卓商塑料网_汽车内饰件用聚丙烯材料的研究
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汽车内饰件用聚丙烯材料的研究
刘仿军，吕恒勇，李 亮，赵 恒 Liu Fangjun, Lv Hengyong, Li Liang, Zhao Heng
- 武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430073
摘 要 : 以聚丙烯(PP)为基体树脂，(乙烯/辛烯)共聚物(POE)为抗冲改性剂，滑石粉为填料制得了汽车内
饰用PP改性料，研究了PP种类及用量、增韧剂用量、滑石粉粒径等对材料性能的影响。结果表明：以
PP(K7760)30份，PP(GD320)30份，增韧剂POE(EG8150)18份，填充剂滑石粉(2500目)20份，抗氧剂、偶联
剂等助剂2份制得的PP改性料满足汽车内饰件性能的要求。
关键词 : 聚丙烯；热塑性弹性体；滑石粉；专用料；汽车内饰件
欧洲塑料制造商协会（APME）统计表明，汽车的自重每减少1%，就可以节油1%。塑料及
其复合材料在汽车上的应用，是实现汽车轻量化的有效途径，以塑代钢是实现汽车节能减排
的有效方式。聚丙烯(PP)及其改性工程塑料是汽车上最常用且用量最大的塑料材料，约占汽
车塑料总用量的21%。PP由于其来源广、价格低、密度小、耐化学腐蚀性好、易加工等优点
而被广泛使用。但通用PP由于存在收缩率大、尺寸稳定性差、易翘曲变形、低温韧性差、耐
老化性能差等缺点，限制了PP在汽车领域的应用，因此，必须对通用PP进行改性。本实验通
过机械共混法，研究了基体树脂组成、热塑性弹性体(POE)用量对PP改性料力学性能和熔体
流动速率的影响。
1 实验部分
1.1 原料与助剂
共聚PP，K7726、K8303，北京燕山石化；
均聚PP，GD320、GD040，巴陵石化；
POE，EG8150，美国Du PontDow化学公司；
滑石粉，400目、1250目、2500目、5000目，市售；
抗氧剂，K1010，市售；
硅烷偶联剂，KH-550，武大有机硅新材料股份有限公司。
1.2 仪器与设备
双螺杆共混挤出机，SHJ-36，南京诚盟化工机械有限公司；
微型塑料注射机，JPH-50，广东泓利机械有限公司；
冲击试验机，XJ-50Z，济南天辰试验机制造有限公司；
电子万能试验机，TS-2000S，深圳高品检测设备有限公司；
熔融指数测试仪，SRZ-400C，长春智能仪器设备有限公司。
1.3 工艺流程和条件
图1为PP改性工艺流程
工艺条件：挤出温度180~220℃；螺杆转速200~250 r/min；注射温度200~220℃。
1.4 性能测试
拉伸性能按GB/T 1040.2—2006进行测试，拉伸速率为50 mm/min；
弯曲性能按GB/T 9341— 2000进行测试，弯曲速率为2 mm/min；
悬臂梁缺口冲击强度按GB/T 1843—2008进行测试，摆锤能量5.5 J，V形缺口深度为2 mm；
熔体流动速率按GB/T 3682— 2000进行测试。
2 结果与讨论
2.1 PP品种的选定
PP分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯两种，均聚聚丙烯具有较高的拉伸性能和弯曲强度，但
其冲击强度较低；共聚聚丙烯的冲击强度较均聚聚丙烯高，但其拉伸性能和弯曲强度要低于
均聚聚丙烯。因此，一般PP 改性配方设计都考虑以均聚聚丙烯和共聚聚丙烯组合使用，以
满足改性材料刚性和韧性的平衡。PP材料的各种性能指标，见表1。
表1 各种PP性能对比
从表1可以看出，PP320 的熔体流动速率(MFR)高，刚性好，故选定均聚聚丙烯PP320；
共聚聚丙烯中，PP7726的刚性好，MFR较高，故选定PP7726 作为基体树脂。
2.1 基体树脂组成对PP改性料性能的影响
本实验固定POE与滑石粉的比例为20:20，考察了PP7726与PP320配比对汽车内饰PP改性
料的性能影响，见图1、图2和图3。
从图1可以看出，随着PP7726/PP320比值的减少，即基体树脂中PP320用量的增加，PP
改性料的MFR增加，IZOD缺口冲击强度下降，当PP320的用量超过30份时，PP改性料的冲击性
能显著下降。
从图2可以看出，随着基体树脂中PP320用量的增加，PP改性料的弯曲强度和弯曲模量均
