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耐划伤、遮光、低气味低VOC——汽车用聚丙烯改性技术分享

发布时间:2019-07-18 18:36 来源:未知 编辑:admin

  聚丙烯(PP)具有力学性能好、密度小、耐化学腐蚀性好等优点,在汽车方面的应用范围非常广泛,据统计,在汽车方面PP用量约占汽车塑料总用量的50%。对车用PP改性的技术研究也是层出不穷,现从耐划伤、遮光、低气味低VOC等方面汇总车用PP的几个改性技术与大家分享。

  在汽车使用过程中,内饰件是被使用者接触最多的汽车零部件,因而其被划伤的风险非常高。

  PP是汽车内饰件最常用的一种材料,常用来生产仪表盘、门板等内饰件,但其表面耐划伤性能很差,加入微结构呈片状、纤维状或球形的填料(如滑石粉、硅灰石、玻璃微珠等)可以提高PP的硬度、模量等,在一定程度上改善PP的耐划伤性能。在这些填料中,滑石粉成本相对较低,也是PP常用的填料,但滑石粉对PP耐划伤性能的改善不如硅灰石等填料,另外,滑石粉填充PP一般需要加入弹性体进行增韧,这反而降低了材料的耐划伤性能。

  耐划伤剂本质上是一种润滑剂,可迁移到表面形成润滑层,从而降低材料表面摩擦系数,提高PP材料表面的耐划伤性能。

  常用的耐划伤剂是一些小分子酰胺类润滑剂,如芥酸酰胺、油酸酰胺等。这类小分子润滑剂能快速迁移到材料表面,形成薄薄的润滑层,极小的添加量即能赋予材料优异的耐划伤性能,且价格低廉。但这些小分子酰胺类润滑剂易使制件表面产生发粘现象,还容易散发挥发性气体。

  有机氟或有机硅类(如硅酮)物质具有非常低的表面张力,易在材料表面富集,且分子量大,不易挥发,因而也可以用作PP的耐划伤剂。

  金发科技股份有限公司对比研究了酰胺类和有机硅类耐划伤剂对弹性体增韧滑石粉填充PP材料的影响。

  PP 64.4份、滑石粉20份、POE 15份、黑色母粒1份、助剂( 包括抗氧剂和光稳定剂)0.6份、耐划伤剂2份。

  其中,添加酰胺类耐划伤剂的材料为1#,添加有机硅类耐划伤剂的材料为2#。

  采用十字划伤仪根据大众标准PV3952–2002测试材料在常温和热老化(102℃,168 h) 后的耐划伤性能,用ΔL值表示,其中L值代表黑白值,采用色差仪进行测量。皮纹划伤前的L值记为L1,划伤后的L值记为L2,ΔL=L2–L1。

  常温下1#和2#的耐划伤性能均满足要求,1#略优于2#;但热老化后,1#的耐划伤性能明显变差,而2#的耐划伤性能仍然优异,甚至比常温耐划伤性能还有所提高。

  1# 和2# 所散发的总挥发性有机化合物(TVOC) 含量分别为18.47 μgC/g和14.16 μgC/g,两个体系的TVOC含量均满足要求( 低于50 μgC/g)。但从表中可以看出,2#在气味等级和VOC方面总体上均低于1#。

  2#的断裂伸长率、冲击强度及MFR均高于1#,弯曲弹性模量略低,其余相差不大。

  两种耐划伤剂在常温下都使PP具有较好的耐划伤性能,但有机硅类耐划伤剂在PP材料热老化后仍使其保持优良的耐划伤性能,同时在气味、VOC、雾度具有较大的优势,在韧性和加工性方面也具有一定的优势。

