聚丙烯改性技术及在汽车领域的应用

2009年01月17日

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。当然同传统工程塑料相比还存在模量低，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橡胶含量高达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增韧聚丙烯复合材料合金性能

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工程塑料等级。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。