一種耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復(fù)合材料的研究

季孟淵，程健，劉凱

(1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽合肥 230009；2.安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230022)

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一種耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復(fù)合材料的研究

季孟淵1，程健2，劉凱2

(1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽合肥 230009；2.安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230022)

探討吸附母粒中的PP載體、耐刮擦劑種類(lèi)、加工條件對(duì)聚乙烯復(fù)合材料的耐刮擦、氣味、VOC的影響，以得到一種耐刮擦低氣味低VOC聚乙烯復(fù)合材料。結(jié)果表明：當(dāng)真空度為0.08 MPa下，采用PE 5502S、吸附母粒(以PP Daploy WB130HMS為載體)、耐刮擦劑MB50-001、抗氧劑 Irganox1010、潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣的體系可得到耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復(fù)合材料。

聚乙烯復(fù)合材料；耐刮擦；低氣味； 低VOC

0 引言

聚乙烯(PE)具有密度小、硬度高、熱變形溫度高等優(yōu)點(diǎn)，且易加工，價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。汽車(chē)的部分部件對(duì)材料的耐刮擦要求很高，且有環(huán)保性要求。針對(duì)這種情況，作者制備了一種耐刮擦低、氣味低、VOC聚乙烯復(fù)合材料，目前鮮有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道[1-5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PE，5502S，武漢石化生產(chǎn)；PP，Daploy WB130HMS，北歐化工生產(chǎn)；PP，K9020，中石化燕山石化生產(chǎn)； PP，K7926，上海賽科石油化工生產(chǎn)；吸附母粒自制；抗氧劑型號(hào)為Irganox1010，瑞士汽巴精化生產(chǎn)；潤(rùn)滑劑采用硬脂酸鈣，湖北中料化工生產(chǎn)；耐刮擦劑有3種：MB50-001，美國(guó)道康寧生產(chǎn)；ER740，韓國(guó)CHEMKO生產(chǎn)；Al2O3，淄博凱歐化工生產(chǎn)；云母為2 500目,滁州格銳礦業(yè)生產(chǎn)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

ZSK30型雙螺桿擠出機(jī)，德國(guó)W&P公司生產(chǎn)；JL-1000型

拉力試驗(yàn)機(jī)，廣州市廣才實(shí)驗(yàn)儀器公司生產(chǎn)；7697A 型頂空儀，美國(guó)安捷倫科技公司生產(chǎn)；7890B型氣相質(zhì)譜儀，美國(guó)安捷倫科技公司生產(chǎn)；戴安U3000型高效液相色譜儀，森譜儀器生產(chǎn)；

HTL900-T-5B型注射成型機(jī)，海太塑料機(jī)械有限公司生產(chǎn)；XCJ-500型沖擊測(cè)試機(jī)，承德試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)；QT-1196型拉伸測(cè)試儀，東莞市高泰檢測(cè)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3 試樣的制備

1.3.1 吸附母粒的制備

(1)將聚丙烯(PP)和云母按配比進(jìn)行充分的混合，在擠出機(jī)里擠出PP預(yù)發(fā)泡顆粒。

(2)以正庚烷作為發(fā)泡劑，將步驟(1)制得的預(yù)發(fā)泡PP顆粒進(jìn)行發(fā)泡，制備得到發(fā)泡PP。

(3)將發(fā)泡PP和水在高速混合器中混合10 min，制備成吸附母粒。

其中，步驟(1)中的PP、云母質(zhì)量比為25∶4；步驟(2)中的正庚烷、預(yù)發(fā)泡PP質(zhì)量比為6∶7。

1.3.2 PE復(fù)合材料的制備

先將PE、吸附母粒、耐刮擦劑、抗氧劑、潤(rùn)滑劑按比例進(jìn)行混合；再用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；最后將造粒得到的PE合金通過(guò)注塑機(jī)和模具制成汽車(chē)零部件以及測(cè)試樣條，測(cè)試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能。

1.4 性能測(cè)試

耐刮擦性能測(cè)試按ASTM D1894進(jìn)行,VOC測(cè)試按照GB/T 27630執(zhí)行，氣味性測(cè)試按大眾標(biāo)準(zhǔn)PV3900進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附母粒PP載體的選擇

為了比較吸附母粒載體PP，耐刮擦劑統(tǒng)一選擇MB50-001，且mPE∶m吸附母?！胢耐刮擦劑∶m抗氧劑∶m潤(rùn)滑劑=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

用不同種類(lèi)的PP先制得3種吸附母粒，按照上述比例與其他材料進(jìn)行加工，最后將PE合金通過(guò)注塑機(jī)和模具制成汽車(chē)零部件以及測(cè)試樣條，測(cè)試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同聚丙烯載體制得的PE復(fù)合材料綜合性能的比較

從表1可以看出：從VOC、氣味性方面考慮，用Daploy WB130HMS做載體制得的PE復(fù)合材料要好于K9020、K7926。這是因?yàn)镈aploy WB130HMS是含有支鏈結(jié)構(gòu)的高熔體強(qiáng)度聚丙烯，與其他兩種PP相比，在發(fā)泡過(guò)程中不易合并或塌陷，泡孔結(jié)構(gòu)好，這種結(jié)構(gòu)能更好地去除加工過(guò)程中產(chǎn)生的各種揮發(fā)性小分子和有機(jī)化合物，改善材料的氣味性，降低VOC數(shù)值。

