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高性能聚丙烯在汽車材料中的應(yīng)用
隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，制造汽車的各種原材料也迅速發(fā)展和更新?lián)Q代，越來越多的汽車零部件開始采用改性塑料替代金屬制件。塑料在汽車上的應(yīng)用已有近50年的歷史，塑料飾件的大量應(yīng)用，促進(jìn)了汽車的減重節(jié)能，提高了汽車的美觀舒適度。而PP作為最輕的通用塑料，通過增韌、填充、增強(qiáng)、共混等改性后，在汽車內(nèi)外飾零部件上得到廣泛應(yīng)用。
一、聚丙烯在汽車中的應(yīng)用
PP具有密度小、性價(jià)比高、優(yōu)異的耐熱性能、耐化學(xué)藥品腐蝕性、剛性、易于成型加工和回收利用等特性，較車用金屬材料，PP具有降低成本、燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、防塵、耐腐蝕性好、外觀美感、節(jié)約空間、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成為汽車內(nèi)、外飾零部件使用最多的塑料材料之一。
但是PP 材料收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生翹曲變形；低溫易脆斷，韌性差；耐光老化、耐熱老化性能差，所以無法單獨(dú)滿足汽車保險(xiǎn)杠、儀表板、護(hù)風(fēng)圈、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇等部件的特殊使用要求，必須進(jìn)行改性或開發(fā)高性能的聚丙烯材料。
圖 PP改性材料應(yīng)用于儀表板
當(dāng)前，PP及改性PP大量應(yīng)用在汽車內(nèi)飾件、外飾件及引擎罩下部件中。車用外飾件中，PP應(yīng)用最大領(lǐng)域?yàn)楸ｋU(xiǎn)杠制品。
圖 PP改性材料應(yīng)用于前保險(xiǎn)杠
隨著汽車制造水平及消費(fèi)者對汽車安全性、舒適性及審美的要求，對PP保險(xiǎn)杠的性能要求也逐步提高：如與車身的零間隙要求PP具有較低的膨脹與收縮性，良好的加工性要求PP具有更好的流動(dòng)性，輕量化的要求PP具有較低的密度，安全性的要求PP具有較高的抗沖擊性等。
二、聚丙烯生產(chǎn)工藝
自PP成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來，催化劑技術(shù)的不斷突破推動(dòng)了PP生產(chǎn)工藝的進(jìn)步與發(fā)展，各種聚合工藝層出不窮，PP的綜合性能也逐步提高。當(dāng)前PP反應(yīng)器牌號的性能逐漸朝高剛性、高抗沖擊性、高流動(dòng)性、低氣味等方向發(fā)展。
圖 聚丙烯聚合工藝及其對應(yīng)反應(yīng)器
Spheripol/ST工藝采用環(huán)管反應(yīng)器。Spheripol工藝是一種液相預(yù)聚合同液相均聚和氣相共聚相結(jié)合的聚合工藝，可以生產(chǎn)全范圍、多用途的各種產(chǎn)品。其均聚和無規(guī)共聚產(chǎn)品的特點(diǎn)是凈度高，光學(xué)性能好，無異味。
Innovene工藝采用獨(dú)特的接近活塞流的臥式攪拌床反應(yīng)器，可以生產(chǎn)剛性和抗沖擊性非常好的共聚物產(chǎn)品。
表：茂名石化聚丙烯工藝及產(chǎn)能
|
公司名稱 |
裝置產(chǎn)能 |
技術(shù)來源 |
生產(chǎn)工藝 |
總產(chǎn)能 |
|
茂名石化 |
17 |
Basell |
Spheripol |
67 |
|
30 |
SEI |
ST-2 |
||
|
20 |
BP |
Innovene |
在生產(chǎn)工藝上，生產(chǎn)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品主要有氫調(diào)法和降解法。近年來，隨車用PP環(huán)保要求的提高，采用氫調(diào)法工藝直接生產(chǎn)的反應(yīng)器牌號逐漸成為市場主流，該類牌號在具有較好的剛韌平衡性外，作為汽車內(nèi)飾件原料時(shí)具有極低的氣味，符合車用非金屬材料環(huán)保方面的要求；同時(shí)作為車用改性基礎(chǔ)樹脂，具有更好的加工穩(wěn)定性。
圖 車用PP生產(chǎn)發(fā)展方向
三、茂名石化車用聚丙烯新產(chǎn)品
根據(jù)市場需求，茂名石化近年開發(fā)了十?dāng)?shù)個(gè)車用聚丙烯新產(chǎn)品，主要由兩大系列：
|
產(chǎn)品系列 |
產(chǎn)品性能 |
|
高抗沖低剛系列產(chǎn)品 |
熔指 3~30g/10min |
|
高剛低抗沖系列產(chǎn)品 |
熔指 10~60g/10min |
具體聚丙烯系列產(chǎn)品及牌號如下：
高抗沖低剛系列產(chǎn)品：
|
牌號 |
熔指（g/10min） |
彎曲模量（MPa） |
簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度（kJ/m2） |
生產(chǎn)方法 |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
|
K9930H |
~30 |
~950 |
~50 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
K9026 |
~28 |
~950 |
~50 |
降解法 |
汽車外飾件 |
|
K9017H |
~17 |
~950 |
~50 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
K9010 |
~10 |
~950 |
