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，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，所以無法單獨滿足汽車保險杠、儀表板、護(hù)風(fēng)圈、發(fā)動機(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)域為保險杠制品。

圖 PP改性材料應(yīng)用于前保險杠

隨著汽車制造水平及消費者對汽車安全性、舒適性及審美的要求，對PP保險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成功實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來，催化劑技術(shù)的不斷突破推動了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)品的特點是凈度高，光學(xué)性能好，無異味。

Innovene工藝采用獨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 （萬噸/年）	技術(shù)來源	生產(chǎn)工藝	總產(chǎn)能 （萬噸/年）
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 簡支梁缺口沖擊 40~70kJ/m2 彎曲模量 900~1200MPa 低VOC化（裝置改造中）
高剛低抗沖系列產(chǎn)品	熔指 10~60g/10min 簡支梁缺口沖擊 4~8kJ/m2 彎曲模量 1500~1700MPa 低VOC

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：

項目	單位	HT9025NX	UT8012M	PPD-MT45-S	PPR-ET03-S	PPR-MT16-S	PPR-M55-S
熔體流動速率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。

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。

圖 車用聚丙烯的生產(chǎn)研發(fā)方向

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

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