呈现先升高后降低的趋势；当PP320用量达到35份时，弯曲强度和弯曲模量都达到最大值，
分别为35.66 MPa和1 768.75 MPa，比PP320用量为30份时分别增加2.63%和4.52%。
从图3可以看出，随着基体树脂中PP320用量的增加，PP改性料的拉伸强度不断升高，断
裂伸长率呈现先增大后减小的趋势，且当基体树脂中PP320的用量为30份时，PP改性料的断
裂伸长率达最大值111.6%。
由于冲击性能和MFR是考量汽车内饰件PP改性料使用性能和加工性能最重要的指标，所
以，根据前面的结果分析，选定基体树脂中PP320用量为30份。
2.2 POE用量对PP改性料性能的影响
赵文聘等对不同增韧剂种类对PP改性料的性能做了深入研究，结果表明：POE对PP的增
韧效果较好。本实验选定POE为PP改性料的增韧剂，固定PP7726:PP320:滑石粉=30:30:20，
考察了增韧剂用量对PP改性料性能的影响，结果见图4、图5及图6。
从图4可以看出，随着增韧剂POE用量的增加，PP改性料的冲击性能增加，MFR降低。POE
弹性体作为分散相，分布在PP连续相中形成“海-岛”结构，当改性料受到外力作用时，作
为分散相的POE能够产生应力集中，引发银纹和剪切带，吸收外界冲击能，从而使得改性料
的冲击强度提高。当POE用量从12份提高到15份时，冲击强度从21.25 MPa提高到38.68 MPa；
当POE用量达到20份时，PP改性料的冲击强度达到52.81 MPa，但其MFR只有14.45g/10min，
低于目标值15 g/10min，故POE的用量应限制在20份以内。
从图5可以看出，随着增韧剂POE用量的增加，PP改性料的弯曲强度和弯曲模量均下降；
POE用量超过18份后，PP改性料弯曲性能明显下降。这是因为POE作为一种弹性体，本身的强
度较低，因此，随着POE用量的增加，PP改性料的弯曲性能和刚性下降。
从图6可以看出，随着增韧剂POE用量的增加，PP改性料的拉伸强度降低，从22.49 MPa
下降到21.86 MPa，下降的幅度较小。这是因为POE破坏了PP分子链排列的规整性，使得PP
的结晶度降低，从而导致改性料的拉伸强度下降。PP改性料的断裂伸长率随着增韧剂POE用
量的增加而增大，这是因为POE本身的模量低，易发生形变，故POE的引入导致PP改性料断裂
伸长率的增加。
综合考虑改性料的冲击性能、加工流动性、弯曲性能和拉伸性能，经过以上实验分析，
POE的用量在15~18份为宜。
2.3 滑石粉粒径大小对PP改性料性能的影响
滑石粉的加入不仅能降低改性料的成本，而且能增加改性料的刚性，增强成型制品的尺
寸稳定性。本实验固定PP7726:PP320:POE:滑石粉=30:30:18:20，添加2份的偶联剂及其他助
剂，考察了不同粒径的滑石粉对PP改性料的性能影响，结果见图7~图9。图7~图9分别为不同
目数滑石粉对PP改性料冲击强度和流动性的影响、对PP改性料弯曲性能的影响及对PP改性料
拉伸性能的影响。
从图7~图9可以看出，PP改性料的缺口冲击强度、MFR、弯曲性能、拉伸性能都随着滑石
粉目数的增大而呈现先增大后减小的趋势，且都在滑石粉粒径为2 500目时出现最大值。这
主要是因为随着滑石粉目数的增大，滑石粉的比表面积增大，与PP基体作用增强，相容性增
加，使得PP改性料的各方面性能增加；但当滑石粉目数过大（5 000目），其比较面积太大，
使得滑石粉容易团聚，反而使滑石粉与PP基体树脂的相容性变差。
3 结论
（1）PP(320)与PP(K7726)的配比为30:30时，所得PP改性料的综合性能较好。
（2）随着POE用量的增加，PP改性料的冲击韧性和断裂伸长率明显增加善，但其弯曲性能、
拉伸强度和MFR均随着POE用量的增加而减小。
（3）滑石粉的粒径对PP改性料的性能有一定影响，其中2 500目的滑石粉填充效果最好。
（4）为满足汽车内饰件性能的要求，从其综合性能考虑，最终确定改性料的基本配方为
PP(K7726)30份，PP(320)30份，POE（EG8150）18份，滑石粉（2500目）20份，抗氧剂、偶
联剂等助剂2份。此时，缺口冲击强度为54.12 kJ/m2，MFR为17.12 g/10min，弯曲强度为35.68
MPa，弯曲模量为1 860.21 MPa，拉伸强度为23.79 MPa，断裂伸长率为92.38%。
