一種耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復合材料的研究

季孟淵，程健，劉凱

(1.合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230009；2.安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 230022)

?

一種耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復合材料的研究

季孟淵1，程健2，劉凱2

(1.合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230009；2.安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 230022)

探討吸附母粒中的PP載體、耐刮擦劑種類、加工條件對聚乙烯復合材料的耐刮擦、氣味、VOC的影響，以得到一種耐刮擦低氣味低VOC聚乙烯復合材料。結果表明：當真空度為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、潤滑劑硬脂酸鈣的體系可得到耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復合材料。

聚乙烯復合材料；耐刮擦；低氣味； 低VOC

0 引言

聚乙烯(PE)具有密度小、硬度高、熱變形溫度高等優點，且易加工，價格低廉，廣泛應用于各個領域。汽車的部分部件對材料的耐刮擦要求很高，且有環保性要求。針對這種情況，作者制備了一種耐刮擦低、氣味低、VOC聚乙烯復合材料，目前鮮有相關的文獻報道[1-5]。

1 實驗部分

1.1 主要原料

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

1.2 主要儀器與設備

ZSK30型雙螺桿擠出機，德國W&P公司生產；JL-1000型

拉力試驗機，廣州市廣才實驗儀器公司生產；7697A 型頂空儀，美國安捷倫科技公司生產；7890B型氣相質譜儀，美國安捷倫科技公司生產；戴安U3000型高效液相色譜儀，森譜儀器生產；

HTL900-T-5B型注射成型機，海太塑料機械有限公司生產；XCJ-500型沖擊測試機，承德試驗機廠生產；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司生產。

1.3 試樣的制備

1.3.1 吸附母粒的制備

(1)將聚丙烯(PP)和云母按配比進行充分的混合，在擠出機里擠出PP預發泡顆粒。

(2)以正庚烷作為發泡劑，將步驟(1)制得的預發泡PP顆粒進行發泡，制備得到發泡PP。

(3)將發泡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、云母質量比為25∶4；步驟(2)中的正庚烷、預發泡PP質量比為6∶7。

1.3.2 PE復合材料的制備

先將PE、吸附母粒、耐刮擦劑、抗氧劑、潤滑劑按比例進行混合；再用雙螺桿擠出機擠出造粒；最后將造粒得到的PE合金通過注塑機和模具制成汽車零部件以及測試樣條，測試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能。

1.4 性能測試

耐刮擦性能測試按ASTM D1894進行,VOC測試按照GB/T 27630執行，氣味性測試按大眾標準PV3900進行。

2 結果與討論

2.1 吸附母粒PP載體的選擇

為了比較吸附母粒載體PP，耐刮擦劑統一選擇MB50-001，且mPE∶m吸附母粒∶m耐刮擦劑∶m抗氧劑∶m潤滑劑=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

用不同種類的PP先制得3種吸附母粒，按照上述比例與其他材料進行加工，最后將PE合金通過注塑機和模具制成汽車零部件以及測試樣條，測試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能，具體結果見表1。

表1 不同聚丙烯載體制得的PE復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復合材料要好于K9020、K7926。這是因為Daploy WB130HMS是含有支鏈結構的高熔體強度聚丙烯，與其他兩種PP相比，在發泡過程中不易合并或塌陷，泡孔結構好，這種結構能更好地去除加工過程中產生的各種揮發性小分子和有機化合物，改善材料的氣味性，降低VOC數值。

另外從表1還可以看出：采用不同載體的PP制得的PE復合材料在耐刮擦性能方面相差無幾。這是因為起耐刮擦作用的是耐刮擦劑，相同耐刮擦劑的PE復合材料的耐刮擦性能相差不大。

綜合來講，就耐刮擦、低氣味、低VOC來選擇吸附母粒的PP載體的話，PP Daploy WB130HMS更優。

2.2 耐刮擦劑的選擇

為了比較耐刮擦劑，吸附母粒載體統一選擇PP Daploy WB130HMS，且mPE∶m吸附母粒∶m耐刮擦劑∶m抗氧劑∶m潤滑劑=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

按照上述比例對材料進行加工，最后將PE合金通過注塑機和模具制成汽車零部件以及測試樣條，測試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能，具體結果見表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復合材料要好于ER740。這是因為ER740是聚酰胺類耐刮擦劑，高溫加工時會有小分子物質析出，MB50-001、Al2O3則不會。

從耐刮擦性能方面考慮，用MB50-001效果更好，它是硅

酮類耐刮擦劑，在高溫條件下誘發其與PE表面的活性基團進行交聯，交聯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。

綜合來講：就耐刮擦、低氣味、低VOC來選擇耐刮擦劑的話，硅酮類耐刮擦劑MB50-001更優。

2.3 加工條件(注塑機真空度)的選擇

為了比較不同加工條件的耐刮擦、氣味性和VOC，吸附母粒載體統一選擇PP Daploy WB130HMS，耐刮擦劑統一用MB50-001，且mPE∶m吸附母粒∶m耐刮擦劑∶m抗氧劑∶m潤滑劑=70∶5∶10∶0.2∶0.2。

按照上述比例對材料進行加工，最后將PE合金通過注塑機和模具制成汽車零部件以及測試樣條，測試其VOC、氣味性以及耐刮擦性能，具體結果見表3。

表3 不同加工條件綜合性能的比較

由表3可以看出：自然狀態未抽真空時，材料VOC和氣味性的數值偏大。這是因為在擠出加工過程中，螺桿的剪切加快了PE熔體界面的更新，熔體中的小分子經歷了氣泡成核、氣泡增長、氣泡破裂后，VOC會從PE熔體表面釋放開來。隨著抽真空進行，機筒的氣體壓力也因為抽真空而驟降，使PP熔體對小分子的吸附量大幅下降，表現為小分子揮發物被大量抽提，VOC和氣味性數值變好。當真空度達到0.08 MPa時，VOC和氣味性數值達到最佳。隨著真空度的提高，機筒內氣體壓力逐漸趨于極限值，效果也不明顯了。

綜合來講：就耐刮擦、低氣味、低VOC來選擇耐刮擦劑的話，真空度選擇0.08 MPa更優。

3 結論

綜合來講，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、潤滑劑硬脂酸鈣的體系可得到耐刮擦、低氣味、低VOC聚乙烯復合材料。

【1】桂觀群.聚乙烯擠出發泡成型研究[D].上海：東華大學，2012.【2】何繼敏.聚合物發泡材料及技術[M].北京：化學工業出版社，2007：253-254.

【3】王偉華，羅承緒.丁烷物理發泡聚乙烯的生產與應用[J].現代塑料加工應用，1999，11(1)：26-28. WANG W H,LUO C X.The Production and Application of Expansion PE Using Butane as Foam Agent[J].Modern Plastics Processing and Applications,1999，11(1)：26-28.

【4】楊娟.化學交聯發泡聚乙烯的發泡過程研究及其泡孔調控[D].上海：華東理工大學，2013.

【5】劉本剛，趙哲晗，何路東,等.不同高密度聚乙烯發泡體系的擠出發泡行為研究[J].中國塑料，2011，25(3)：70-74. LIU B G,ZHAO Z H,HE L D,et al.Extrusion Foaming Behavior of Different High Density Polyethylene Foaming Systems[J].China Plastics,2011，25(3)：70-74.

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，研究方向為車內空氣質量控制。E-mail:swcjmy@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.11.015

U465

B

1674-1986(2016)11-060-03