聚丙烯(PP)塑料具有密度小、易加工等優(yōu)點，已經(jīng)成為汽車塑料零部件中用量最大的品種。在汽車內(nèi)外飾系統(tǒng)中，諸多零部件如保險杠、輪罩、儀表板、立柱等均是 PP 復(fù)合材料。
隨著近年來新能源汽車快速發(fā)展，汽車內(nèi)外飾設(shè)計引入了很多大膽、前衛(wèi)、顛覆性的設(shè)計元素。在原有功能和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，整車新增加了大量光學(xué)設(shè)計元素，如貫穿式行車燈、智能格柵等。
這些新型零部件的應(yīng)用和升級，不僅可以起到原有的照明和裝飾作用，還具有塑造品牌、提升識別度，甚至可帶有駕駛輔助、安全提醒、燈語交互、人車交互等智能化功能，從而在激烈的新能源汽車市場角逐中提升產(chǎn)品競爭力。
因此，汽車內(nèi)外飾零部件的設(shè)計需要在滿足零部件性能的基礎(chǔ)上，增加材料的透光性能。現(xiàn)有材料的開發(fā)目標(biāo)主要是平衡剛性和韌性，尤其是提升低溫韌性。如果材料的低溫韌性不足，在嚴(yán)寒的氣候條件下，零部件會出現(xiàn)破裂，在碰撞過程中會產(chǎn)生碎片，威脅駕乘人員的人身安全。因此，所開發(fā)的透光材料還需要滿足低溫韌性。
提高 PP 光學(xué)性能的主要方式有 3 種: (1)添加透明成核劑; (2)直接合成無規(guī)共聚 PP 或茂 金屬 PP; (3) 聚合物共混改性。而提高材料的低溫韌性主要通過添加增韌劑實現(xiàn)。因此，選擇合適的增韌劑是使聚烯烴材料兼具透明性和低溫韌性的關(guān)鍵。
本文考察了 2 類不同的彈性體——乙烯-辛烯共聚物(POE) 和苯乙烯-乙烯-丁烯嵌段共聚物(SEBS) ，對 PP 材料力學(xué)性能和光學(xué)性能的影響。通過低溫多軸沖擊試驗，可以直觀地評價材料在沖擊過程中產(chǎn)生碎片的情況，并計算樣品吸收的總能量，比較不同彈性體對PP 性的影響。最終成功開發(fā)出了滿足-30 ℃ 低溫多軸沖擊標(biāo)準(zhǔn)的 高透光聚烯烴材料。
測試方法
透光率測試 : 將制備好的樣板置于 23 ℃ 和 50% 相對濕度下調(diào)節(jié) 48 h，透光率和霧度按照 ASTM D1003—2021 《透明塑料的霧度和透光率的標(biāo)準(zhǔn)測試方法》，在霧度/ 透光率測試儀上進行測 試，樣片為 3 mm 厚樣板，每個樣品測 3 塊取平均值。
低溫多軸性能測試 : 將 3 mm 厚的樣片放置在 低溫箱中－30 ℃ 調(diào)節(jié) 6 h，隨后按照 ASTM D3763 《塑料高速沖擊性能的標(biāo)準(zhǔn)測試方法》進行測試， 測試速度為 2.2 m / s，每個樣品測 5 塊樣片。
彈性體對 PP 光學(xué)性能的影響
考察了4種彈性體對 PP 透光率的影響。提高 PP 透光率的主要途徑是減少光線在材料中的散射和折射。通過添加透明成核劑的方式，可以減小 PP 的球晶尺寸，使粒子尺寸小于可見光波長。
但是，透明成核劑一般為 α 晶成核劑，α 晶 PP 通常表現(xiàn)出較高的硬度和脆性。因此，更優(yōu)的選擇是折射率相近的彈性體組分，當(dāng)組分間的折光率相 近時，無論彈性體、PP 兩相結(jié)構(gòu)如何分布，光線在 聚合物中的散射和折射都會降低，共混物都是透明 的，都利于光線的透過。
