,
同时使材料粘结性和手感得到较大改进，满足用户要求，并进行批量生产和试用，结果良好。
1 实验部分
111 原材料
聚丙烯F401粉料，洛阳石化总厂; 三元乙丙橡胶，市售; 丁苯嵌段橡胶，市售;
滑石粉，河北鹿泉建业材料厂; 碳酸钙，四川新都产;
防老化母料，洛阳石化总厂研究所; 助剂，国产或进口。112 工艺路线 (见图1)
2 结果与讨论
第12卷第4期1998年7月
中 国 塑 料
C HINA PLASTIC S
Vol 112 No 14Jul 11998
图1 工艺路线图
它组分共混挤出，制得最终产品。制备接枝物是整个工艺过程中重要的步骤。添加增韧剂接枝物是为了在增韧剂提高抗冲击性的同时，在体系中形成/互贯网络0，使聚丙烯抗冲击性提高的同时，强度和刚度降低较少。由于交联反应的结果，图2中扭矩曲线在高聚物熔融时出现增大的扭矩峰，表征着高聚物的交联网络的形成[4]
。
EP DM 接枝反应转矩流变图 SBS 接枝反应转矩流变图
图2 EPDM 及SBS 转矩和时间图谱
接枝物包括聚丙烯接枝物,EPDM 和
SBS 接枝物。
21111 聚丙烯接枝物对体系力学性能的影
响
为了提高材料的综合力学性能，在原体系的基础上加入接枝率为315%的聚丙烯接枝物，加入的方式及结果如表1所示: 从表1可以看出，在接枝物加入量较少时，体系力学性能基本不受影响，但随着接枝物加入量的增加，材料强度和刚度增大，当接枝物量过多时，材料出现脆性断裂。这是由于残存的过氧化物和马来酸酐综合作用，材料过度交联，出现脆断。
表1 聚丙烯接枝物对体系力学性能的影响接枝物(质量份数)
汽车方向盘套拉伸强度(M Pa)断裂伸长率(%)弯曲强度(M Pa)弯曲模量(GPa)021125232414018052215521241601821026172372718110515271810432161107203113543813111530
3310
416
4017
1121
以上结论也可从电镜得以观测，随着接枝物加入量的增加，相区尺寸逐渐细化，表明体系中各组分间相容性变好，各组分间的结合力增强。但当接枝物过量时，相区粗糙，材料性能变差。
38
新型汽车方向盘聚丙烯专用料研制
(a) (b) (c) (d)
图3 加入聚丙烯接枝物体系SEM 照片
(a)0%接枝物 (b)5%接枝物 (c)10%接枝物 (d)20%接枝物
21112 聚丙烯接枝物对体系流变性能的影响
按照表2方式加入聚丙烯接枝物，它对体系流动性能影响如表2和图4所示:
表2 聚丙烯接枝物对体系熔融指数的影响
接枝物重量份数0510152030熔体流动速率(g/10min)
013
017
111
3
14
1315
2614
从表2可看出，随着聚丙烯接枝物加入份数增加，熔融指数增大，在含量超过15phr 时，流动性出现突变，这是由于过量的接枝物中残存较多的引发剂与体系反应
，使流动性能提高。对其作图，如图4所示:
图4 聚丙烯接枝物对体系熔体流动速率的影响
用毛细管流变仪对6种产品进行分析，如图5所示。在图5中6条曲线具有较相似的形状，随剪切速率提高,6种产品粘度均有下降的趋势。
图5 加入聚丙烯接枝物
的流变曲线图
-)0%接枝物 -#-)5%接枝物-w -)10%接枝物 -ý-)15%接枝物--)20%接枝物 -x-)30%接枝物
21113 聚丙烯接枝物对体系极性的影响 为了改善专用料在注塑时和金属的亲合性，增加接枝后的增韧剂和其基料聚丙烯的相容性，使体系中形成更为紧密的网络，需要加入接枝聚丙烯，改善专用料的极性，这就增加了专用料和金属的粘结性，同时提高了耐应力开裂性能。测定物料的表面自由能和接触角可表征材料的极性和湿润性[5,6]
。表3是加入不同接枝物后测定的表面自由能和接触角。
1998年7月中 国 塑 料
39
表3聚丙烯接枝物对体系极性的影响接枝份数0510152030
表面自由能
(mN/m)
291631123215331333193417接触角(度)10182138112791477187511从表3得知：随接枝物份数增加，表面自由能增加，表面接触角逐渐减小，表明材料极性增加。通过注塑工艺表明，添加接枝物后，注塑成型的方向盘开裂减少，表面颜均一。这是由于材料极化改性后，与金属的粘结性增强的缘故。