另外從表1還可以看出：采用不同載體的PP制得的PE復(fù)合材料在耐刮擦性能方面相差無(wú)幾。這是因?yàn)槠鹉凸尾磷饔玫氖悄凸尾羷?，相同耐刮擦劑的PE復(fù)合材料的耐刮擦性能相差不大。

綜合來(lái)講，就耐刮擦、低氣味、低VOC來(lái)選擇吸附母粒的PP載體的話，PP Daploy WB130HMS更優(yōu)。

2.2 耐刮擦劑的選擇

為了比較耐刮擦劑，吸附母粒載體統(tǒng)一選擇PP Daploy WB130HMS，且mPE∶m吸附母粒∶m耐刮擦劑∶m抗氧劑∶m潤(rùn)滑劑=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

按照上述比例對(duì)材料進(jìn)行加工，最后將PE合金通過(guò)注塑機(jī)和模具制成汽車(chē)零部件以及測(cè)試樣條，測(cè)試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能，具體結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同耐刮擦劑綜合性能的比較

從表2可以看出：從VOC、氣味性方面考慮，用MB50-001、Al2O3做耐刮擦劑的PE復(fù)合材料要好于ER740。這是因?yàn)镋R740是聚酰胺類(lèi)耐刮擦劑，高溫加工時(shí)會(huì)有小分子物質(zhì)析出，MB50-001、Al2O3則不會(huì)。

從耐刮擦性能方面考慮，用MB50-001效果更好，它是硅

酮類(lèi)耐刮擦劑，在高溫條件下誘發(fā)其與PE表面的活性基團(tuán)進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)后能成為材料的一部分，增加材料的硬度，降低材料的摩擦因數(shù)。

綜合來(lái)講：就耐刮擦、低氣味、低VOC來(lái)選擇耐刮擦劑的話，硅酮類(lèi)耐刮擦劑MB50-001更優(yōu)。

2.3 加工條件(注塑機(jī)真空度)的選擇

為了比較不同加工條件的耐刮擦、氣味性和VOC，吸附母粒載體統(tǒng)一選擇PP Daploy WB130HMS，耐刮擦劑統(tǒng)一用MB50-001，且mPE∶m吸附母?！胢耐刮擦劑∶m抗氧劑∶m潤(rùn)滑劑=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

按照上述比例對(duì)材料進(jìn)行加工，最后將PE合金通過(guò)注塑機(jī)和模具制成汽車(chē)零部件以及測(cè)試樣條，測(cè)試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同加工條件綜合性能的比較

由表3可以看出：自然狀態(tài)未抽真空時(shí)，材料VOC和氣味性的數(shù)值偏大。這是因?yàn)樵跀D出加工過(guò)程中，螺桿的剪切加快了PE熔體界面的更新，熔體中的小分子經(jīng)歷了氣泡成核、氣泡增長(zhǎng)、氣泡破裂后，VOC會(huì)從PE熔體表面釋放開(kāi)來(lái)。隨著抽真空進(jìn)行，機(jī)筒的氣體壓力也因?yàn)槌檎婵斩E降，使PP熔體對(duì)小分子的吸附量大幅下降，表現(xiàn)為小分子揮發(fā)物被大量抽提，VOC和氣味性數(shù)值變好。當(dāng)真空度達(dá)到0.08 MPa時(shí)，VOC和氣味性數(shù)值達(dá)到最佳。隨著真空度的提高，機(jī)筒內(nèi)氣體壓力逐漸趨于極限值，效果也不明顯了。

綜合來(lái)講：就耐刮擦、低氣味、低VOC來(lái)選擇耐刮擦劑的話，真空度選擇0.08 MPa更優(yōu)。

3 結(jié)論

綜合來(lái)講，在真空度0.08 MPa下，采用PE 5502S、吸附母粒(以PP Daploy WB130HMS為載體)、耐刮擦劑MB50-001、抗氧劑Irganox1010、潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣的體系可得到耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復(fù)合材料。

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Study on Polyethylene Alloy with Scratch，Low Odor and Low VOC

JI Mengyuan1, CHENG Jian2, LIU Kai2

(1.School of Mechanical and Automobile Engineering, Hefei University of Technology，Hefei Anhui 230009,China; 2.Research & Development Center, Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230022,China)

In order to obtain a scratch,low odor and low VOC PE alloy,the influences of PP carrier in adsorption masterbatch, species of scratch liniment and processing conditions were analyzed. The results indicate that this system of PE 5502S, adsorption masterbatch(PP Daploy WB130HMS as carrier), scratch(MB50-001), Irganox1010, calcium stearate can satisfy the request.

Polyethylene composites; Scratch; Low odor; Low VOC

2015-12-02

季孟淵(1981—)，男，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)檐?chē)內(nèi)空氣質(zhì)量控制。E-mail:swcjmy@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.11.015

U465

B

1674-1986(2016)11-060-03