张明明
苏州大学材料与化学化工学部，江苏苏州215123
摘要:针对改性聚丙烯制品潜流痕缺陷，先后从不同MFR聚丙烯、不同成核剂添加量、不同增韧剂添加量、不同种类填料及添加量、填料复配进行系统研究。结果表明，随着熔体流动速率的提高，PP树脂的潜流痕减小；成核剂对潜流痕的影响非常小；随着POE添加量的增大，PP复合材料的潜流痕略有增大;随着无机填料比例的增加，PP/POE/无机填料复合材料的潜流痕增大，滑石粉对复合材料潜流痕的影响最大，碳酸钙次之，硅灰石最小。PP/POE体系中，复配无机填料对PP/POE/复配无机填料复合材料的潜流痕影响各不相同。碳酸钙/滑石粉复配体系中，随着碳酸钙比例的增大，复合材料潜流痕减小； 硅灰石/滑石粉复配体系中，随着硅灰石比例的增大，复合材料潜流痕减小，当硅灰石与滑石粉比例达到2：1后影响逐渐减小；硅灰石/碳酸钙复配体系中，硅灰石比例的变化对复合材料潜流痕影响较小。
关键词:聚丙烯、潜流痕、改性
随着汽车轻量化的要求越来越高，作为汽车减重最有效的手段之一，以塑代钢的需求越来越多。为了满足替代金属达到轻量化的目的，要求替代材料具有“三高两低”特性即高刚性、高韧性、高流动、低收缩、低线性膨胀系数，同时还要具备价格低廉、易加工、外观良好等特点,改性PP复合材料是最优选的方案之一。汽车尾门、翼子板、扰流板等是此类PP材料的目标部件，据计算，使用低线性膨胀系数改性聚丙烯复合材料制备的汽车翼子板或汽车尾门总成，预计比金属翼子板和尾门可减重达25%～35%,并且满足部件总成性能要求[1-6]。但此类材料在实际生产过程中较容易出现零部件注塑表观潜流痕缺陷，因其是凸起痕会造成后续的喷漆缺陷且造成的损失较大，因此对其进行改善研究具有重要意义。
1 实验部分
1.1主要原材料
共聚PP1: MFR=5, HMC Polymers
共聚PP2: MFR=12,HMC Polymers
共聚PP3: MFR=25, 中海壳牌
共聚PP4: MFR=60, HMC Polymers
共聚PP5: MFR=110, PolyMirae
POE: MFR=5, SK化学
重质碳酸钙:D50=3.0um,广西科隆粉体有限公司
滑石粉:D50=0.5um,工业级,IMIFABI
硅灰石:D50=4um,L/D=3:1,海城市鑫达矿业有限公司
抗氧剂1010:巴斯夫有限公司
抗氧剂168: 巴斯夫有限公司
成核剂:NA-11,日本艾迪科
1.2主要设备及仪器
双螺杆挤出机:ZSK Mc18,德国Coperion
注塑机:KM 160-180，德国KraussMaffei
超景深三维显微仪:VHX-6000，日本基恩士
潜流痕评估模具:自制
1.3试样制备
按一定质量比例称取配方原料进行混合均匀，接着加入挤出机进行造粒，温度范围190～220℃，最后通过注塑机注塑潜流痕评估样板，样板放在标准环境(23℃、50% RH) 中平衡48 h 后进行压力线测试。
1.4性能测试
取如图1.1压力线评估样板，在图中孔1下方黑色矩形区域内熔接痕附近取10*5mm区域，然后用超景深三维显微仪对此区域进行三维扫描，输出潜流痕区域高度数据。高度数据越大说明潜流痕缺陷越明显。
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2结果与讨论
2.1不同熔体流动速率PP对潜流痕的影响
表2.1为不同熔体流动速率共聚聚丙烯配方。图2.1为不同熔体速率对潜流痕的影响
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从表2.1、图2.1可以看出随着熔体速率的增加，共聚PP的潜流痕降低。主要是因为，随着共聚PP熔体流动速率的升高，其熔体粘度降低，潜流痕越小。
2.2不同成核剂添加量对PP潜流痕的影响
表2.2为不同成核剂添加量PP材料配方。图2.2为不同成核剂添加量对PP复合材料潜流痕的影响
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从表2.2、图2.2可以看出成核剂的添加与否，以及添加量对均聚PP和共聚PP的潜流痕影响都非常小。
2.3不同POE添加量对潜流痕的影响
表2.3为不同POE添加量PP材料配方。图2.3为不同POE添加量对PP复合材料潜流痕的影响
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从表2.3、图2.3可以看出随着POE添加量的增大，材料的潜流痕略有增加。主要是因为POE的侧基链段较长，随着POE的添加使复合材料体系的熔体粘度增加，压缩拉伸恢复后形变大，潜流痕增大
2.4不同填料及添加量对PP/POE复合材料潜流痕的影响
2.4.1 不同滑石粉添加量对PP/POE复合材料潜流痕的影响
表2.4为不同滑石粉添加量PP材料配方。图2.4为不同滑石粉添加量对PP复合材料潜流痕的影响
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从表2.4、图2.4可以看出，随着滑石粉添加量的增加，PP/POE复合材料潜流痕急剧增大，特别是滑石粉含量在20%以前，潜流痕增大明显。主要是因为，随着滑石粉的添加，复合材料的粘度降低，潜流痕增大；同时随着滑石粉含量的增大复合材料的收缩率急剧降低[7]，潜流痕凸起在冷却过程中高度方向的收缩也减小，使潜流痕进一步增大。
