【汽车内饰件】PP/POE/滑石粉复合材料的制备及其应用

PP /POE /滑石粉复合材料的制备及其在汽车内饰件中的应用

前言：随着汽车轻量化技术的不断发展以及汽车产量的增加，在实现轻量化的过程中，采用"以塑代钢"的方法变得至关重要。同时轻量化和环保要求也对材料技术提出了更高的挑战。

大型注塑件在汽车中的应用不断增多，免喷涂注塑件的使用范围也在逐渐扩大。与此同时，对注塑件外观质量的要求也越发严格。

在制造汽车保险杠、仪表板、门板等大型注塑件时，容易出现一种外观缺陷，即在塑料流动方向的垂直面上出现明纹与暗纹交替的现象，形似老虎皮上的花纹，通常被称为虎皮纹。

在材料特性方面，弹性体的不稳定性是导致虎皮纹产生的主要原因之一。橡胶松弛理论认为，虎皮纹中明纹和暗纹的交替出现是由于橡胶体的松弛速率不同造成的。该理论认为，橡胶体的松弛时间越短，形成明纹的机会就越小。这表明橡胶体在基体中的分散程度越小且更均匀，虎皮纹产生的可能性就越低。

通过分析原材料的流变性能、引入不同的助剂，以及设计不同的螺杆组合，特别关注乙烯-辛烯共聚物（POE）在聚丙烯（PP）/POE/滑石粉复合材料中的分散情况。同时将这种复合材料应用于汽车内饰件，并考察其对内饰件虎皮纹问题的改善效果。

按照比例，将各种成分，包括质量分数为65%的聚丙烯（PP）、12%的乙烯-辛烯共聚物（POE）、20%的滑石粉、0.3%的抗氧剂以及虎皮纹改善助剂，进行称量。接着将这些成分加入高速混合机进行预混，随后利用双螺杆挤出机进行熔融、挤出、冷却和切割操作。

在这一过程中，挤出温度设置为200℃，螺杆转速为350 r/min，从而获得聚丙烯（PP）/乙烯-辛烯共聚物（POE）/滑石粉复合材料。最后，将制备好的复合材料进行干燥处理，然后通过注塑机制作成标准试样。

不同温度下，PP和POE的流变性能。随着温度的增加，PP的剪切黏度变化较小，而不同牌号的POE则在不同挤出温度下显示出不同的剪切黏度变化趋势。

PP和POE在不同剪切速率下的剪切黏度变化趋势基本一致。在低剪切速率区域，基体的剪切黏度随着剪切速率的增加而急剧降低。然而当剪切速率增加到一定程度后，基体的黏度变化趋势相对较小。为了保证材料的均一性，选择具有较低熔体黏度的POE5061作为增韧剂，并将加工温度设定为200℃。

添加适量助剂后，复合材料的熔流速率（MFR）和缺口冲击强度都呈现增加的趋势，同时标准偏差也有所减小。这些变化导致复合材料的稳定性提升。

助剂2添加后的复合材料。滑石粉与基体之间的结合更加紧密，同时滑石粉在基体中的分散更加细致和均匀。这一现象主要归因于助剂中所含的极性基团与滑石粉具有良好的相容性，从而增强了滑石粉与基体之间的界面相容性。

此外非极性基团与乙烯-辛烯共聚物（POE）和聚丙烯（PP）的相容性较好，这使得POE在PP基体中的分散更加均匀和细致。这些特性在宏观上表现为复合材料的缺口冲击强度增加，使得材料更加均一和稳定。

为了评估制备的PP/POE/滑石粉复合材料对注塑件外观的影响，进行了注塑成型，将复合材料制成注塑件，并与POE分散不均匀的注塑件进行了对比。当POE分散不均匀、颗粒大小不一致时，注塑件表面呈现明显的虎皮纹。然而由该复合材料制备的注塑件表面虎皮纹几乎消失。

这现象的主要原因在于，当POE在基体中分散更加均匀且粒子更小时，在注塑成型过程中的松驰时间较短，从而减小了形成明纹的可能性，进一步验证了Cohen的橡胶松弛理论。

将PP/POE/滑石粉复合材料应用于汽车内饰件。仪表板、立柱等内饰件的外观呈现出明显的改善，表面颜色一致，彻底消除了虎皮纹、流痕等不良现象，充分满足了汽车内饰件对外观质量的要求。

结论：加工温度对PP和POE的剪切黏度影响有限。在低剪切速率区域，随着剪切速率的增加，PP和POE的黏度都会迅速降低。

随着捏合块的增加，剪切效果会得到加强，这对POE的分散十分有利。这进而提升了PP/POE/滑石粉复合材料的冲击性能，使材料更加均匀且稳定。过多的捏合块可能会导致剪切力过强，造成局部温度升高，部分材料可能发生降解，从而导致冲击性能下降。

环氧脂肪族化合物 - POE 共聚物类的加工助剂有助于改善滑石粉与POE在复合材料中的分散性和细致程度。

POE在基体中分散得越均匀且粒子越小，在注塑成型过程中的松弛时间就越短，从而形成明纹的概率降低，导致相应注塑件的虎皮纹越不明显。

应用PP/POE/滑石粉复合材料制造汽车仪表板、立柱等内饰部件后，外观得到了明显改善，满足了汽车内饰部件对外观质量的要求。