  汽车仪表盘相关零部件常需要材料具有良好的遮光性以防串光,因此需要对PP 进行遮光改性。

  塑料的遮光改性技术主要包括树脂共混、填充、双向拉伸、添加遮光助剂等技术。

  树脂共混主要是在透明树脂中添加不透明树脂,使其微观结构产生不同相态而使折射系数发生改变,从而降低材料的透光率。

  填充改性是在树脂中加入粒径较大的矿物质,可见光的波长小于其粒径而不能透过矿物质,从而起到降低透光率的作用。

  双向拉伸技术主要针对已经成型的制品,通过双向拉伸使材料发生取向结晶,微观结构变得规整,阻止可见光的通过。

  添加遮光助剂是通过混入钛白粉、SiO2、氧化锌等具有高遮盖力和光反射力的助剂,从而有效阻止可见光的通过。

  重庆科聚孚工程塑料有限责任公司等发现当滑石粉粒径为10 μm,质量分数为40%时,PP的透光率最低,其遮光性能最好,在此基础上设计了一种汽车仪表盘用遮光PP的配方。

  以上含量均为质量分数,复配遮光剂成分为钛白粉和一种碳材料,两者质量比为99.95∶0.05。

  该配方下,材料的透光率远小于0.1%,且使2mm壁厚的样板达到全遮光效果(即用强光从背后照射样板,样板未出现光斑),鉴于仪表盘壁厚通常为2 mm 左右,可以认为成功制备了一种汽车仪表盘遮光PP专用料。

  该材料其它性能如下:拉伸强度25 MPa 、断裂伸长率17%、缺口冲击强度10.3 kJ/m2、弯曲强度35.6 MPa、熔体流动速率12 g/(10 min)。

  采用该材料注射成型汽车仪表盘衬板如下图所示,厚度为2 mm,可满足完全不透光、不漏光的要求。

  随着消费者对汽车产品质量要求的不断提高,对汽车内饰件产品的气味性提出了更高的要求。

  不同的材料产生气味的原因不同,南京立汉化学有限公司研究了车用玻璃纤维(GF)增强PP中气味的来源,在此基础上,通过选择合适的相容剂并添加气味吸收剂制备了低气味低VOC车用GF增强PP。

  注:表中气味等级根据吉利汽车气味性试验测试标准Q/JLY J711061–2009测试,共分10个等级,气味等级越高表示气味越轻,1级表示气味令使用者无法忍受,10级表示无气味。

  可以看出,无论PP基体是粉料还是粒料,不同配方材料的气味等级均为4 级。由此推测在GF增强PP体系中,气味的最根本来源在于相容剂PP-g-MAH。

  可以看出,由于KT-1为熔融接枝的PP-g-MAH,因其接枝率不高(一般为0.8%),需要的用量大,加之其单体残留多,因此材料气味等级低。

  相容剂7452 和9012均采用固相接枝工艺,该工艺生产的相容剂接枝率相对较高,通常大于1.0%,所需要的用量低,加之单体残留少,因此材料气味等级高。

  将纳米氧化锌和纳米二氧化钛按质量比1︰1配制成气味吸收剂,具体配方和性能如下表所示。

  添加气味吸收剂之后,材料的力学性能有所下降,但下降幅度较小,而气味等级均比原来提高一个等级。

  该气味吸收剂的原理主要是通过纳米氧化锌和纳米二氧化钛粒子的表面吸附效应将材料中的小分子物质尤其是游离MAH单体吸附在纳米粒子表面,再通过双螺杆挤出机挤出生产过程中的抽真空工艺将这些小分子从材料中抽离出去,从而达到永久去除材料气味的效果。

  另外,相容剂7452 的接枝率高达7%,外观上呈淡黄色,而相容剂9012 的接枝率仅为1.2%,且呈透明白色。可以看出,高接枝率的相容剂并没有给材料带来高的力学性能,反而气味等级低一个等级。

  在制备低气味低VOC车用GF增强PP时,尽量选择固相接枝工艺生产的相容剂PP-g-MAH,且接枝率不宜太高。

  以纳米氧化锌和纳米二氧化钛为气味吸收剂配合挤出时的抽真空,可以制备低气味低VOC的GF增强PP,以配方七制成的汽车空调系统电机风扇的叶轮如下图所示。

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