2.4.2 不同碳酸钙添加量对PP/POE复合材料潜流痕的影响
表2.5为不同碳酸钙添加量PP材料配方。图2.5为不同碳酸钙添加量对PP复合材料潜流痕的影响
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从表2.5、图2.5可以看出，随着碳酸钙添加量的升高，PP/POE复合材料潜流痕略微增大，但不明显。主要是因为，颗粒状的碳酸钙的添加对PP/POE复合材料的粘度和收缩降低不明显。
2.4.3 不同硅灰石添加量对PP/POE复合材料潜流痕的影响
表2.6为不同硅灰石添加量PP材料配方。图2.6为不同硅灰石添加量对PP复合材料潜流痕的影响
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从表2.6、图2.6可以看出，随着硅灰石含量的增加，PP/POE复合材料潜流痕增加幅度很小。主要是因为，硅灰石是针状结构且尺寸较大，无法进入潜流痕凸起区域，因此无法降低潜流痕凸起高度方向的收缩率，从而导致潜流痕增大不明显。
2.5 无机填料复配体系对对PP/POE复合材料潜流痕的影响
2.5.1 碳酸钙/滑石粉复配体系对PP/POE复合材料潜流痕的影响
表2.7为碳酸钙/滑石粉复配体系PP材料配方。图2.7为碳酸钙/滑石粉复配体系中碳酸钙占比对PP复合材料潜流痕的影响
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从表2.7、图2.7可以看出，随着碳酸钙/滑石粉复配体系中碳酸钙占比的增大，PP/POE复合材料的潜流痕减小。主要是因为，随着片状的滑石粉占比的降低，滑石粉在复合材料中起到的骨架作用逐渐减小，随后由颗粒状的碳酸钙占据主导作用。
2.5.2 滑石粉/硅灰石复配体系对PP/POE复合材料潜流痕的影响
表2.8为滑石粉/硅灰石复配体系PP材料配方。图2.8为滑石粉/硅灰石复配体系中硅灰石占比对PP/POE复合材料潜流痕的影响
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从表2.8、图2.8可以看出，随滑石粉/硅灰石复配体系中硅灰石占比的增加，潜流痕明显降低，且在硅灰石和滑石粉比例在2:1之前，降低明显。主要是因为，随着针状的硅灰石的加入，硅灰石逐渐取代片状滑石粉成为复合材料体系的“骨架”,对材料的性能起主导作用。
2.5.3 硅灰石/碳酸钙复配体系对PP/POE复合材料潜流痕的影响
表2.9为硅灰石/碳酸钙复配体系PP材料配方。图2.9为硅灰石/碳酸钙复配体系中硅灰石占比对PP/POE复合材料潜流痕的影响
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从表2.9、图2.9可以看出，硅灰石/碳酸钙复配体系中，硅灰石的占比对PP/POE复合材料的潜流痕影响较小。主要是因为，硅灰石和碳酸钙对潜流痕的影响较为接近。
3 结论
（1）同一类型的PP树脂，随着熔体流动速率的提高，材料的潜流痕变小。成核剂的添加与否、以及添加量对复合材料潜流痕影响都非常小。随着POE添加量的增大，PP复合材料的潜流痕略有增大。
（2）PP/POE体系中，随着无机填料比例的增加，PP/POE/无机填料复合材料的潜流痕增大；不同无机填料对潜流痕的影响幅度不同，滑石粉对复合材料潜流痕的影响最大，碳酸钙次之，硅灰石最小。
（3）PP/POE体系中，复配无机填料对PP/POE/复配无机填料复合材料的潜流痕影响各不相同。碳酸钙/滑石粉复配体系中，随着碳酸钙比例的增大，复合材料潜流痕减小； 硅灰石/滑石粉复配体系中，随着硅灰石比例的增大，复合材料潜流痕减小，当硅灰石与滑石粉比例达到2：1后影响逐渐减小；硅灰石/碳酸钙复配体系中，硅灰石比例的变化对复合材料潜流痕影响较小。
参考文献
[1]李飞, 王帅, 郭永奇. 某SUV车型塑料尾门的设计开发 [J]. 汽车实用技术, 2019, 11):
[2]李多, 代德才, 王帅, et al. 基于刚度要求的SUV车型尾门轻量化研究 [J]. 汽车实用技术, 2017, 000(019): 106-9.
[3]廖宏辉. 塑料翼子板的可行性应用及前景 [J]. 时代汽车, 2017, 000(012): 106-7.
[4]史荣波. 塑料在翼子板上的应用研究 [J]. 汽车工艺与材料, 2016, 000(001): 62-4.
[5]马秋, 宋伟华, 梁娜, et al. 适用于汽车尾门板的热塑性材料力学行为研究 [J]. 中国塑料, 2017, 031(008): 84-7.
[6]闫溥, 蒋文远, 邵之杰, et al. 低线性膨胀系数汽车塑料尾门专用料的研制 [J]. 汽车零部件, 2018, 124(10): 29-32.
[7]俞飞, 黄险波, 赖昂, et al. 低收缩,低线性膨胀系数聚丙烯材料研究 [J]. 工程塑料应用, 2020, 048(006): 14-9.