圖 1 彈性體對 PP 透光率的影響
4種彈性體對 PP 透光率的影響見圖1 。由圖1可以看出 : 隨著POE含量的增加，PP的透光率逐步降低，雖然POE與PP有較好的相容性，但是POE與PP的折光率相差較大，導(dǎo)致光學(xué)性能差。而 SEBS 與 PP 的折光率相近，且與 PP 相容性較好，隨著 SEBS 含量的增加，不僅降低了 PP 結(jié)晶度，也使其晶粒逐漸減小，因而提高了共混物的透光率。
彈性體對 PP 低溫多軸沖擊性能的影響
進一步考察4 個彈性體/ PP 復(fù)合材料常溫沖擊強度最高時的低溫多軸沖擊性能，即針對添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時的樣品進行－30 ℃ 低溫多軸沖擊性能測試。
圖 2 彈性體/PP 復(fù)合材料低溫多軸沖擊后樣板照片
每個樣品測試了5 片，測試后的樣板照片見圖2。由圖2 可以看出: POE / PP 樣品在低溫多軸沖擊測試中都是脆性刺穿，樣板出現(xiàn)了不同程度的裂痕并產(chǎn)生碎片。
圖 3 彈性體/PP 復(fù)合材料的低溫多軸沖擊測試
多軸沖擊設(shè)備上的感應(yīng)器記錄了金屬沖頭接觸到樣板后的載荷變化，見圖3。由圖3 可以看出:當(dāng) POE / PP 樣品載荷達到一定值時，載荷成斷崖式下降，樣品發(fā)生脆斷。相反，SEBS / PP 樣品在低溫多軸沖擊中以韌性斷裂為主。在測試的 5 片 SBES1 / PP 樣品中，3 片為韌斷裂，2 片為脆性斷裂。而 5 片 SEBS2 / PP 樣品則 全部為韌性斷裂。
從圖 2 (d) 中也可以明顯看出，樣板自身吸收了金屬沖頭的能量，穿刺孔周邊均是 白色銀紋，且未出現(xiàn)碎片和裂紋，能量全部被樣品吸收 ; 相應(yīng)地，在圖 3 ( d) 中，載荷超過最大值后出現(xiàn)下降趨勢，樣板未出現(xiàn)脆性斷裂現(xiàn)象，說明材料具有良好的低溫韌性。
彈性體對 PP 相形貌的影響
通過透射電子顯微鏡觀察了彈性體在 PP 的 分散情況，結(jié)果見圖 4，取樣位置與多軸沖擊破壞位置相同，均是樣板正中位置。對比圖 4 (a) 和圖 4(b) 可以看出: POE2 的熔指高于POE1，因而在 PP 共混體系中橡膠粒徑較細(xì)。同樣，在SEBS / PP通過透射電子顯微鏡觀察了彈性體在 PP 的 分散情況，結(jié)果見圖 4，取樣位置與多軸沖擊破壞位置相同，均是樣板正中位置。對比圖 4 (a) 和圖 4(b) 可 以看 出: POE2 的熔指高于 POE1，因而在 PP 共混體系中橡膠粒徑較細(xì)。 同樣，在 SEBS / PP
圖 4 含不同彈性體的 PP 透射掃描電鏡圖
結(jié)論
對比研究了 POE 和 SEBS 2 種不同的彈性體對 PP 材料力學(xué)性能、透光率和－30 ℃ 低溫多軸沖 擊性能的影響，得出以下結(jié)論 :
(1) SEBS 與 PP 的折光率相近，因而 SEBS / PP 體系能保持較高的透光率。
(2) 高熔指、低苯乙烯含量的 SEBS2 在 PP 中 呈現(xiàn)大小粒徑交叉分布，利于材料在沖擊過程中的能量吸收，在－30 ℃ 低溫多軸沖擊測試中呈韌性斷裂，兼具低溫韌性和高透光率。
