摘要：利用化學改性非交聯法和單螺桿擠出機，采用一步法擠出工藝研制了汽車內飾用聚丙烯（PP）微發泡料。以均聚PP和共聚PP為基礎樹脂，考察了影響PP發泡的主要因素（如引發劑、發泡劑的用量、擠出溫度等）。結果表明，具有良好性能的PP微發泡專用料的配方（質量份數）：均聚PP為40.00份，共聚PP為60.00份，過氧化二特丁烷為0.18份，過氧化二異丙苯為0.02份，改性劑為0.50份，碳酸鈣為0.50份，發泡劑AC為 0.40份。以其制備的微發泡片材泡孔直徑小于50μｍ，泡孔密度可達個／cm3。

關鍵詞： 聚丙烯 微發泡 汽車內飾件 專用料

 聚丙烯（PP）發泡材料具有質輕、耐高溫、綠色環保、易注射成型、成型周期短和成本低等優點。隨著汽車輕量化的發展，PP發泡材料在汽車內飾件上的應用越來越多。普通 PP發泡制品表觀質量不理想，僅適用于需表面附皮的高端車，汽車用PP發泡材料主要為質量更好的 化學微發泡材料［1-3］。化學微孔發泡材料的泡孔是直徑為十幾到數十微米，封閉微孔泡以小于50μｍ 為佳。目前國內行業實際生產水平大多在80～350μｍ，國外也只有美國、意大利、日本等少數幾個國家能生產。本工作利用化學改性非交聯法，以均聚PP和共聚PP共混物為基礎樹脂，采用一步法工藝研制出了性能符合相關指標要求的汽車內飾件用 PP 低 倍微發泡專用料，以其制備的微發泡片材泡孔直徑小于50μｍ，泡孔密度可達個／cm3。

１ 試驗部分

1.1 主要原料

 均聚PP（記作 PP1），熔體流動速率（MFR）為3.0g/（10min），中國石化齊魯分公司；共聚PP（記作PP2），MFR為2.0g/（10min），中國石化齊魯分公司；抗氧劑，168和1010，上海汽巴高橋化學有限公司；過氧化二特丁烷（DBP），過氧化二特丁烷（DBP），過氧化二異丙苯（DCP），二乙烯基苯，偶氮二甲酰胺（發泡劑AC），液體石蠟，江蘇強盛功能化學股份有限公司；發泡改性劑DMS-10，自制。

1.2 儀器設備

 RC300C型轉矩流變儀，德國HAAKE公 司；CMT450料試驗 機，天水三斯有限公司；∮25單螺桿擠出機，德國BRABENDER公司；AH-2奧林巴斯顯微鏡，日本奧林巴斯公司。

1.3 試樣制備工藝

 混料：將樹脂、過氧化物、改性劑、抗氧劑、成核劑和發泡劑按配比稱量，投入10L高速攪拌機，低速混合1min，高速混合2min出料，料溫不 高于50℃。擠出發泡：擠出機設置溫度180～200℃，機頭溫度195℃，距機頭30cm 處加壓輥將發泡片壓平，取樣待用。

1.4 測試表征拉伸強度按照 

 GB/T1040.3—2006測試，采用4型試樣，拉伸速度為50mm／min；彎曲強度和彎曲模量按GB/T9341—2000測試，寬度25mm；沖擊強度按GB/T1843—2008測試；表觀密度按GB/T6343—2009測試；泡孔密度按 照參考文獻［４］所述方法測試。

２ 結果與討論

2.1 引發劑的選擇

 以PP1/PP2質量 比2/3共混物做基礎樹脂，DBP和DCP不同配比的混合物0.2份做引發劑，測試體系的熔體強度和觀察發泡片質量，結果見表1。

表1，DBP/DCP對發泡片表面質量的影響

注：擠出口模厚度0.6mm，寬度50mm。

 由表1看出，DBP和DCP都能提高PP熔體強度，但片材表面和泡孔均勻性不同，隨DCP含量增加，擠出片材表面質量變差，泡孔變得不均勻；DCP雖有利于提高熔體強度，但比例不宜過大，以不超過引發劑總質量分 數20％為宜。這是由于DCP分解溫度低于PP加工溫度，擠出反應時，DCP和PP還沒有完全混合均勻就大量分解，短時間內產生大量PP自由基，導致 PP部分交聯，形成局部高強度熔體，熔體強度的不均勻性導致發泡不均勻，形成凹凸不平的表面。

 以PP1/PP2質量比2/3共混物做基礎樹脂，選取 DBP／DCP質量比90/10，考察引發劑用量和發泡性能的關系，結果見圖1。

圖1 引發劑含量與發泡性能關系

 由圖1可看出，隨引發劑含量增加，單位體積泡孔數量先增加后基本不變；而發泡材料表觀密度逐漸降低，因此總引發劑含量不宜低于0.15份。這是由于當引發劑含量低時，引發劑濃度不足，PP接枝率不高，熔體強度不足，難以包裹住氣體，泡孔較大，并有部分泡孔破裂，導致發泡片密度較高；隨引發劑含量增加，PP接枝程度提高，熔體強度相應增加，氣泡在膨脹過程中，泡壁不易破裂，形成致密均勻的泡孔，單位體積泡孔數量增加，材料密度下降；隨引發劑含量進一步提高，熔體強度高于氣泡膨脹的動力，使氣泡不能充分膨脹，導致發泡片密度略有提高。