~50 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
K9005 |
~5 |
~950 |
~70 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
K8003 |
~3 |
~1200 |
~45 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
高剛低抗沖系列產(chǎn)品：
|
牌號 |
熔指（g/10min） |
彎曲模量（MPa） |
簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度（kJ/m2） |
生產(chǎn)方法 |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
|
PPB-MN60-G |
~60 |
~1500 |
~5 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
PPB-MN50-G |
~50 |
~1350 |
~8 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
PPB-MN35-G |
~35 |
~1650 |
~5 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
PPB-MN10-G |
~10 |
~1600 |
~7 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
高熔中沖擊系列產(chǎn)品：
|
牌號 |
熔指（g/10min） |
彎曲模量（MPa） |
簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度（kJ/m2） |
生產(chǎn)方法 |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
|
K7726H |
~26 |
~1150 |
~10 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
|
HHP4 |
~30 |
~900 |
~10 |
氫調(diào)法 |
汽車內(nèi)飾件、外飾件 |
高剛均聚系列產(chǎn)品：
|
牌號 |
熔指（g/10min） |
彎曲模量（MPa） |
簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度（kJ/m2） |
生產(chǎn)方法 |
|
PPH-MM20-S |
~20 |
~2100 |
~2.4 |
氫調(diào)法 |
|
PPH-M60-S |
~60 |
~2100 |
~1.5 |
氫調(diào)法 |
透明聚丙烯專用料：
|
項(xiàng)目 |
單位 |
HT9025NX |
UT8012M |
PPD-MT45-S |
PPR-ET03-S |
PPR-MT16-S |
PPR-M55-S |
|
熔體流動(dòng)速率MI |
g/10min |
24.2 |
11.4 |
45 |
3.1 |
16 |
55 |
|
懸臂梁沖擊強(qiáng)度,(23℃) |
J/m |
56 |
173.4 |
2.1(簡支梁) |
6(簡支梁) |
5.5(簡支梁) |
2(簡支梁) |
|
拉伸屈服強(qiáng)度 |
Mpa |
29 |
28 |
33 |
34.9 |
29.5 |
36.9 |
|
撓曲模量 |
Mpa |
946 |
1027 |
1300 |
1470 |
1140 |
1690 |
|
霧度 |
% |
14.5 |
7.2 |
15 |
28.6 |
8.9 |
薄壁注塑 |
|
熱變形溫度 |
℃ |
76 |
72.2 |
74 |
95 |
80 |
-- |
在研新產(chǎn)品：
低收縮抗沖聚丙烯。收縮率較普通抗沖聚丙烯降低~15%，下游客戶改性時(shí)可減少滑石粉用量，達(dá)到進(jìn)一步減重目的。
低VOC高抗沖聚丙烯。國產(chǎn)高抗沖聚丙烯原料VOC含量都較高，茂名石化率先對裝置進(jìn)行脫揮改造，高抗沖系列產(chǎn)品的VOC含量將得到顯著降低。
高熔體強(qiáng)度聚丙烯。熔體強(qiáng)度可達(dá)17cN，可用于聚丙烯發(fā)泡，發(fā)泡溫度窗口寬、發(fā)泡倍率可達(dá)30倍。
四、車用聚丙烯的生產(chǎn)研發(fā)方向
聚丙烯通過增韌、填充、增強(qiáng)、共混等改性方法可得到性能各不相同的材料，在汽車內(nèi)飾中改性聚丙烯材料得到了廣泛的應(yīng)用。目前市場上新能源汽車的保有量不斷上升，前景十分廣闊。
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圖 金發(fā) PP-LGF50 電池托架，PP-TD20 AGM蓄電池殼
而汽車輕量化也對車用聚丙烯提出了更多的要求，低密度、薄壁化、微發(fā)泡、高強(qiáng)度成為車用車用聚丙烯的生產(chǎn)研發(fā)方向。
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圖 車用聚丙烯的生產(chǎn)研發(fā)方向
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圖 會通滑石粉填充低密度PP應(yīng)用于汽車門板
注：本文素材來源中石化茂名公司《高性能聚丙烯在汽車材料中的應(yīng)用》，艾邦高分子編輯整理
現(xiàn)艾邦建有汽車材料技術(shù)交流群，長城、一汽、長安、東風(fēng)、大陸、敏實(shí)、庫爾茲、日寫、東麗、科思創(chuàng)、巴斯夫、LG、帝斯曼等企業(yè)均已加入，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游的朋友入群探討，共謀進(jìn)步
