汽车内饰用改性聚丙烯复合材料耐刮擦性和散发特性研究

论文摘要

聚丙烯(PP)由于其低密度和出色的物理化学性质在汽车轻量化发展中扮演着非常重要的角色。汽车内饰件的质量决定了整部车辆的档次和品位,需满足舒适、美观、环保及安全等要求。应用于汽车内饰件的材料应具备均衡的刚性和韧性、良好的尺寸稳定性、长期使用可靠性,并且不能释放出有毒有害物质。耐刮擦材料的应用可以省去零件表面涂装,提高美观性,并减少溶剂的使用,有利于车内环保。然而聚丙烯的结晶行为使得材料低温韧性不佳,制品易翘曲；共聚PP表面硬度较低,容易被尖锐物体划伤,不利于保持零件的美观；受催化剂、聚合工艺、氧化物残留及短链低聚物等影响,高温环境下PP材料会不同程度释放出有害的挥发性有机物(VOCs),成为车内空气的污染源,不利于车内环保。因此聚丙烯材料必须经过改性才能应用于汽车内饰件。本文从聚丙烯共混改性着手,研究了PP/POE/滑石粉体系中滑石粉不同添加方式的增强增韧效果。力学性能测试结果显示滑石粉颗粒由弹性体包裹后再与PP共混,能够获得最佳的刚韧平衡。实验通过螺杆脱挥技术制备了低VOCs水平的PP复合材料,可满足汽车内饰的环保要求。研究中以芥酸酰胺作为低成本耐刮擦助剂加入改性聚丙烯材料,通过仪力信十字形切口试验测试了各种表面纹理下材料耐刮擦性能的改善效果,并对材料的耐划痕机理进行了讨论。结果表明,芥酸酰胺能在材料表面形成润滑层从而有效改善改性聚丙烯材料的耐刮擦性能,同时不会使材料的力学性能和VOCs水平恶化。研究还对含芥酸酰胺耐刮擦剂的PP复合材料进行了耐候性测试,结果证明芥酸酰胺在长期使用条件下不会被移除或发生降解,能为材料提供长效的耐刮擦保护。因此,将PP与滑石粉母料和POE弹性体共混,芥酸酰胺用作耐刮擦助剂,联合采用螺杆脱挥技术,制备得到的改性聚丙烯材料同时具备良好的力学性能、较低的VOCs水平、优秀的耐刮擦性能以及良好的稳定性,并且成本较为低廉,在汽车内饰领域具有非常好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 塑料在汽车上的应用
• 汽车内饰件的特点
• 汽车内饰件的耐刮擦要求
• 汽车内饰件的环保性要求
• 聚丙烯在汽车内饰件上的应用
• 第一章 具备良好力学性能的聚丙烯材料
• 第一节 综述
• 1.1.1 聚丙烯改性
• 1.1.2 聚丙烯的增韧改性
• 1.1.3 滑石粉的表面改性
• 第二节 实验部分
• 1.2.1 实验材料与试剂
• 1.2.2 滑石粉母料的制备
• 1.2.3 改性聚丙烯材料的制备
• 1.2.4 力学性能测试
• 第三节 结果与讨论
• 1.3.1 POE与PP共混的增韧效果
• 1.3.2 滑石粉的增强效果
• 1.3.3 滑石粉的添加方式对材料强度和韧性的影响
• 第四节 小结
• 第二章 改性聚丙烯材料的VOCs水平
• 第一节 综述
• 2.1.1 VOCs的定义及危害
• 2.1.2 车内空气质量现状
• 2.1.3 PP材料的VOCs散发
• 2.1.4 汽车内饰VOCs的检测手段
• 第二节 实验部分
• 2.2.1 实验材料与试剂
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.2.1 螺杆脱挥方式制备低VOCs聚丙烯材料
• 2.2.2.2 制备含添加剂的实验组
• 2.2.3 测试与表征
• 第三节 结果与讨论
• 2.3.1 螺杆脱挥降低材料VOCs的效果
• 2.3.2 低沸点溶剂对Total-C的影响
• 2.3.3 几种常用耐刮擦助剂对材料Total-C的影响
• 第四节 小结
• 第三章 改性聚丙烯材料耐刮擦性的改善
• 第一节 综述
• 3.1.1 刮痕产生的原因
• 3.1.2 聚丙烯材料的刮擦行为
• 3.1.3 提高聚丙烯材料耐刮擦性的途径
• 第二节 实验部分
• 3.2.1 实验材料与试剂
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 测试与表征
• 第三节 结果与讨论
• 3.3.1 芥酸酰胺对材料耐刮擦性能的影响
• 3.3.2 不同纹理对材料耐刮擦性能的影响
• 3.3.3 聚丙烯材料刮擦性能的机理讨论
• 第四节 小结
• 第四章 耐刮擦改性聚丙烯材料在汽车内饰上的应用
• 第一节 综述
• 第二节 实验部分
• 4.2.1 样品制备
• 4.2.2 测试与表征
• 4.2.2.1 力学性能测试
• 4.2.2.2 散发特能测试
• 4.2.2.3 热老化后的耐刮擦性测试
• 4.2.2.4 耐候性人工模拟试验
• 4.2.2.5 缺陷部位的红外光谱分析
• 第三节 结果与讨论
• 4.3.1 芥酸酰胺对材料力学性能和散发特性的影响
• 4.3.2 高温老化后材料耐刮擦性能的保持力
• 4.3.3 耐刮擦改性聚丙烯材料的耐候性
• 第四节 小结
• 第五章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