2.2 發泡劑的選擇與用量

 圖2是發泡劑 AC含量與發泡材料表觀密度及其泡孔密度的關系。由圖2看出，起初隨發泡劑AC含量的增加，發泡材料表觀密度降低，泡孔密度提高，這是由于發泡劑分解產生的氣體隨其用量增加而增加，部分未分解的發泡劑在熔體中也起了發泡成核劑的作用。但在發泡劑含量增加到0.5份時，發泡材料表觀密度反而回升，泡孔密度下降。這是由于隨發泡劑含量的進一步提高，熔體中氣體含量過多，氣泡膨脹加劇，導致部分泡孔破裂合并，氣體溢出，于是發泡材料表觀密度又提高，泡孔密度下降。由圖2還可看出，發泡劑的合適用量為0.3～0.5份。

 圖２ 發泡劑含量與發泡性能關系 

2.3 擠出溫度對發泡性能的影響

 圖3為擠出溫度對發泡性能影響。

圖３ 擠出成型溫度與發泡性能關系

 如圖3所示，在所試驗的溫度范圍內，發泡材料表觀密度有一值，泡孔密度有一值，適宜的溫度在 195～200 ℃。這是由于在溫度較低時，發泡劑分解不完全，熔體內氣體量有限，而且熔體強度較高，限制了泡核的形成和氣泡的膨脹，所以密度較高，泡孔數量較少；隨溫度的升高，發泡劑分解能力加強，而且熔體強度下降，氣泡膨脹能力相應加強，密度逐漸下降，泡孔也變得致密均勻，泡孔數量增多；隨溫度繼續升高，擠出物料本身的熔體強度降低，泡內的發泡壓力超過氣泡表面張力所能承受的限度，從而使泡孔破裂合并，并有部分氣體排出，導致泡孔數量降低，密度升高。

2.4 擠出螺桿轉速對發泡性能的影響

 圖4為擠出機螺桿轉速與發泡材料表觀密度及泡孔密度關系。由圖4看出，隨螺桿轉速提高，發泡材料表觀密度增加，而泡孔密度起初基本不變，轉速超過40r/min后，有較大增加，合適的轉速在30～40r／min。這是由于隨轉速增加，物料在機筒內停留時間縮短，發泡劑分解不完全，發氣量減少，同時由于轉速提高，增加了熔體壓力，降低了熔體溶解的氣體向泡核擴散的動力，導致泡孔減小，發泡材料表觀密度升高；隨螺桿轉速繼續提高到一臨界值，許多泡體在強力剪切下分裂，使泡孔密度又有較大增加。

圖4 螺桿轉速與發泡性能關系

2.5 發泡片的制備和性能

 根據上述結果確定的專用料基本配方（質量份）:均聚PP1為40.00份，共聚PP2為60.00份，過氧化二特丁烷為0.18份，過氧化二異丙苯為0.02份，改性劑為0.05份，碳酸鈣為0.05份，抗氧劑1010為0.05份 ，抗氧劑168為0.10份，發泡劑AC為0.40份。用該配方在 Brabend-er∮２５單螺桿擠出機上擠出PP發泡片，螺桿轉速30r／min，口模厚度0.6mm，寬度50mm，采取自然冷卻方式，距機頭30cm處壓輥。擠出片材于模具外發泡，表面結皮，樣片表面平整光滑，泡孔細小均勻，泡孔直徑基本上小于50μｍ，泡孔密度達到個／cm3。發泡板樣片泡孔直徑及分布見圖５。

圖5 發泡板泡孔顯微鏡照片

 擠出發泡過程還發現，模具對發泡的影響也較大，采用厚2mm，寬100mm 的模具擠出，由于模頭壓力不足，片材在模具內發泡，發泡片表面粗糙，泡孔較大，均勻性較差，發泡片成型性能也較差。取發泡片樣片，在沖模儀上沖制試樣，按相關標準測試，結果見表2。由表2可知，發泡片的力學性能達到PP微發泡基本技術指標要求。

表2 PP發泡片的性能

＊試樣經多層壓制，采用無缺口試樣，23℃。

2.6 推廣應用

 試生產的PP微發泡專用料制備的發泡片材在大眾途觀、長安和長城等車型上推廣試用，所制造的內飾件性能滿足指標要求，減重效果明顯，具體結果見表3。

表3PP發泡片減重效果

３ 結論

a）PP微發泡引發劑用量不宜低于0.15份，DCP有利于提高PP熔體強 度，但比例不宜超過引發劑總質量分數的20％。發泡劑AC 適宜用量為0.30～0.50份。 擠出發泡溫度和擠出螺桿轉速對PP發泡性能影響大，合適的擠 出發泡溫度在195～200 ℃，合適的擠出螺桿轉速在30～40r/min。

b）采用化學改性非交聯技術和一步擠出工藝可制備出性能良好的汽車內 飾件用PP微發泡專用料。