增加材料表面自由能，也使注塑成型的产品手感发生变化，手感好坏是由材料的吸湿性及高分子链的柔顺性决定的[7]。添加聚丙烯接枝物后，在一定程度改进了材料的极性，提高了它的吸湿性，也就是材料的手感变好。
21114增韧剂接枝后对体系性能的影响将增韧剂SBS和EPDM在密炼机接枝后，粉碎后加入体系，并和未接枝前对比，材料的性能发生了变化，如表4所示。
表4增韧剂接枝前后材料性能的变化
材料(质量份数)拉伸强度
(M Pa)
断裂伸长率
(%)
弯曲强度
(M Pa)
熔体流动速率
(g/10min)
表面自由能
(mN/m)
EPDM(10份)231353126121182911 EPDM(10份接枝)261638528141173312 S BS(10份)241151727101122914 S BS(10份接枝)271348228181113314
对表4的数据进行分析表明：两种弹性体的接枝物对材料流动性能影响不大，对强度和刚度都有所提高，这可能是由于形成/互贯网络0结构，使材料性能改善。
212无机增强剂的影响21211是否活化对加有接枝物体系力学性能的影响
在加有聚丙烯接枝物的体系中，分别加入活化和非活化的碳酸钙，材料的性能没有较大的差异，如表5所示。
表5CaC O3活化与否对体系性能的影响
材料(质量份数)拉伸强度
(M Pa)
断裂伸长率
(%)
弯曲强度
(M Pa)
熔体流动速率
(g/10min)
20份活化CaCO3331456124218211 20份非活化CaCO3371155134113119
从表5的数据可看出在接枝物存在时，无机填充物是否活化对体系性能没有很大的影响，聚丙烯接枝物作为偶联剂使无机物和高分子材料结合力增强，避免了由于无机物的加入影响材料的综合性能。
21212无机材料目数对材料性能的影响在专用料的研制过程中，采用多种填科复合增强的方法。对不同目数滑石粉对材料
40新型汽车方向盘聚丙烯专用料研制
性能的影响进行了研究，结果如表6所示。
表6 不同目数滑石粉对材料性能的影响
不同目数的滑石粉*
(目)拉伸强度(M Pa)断裂伸长率
(%)弯曲强度(M Pa)弯曲模量(GPa)熔体流动速率(g/10min)
80027186311421311101181000281674134417112721
01250
2912
7614
4513
1130
210
注:*滑石粉加入量20%(质量份数)。
从表6可看到：随着滑石粉目数增加，断裂伸长率稍有增加，弯曲强度和模量稍有提高，表征刚性的弯曲强度和弯曲模量与刚性粒子粒径有较大的依赖性[8]。刚性粒子粒径愈小，愈容易嵌入高分子链间的空隙内，在材料受到外力时，由于刚性粒子的存在，使高分子链活动空间减少，这样就提高了材料的刚性。
对添加不同目数的材料进行DSC 对比分析，测定期熔点，从图6中可发现，目数越高，熔点越高，也就证明了改性材料刚性对无机粒子的依赖性。
图6 加入不同目数无机增强 剂的复合材料的DSC 图谱
213 PE
LDPE 和H DPE 的延伸性和抗冲性，接近，能与PP 其影响如表7所示。
表7 不同PE 用量对体系综合力学性能的影响
PE (份)熔体流动速率(g/10min)
拉伸强度(M Pa)缺口冲击强度
(J/m)
011041816060162101152221297018220
2144
18176
80146
表7数据说明了PE 与橡胶起到了一种相互增容的作用。LDPE 存在，和接枝物中残存的引发剂反应，将材料中的柔性链和刚性链连结起来，起到/连结桥0的作用，使各组分结合更紧密，降低了界面能，使体系中的各种分子链扩散得均匀，减小了相区尺寸，改善了综合力学性能。
214 工艺对材料性能的影响
21411 接枝方式对材料性能的影响 为了使材料的生产更易工业化和效益更高，采取一步加入的方式，即将引发剂、马来酸酐、无机增强剂与基体树脂聚丙烯和其它助剂同时共混，然后在双螺杆挤出机上熔融挤出。在聚丙烯、增韧剂和无机增强剂及其它助剂份数保持不变时，改变引发剂和马来酸酐的含量，如表8所示:
表8 采取不同加料方式对材料性能的影响
1998年7月中 国 塑 料
41
发布评论