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车用TPO:提高加工性能,塑造完美外观

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 点击:
在2008年SPE的车用TPO全球会议上,可削减成本的新方法成为该会议的中心议题之一。这些新方法包括:减少混配工序,并建立模内着色和制品涂刷之间的联系。此外,茂金属TPO弹性体方面的新进展,以及PP和TPO 的新型制备方法,也成为此次会议的亮点。

新配方

陶氏汽车的新型TPO将低光泽度与耐磨损性结合起来,可用于模内着色(MIC)成型汽车内饰件。陶氏的研究人员在报告中说,这种名为Velvex的先进增强型弹性体缩小了其模内着色在表面质量及耐久性方面与TPO表面涂刷之间所存在的差距。


图1 将原有TPO与陶氏的At-Press TPO混料系统混合,据说能够降低成本,使材料具备弹性的同时具备更好的尺寸和机械性能

据称,Velvex TPO具有非常均匀和较低的光泽度,其弹性模量类似于低光泽度的滑石填充TF-TPO和尼龙/ABS。不过,Velvex TPO的独特之处在于,弹性体与PP混合后形成了双连续相,能够生产低熔接缝制品,这一特点与纯PP相似。与此相反,弹性体(分散相)与PP(连续相)发生相分离的TF-TPO材料中,其制品的熔接缝则很清晰,并伴随有明暗相间的斑纹。陶氏展示了Velvex与TF-TPO二者之间在熔接缝上的明显区别。

在抗刮擦性能上,Velvex TPO也优于TF-TPO。用一条1mm直径的触针以18N的载荷进行测试,Velvex表现出比TF-TPO更好的抗刮擦性能和弹性回复能力。在刮擦测试前,Velvex与TF-TPO的光泽度分别为0.9和1.3,刮擦后则为1.0和1.8。

此外,Advanced Composites公司也开发出了一种新型TPO,该材料将高流动性和高熔体强度结合起来,能够用其发泡成型汽车门板和内饰件。该牌号为ADX-1047的TPO在使用化学发泡剂时,可达到A级表面标准,其流动性和物理性能都非常优异,发泡后的重量比采用通常的TPO混配物或PP反应器共混合金低30%。该材料的熔体流动指数为65,适于成型薄壁制品。


图2 Dow的Velvex TPO(右)比标准TPO(左)能够消除熔接缝

高效混配

陶氏汽车的研发部门报道了At-Press TPO共混系统。该系统不仅能够节约生产成本,而且在改变材料的收缩性能、线性热膨胀系数(CLTE)、刚性、韧性以及耐热性等方面获得了更高的灵活度。该系统包括PP、功能性滑石母粒和一种茂金属催化的弹性体。根据配方设计,体系在成型设备内混合,并且在通常的成型条件下,滑石和弹性体之间分散良好。

该At-Press工艺最初开发用于汽车外饰件的制造,现在,该技术已经在汽车内饰的应用上得到了广泛的认可。陶氏表示,该技术已经达到了颜色一致、低光泽、低气味、低有机物挥发、抗刮擦和消除斑纹等要求。与传统TPO不同的是,At-Press工艺具有优良的混合性能、成型重复性和均一的制品重量及收缩性。通过灰分燃烧,部件所含的滑石含量具有非常高的一致性,表明材料混合状况良好。一般来说,At-Press工艺的波动小于0.35%。

在2007年,克莱斯勒和Flint Hills Resources(FHR)获得了Huntsman的PP业务,并联合开发反应器共混合金工艺来生产高性能TPO,以期在现有低温性能的基础上满足更多的应用需求,如头部冲击防护和安全气囊等应用,同时该体系的混配成本比普通TPO更低。

由于克莱斯勒需要一种柔性模量达到1000MPa、密度更低、-40℃低温下保持柔韧以及弹性形变超过450%的材料。而FHR发现,将这些性能集中在一种材料上的唯一办法就是制造反应器合金。为此,FHR开发了AP7810-HS,其柔性模量为1053MPa,并具有-30℃的低温柔韧性。另外,该材料在成型时流动性极佳,且具有良好的抗刮擦性和优异的尺寸稳定性。

弹性体的升级

在此次大会上,来自陶氏弹性体的团队探讨了用于增强TPO性能的聚烯烃弹性体的最新进展,其中一个主题是用于热成型的柔性低光泽TPO片材的开发。该高熔体强度聚烯烃弹性体能够使TPO片材获得优秀的纹理重现性(grain replication),以及低于2%的60°光泽度。陶氏在报告中提到,在使用2.5-MFR的高熔体强度PP的情况下,只有该系列的3种弹性体能够使热成型过程中熔体下垂得到控制,并为片材产品带来低光泽度和良好的纹理重现性。这3种弹性体都是乙烯-丁烯聚合物,具有中等大小的拉伸粘度,以及小于0.5的MFR,他们分别是:Flexomer DFDB 1088 NT,熔点114℃,密度0.885g/cm3;Engage 7387,熔点47℃,密度0.870g/cm3;Engage 7487,熔点37℃,密度0.860g/cm3。


图3 与标准的滑石填充TPO(左)相比,Velvex(右)在18N载荷的抗刮擦实验中具有更浅的压痕

陶氏的上述3种材料都优于该公司的Engage 6386和Engage 8150弹性体——Engage 6386乙烯-丙烯弹性体,具有非常高的拉伸粘度,MFR小于0.5,熔点55℃,密度0.875g/cm3;Engage 8150乙烯-辛烯弹性体,具有较低的拉伸粘度, MFR为0.5,熔点56℃,密度0.870g/cm3。

当加入抗刮擦添加剂以后,这3种材料的抗刮擦性能都可达到20N,而其光泽度仅有轻微增加。由于具有优异的低光泽度和抗刮擦性能,这类材料可以在不使用外涂层的情况下,满足2000kJ的耐候性测试要求。

在另一个报告中,陶氏弹性体还介绍了其高抗冲性硬质TPO的发展情况。这类TPO材料是由乙烯-α烯烃(EAO)聚合物对滑石增强的PP进行抗冲击改性而制成的,在汽车应用领域的应用可以追溯到20世纪90年代,如今,这种材料已经在硬质领域占据了统治地位。

然而,在降低厚度并保持刚性不变的产品应用需求推动下,供应商开始致力于将材料的弯曲模量提高80%,同时不改变其低温韧性。提高材料的熔体流动性也有助于加工商设计制造出更薄的产品,因而这也成为一个发展趋势。此外,抗刮擦性是TPO制品在很长一段时间都要面临的问题,特别是TPO制品在装配线上安装时,这一问题尤其突出。因此,需要新型高性能PP抗冲击改性剂。预计到2009年年中,陶氏弹性体将推出其新的具有高熔体强度的乙烯-α烯烃聚合物,以改善材料在刚性和韧性之间的平衡关系。

针对纳米PP的超临界流体加工工艺

福特汽车公司旗下塑料集团的材料和纳米技术部使用了超临界流体(SCF)工艺来制造PP/粘土的剥离分散纳米复合材料。由于粘土的纳米片层之间具有很强的结合力,再加上粘土亲水而聚合物基体疏水的相反作用力,因此,很难获得分散良好的剥离型纳米复合材料。同时,聚合物的高熔体粘度也阻碍着粘土的分散。

通过在挤出过程中使用诸如CO2或者N2的超临界流体,不仅可以使聚合物的熔体粘度降低,而且可以使粘土剥离成硅酸盐片层而有助于进一步分散。在温度和压力适宜的条件下,所谓“超临界流体”这些像液体一样的气体很容易溶解在聚合物熔体中。当然,超临界流体也会进入到粘土的硅酸盐片层之间,一旦体系的压力降低,超临界流体发生膨胀,就会使粘土剥离成具有纳米尺寸的片层。福特公司已经与Trexel合作,使用MuCell SCF专利技术来注塑和挤出成型轻质微发泡的PP和TPO纳米复合材料制品。

新加工方法

2008 Chevy Malibu车的双色TPO仪表板是由Faurecia Interior Systems、O’Sullivan Films和KTX Americas联合开发而成的。Faurecia改进了其模内压纹(IMG)工艺。模内压纹工艺是在模具中(来自KTX)进行TPO表面皮层的真空负压成型(来自O’Sullivan Films),接着采用聚氨酯现场发泡来进行表皮与硬质塑料衬底之间灌封。

Faurecia在新的工艺改进中不仅减少了原来的加工步骤,而且可将部件重量减轻15%。该新工艺使用了O’Sullivan的双层压合TPO表皮,而底层则使用辐射交联聚烯烃泡沫来代替现场发泡聚氨酯。其中,TPO的层压过程仍然采用真空成型的方法,但是硬质衬底被用作助推塞。在成型期间,在衬底或皮层/泡沫压合层之间使用了胶粘剂。成型后,该部件被打上标签,并采用双色的水性进行喷涂。 (end)

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