发动机周边--长玻纤增强PP

1、改性PP在汽车发动机结构支架上的应用一、汽车用PP的发展PP是汽车用塑料的主要品种, 目前国内外汽车用PP的使用量在稳步增长。日本汽车用塑料以PP为主, 20世纪90年代初, 日本平均每辆汽车用PP为2 kg, 到90 年代末已增加到37 kg, PP在汽车用塑料中的比例由过去的28.8%上升到37%,占世界首位。PP也是美国汽车用塑料中消费量最大(约占20%)的品种。美国目前每辆汽车用PP为24kg,并以15%的速度增长。欧洲汽车用主要塑料的构成与日本相似,即PP占首位, 其用量占汽车用塑料总量的28.1%,并以10%的速度增长。2005年,全世界汽车用PP的消费量达到280万t。汽车用PP

2、一般都是改性品级。目前的改性途径主要是通过加入增韧剂和填充剂来提高PP的性能。通过调整PP基体、增韧剂、填充剂三者的配比可制造出一系列不同性能的材料, 满足汽车不同部件的功能要求。改性PP可用于汽车保险杠、仪表板、发动机冷却风扇等。二、设计目标实现材料的高强度、高耐热性，改善尺寸稳定性 对填料要求：要求填料有较高的取向程度，且取向后的填料均匀分布于基材中 ，形成双连续的纤维相结构。三、改性料配方及设计1、材料选用长玻纤增强聚丙烯（LGFPP）2、选材依据纤维状材料加入到塑料中，可以显著提高塑料材料的强度；大径厚比的材料可以显著提高塑料材料的弯曲模量（刚性）。   

3、  玻璃纤维是主要的增强材料，可以显著提高PP塑料的拉伸强度。玻纤含量一般不超过40%，一般认为在纤维长度大于0.2mm时有改性效果，其玻纤的直径在十几个微米时效果较好。玻纤含量增大时，增强PP的加工流动性相应下降，但仍属流动性较好的塑料。     由于玻纤增强PP可以提高机械强度和耐热性，且玻纤增强PP的耐水蒸汽性、耐化学腐蚀性和耐蠕变性都很好，在许多场合可以作为工程塑料使用，如风扇叶片、暖风机格栅、叶轮泵、灯罩、电炉和加热器外壳等等。下表为几种不同填料改性的PP性能比较填料性能长玻纤高刚性、强耐热性、好尺寸稳定性40%云母高刚性40%滑石粉

4、高刚性，强耐热20%滑石粉高刚性，强耐热表中几种材料均可用作汽车发动机周边结构件。其中长玻纤增强的聚丙烯性能最优，适合做发动机的结构支架，并满足高强度、高耐热，同时取向后的长玻纤对材料的韧性也有较大提高。3、配方：原料作用PP基体材料PPgMAH提高界面相容性长玻纤增强刚性、耐热性，提高尺寸稳定性抗氧剂1010与抗氧剂168混用提高化学稳定性 4、制备与机理PP界面结合, 一般可从增加基体树脂的活性基团与改善玻璃纤维表面两方面着手。对基体树脂,最常用的是引入活性基团的方法, 如加入 (PPgMAH ),可引入酸酐活性基团, 以增加表面活性;而对于玻璃纤维,可采用偶联法、氧化法、等离子体法等进行

5、表向处理,其中最常用的是偶联剂表面处理法,而等离子体处理法是一种新兴的方法, 能在不影响材料自身力学性能的前提下,使其表面产生超解析作用井得到粗化,以改善表面性能。A、PP接枝物增容剂的制备将PP与适量的MAH及其他助剂在高速混合机中混合后，用双螺杆挤出机挤出造粒，制得PP-g-MAH。在玻纤增强PP中加入少量接枝物PP-g-MAH 后，其非极性PP长链与PP 树脂相互作用、缠绕，其极性的接枝单体与玻璃纤维表面相互作用，形成离子键，增加了P P 与玻璃纤维之间的界面粘接。随着接枝物用量的增加，其包覆玻璃纤维的表面逐渐增大，使树脂和玻纤的界面亲和力增大，从而使其拉伸强度和冲击强度提高很快；但当接

6、枝物达到一定量时，PP树脂和玻璃纤维的界面已布满PP-g-MAH ，再增加其用量，多余的接枝物已不起作用；同时由于用量较大，接枝物本身的机械物理性能对玻纤增强P P 材料的影响占了主导作用，强度基本不再增长。B、玻纤表面的偶联处理C、偶联剂表面接枝在制备玻纤增强PP复合材料时，为了提高玻纤与PP树脂的界面粘合力，需要用偶联剂对玻纤表面进行处理。本文采用硅烷偶联剂KH-55 0。由于硅烷偶联剂与PP和玻纤都有一定程度的亲和性，即其分子的一端（亲水基）为可水解基团，水解后的硅羟基可与玻纤表面的硅羟基发生缩合反应，与玻纤表面形成化学键，实现良好的界面结合；而另一端（亲油基）与PP形成物理结合，从而使

7、二者界面的结合力加强，提高了玻纤增强PP的力学性能。但由于PP分子结构中不存在活性基团，硅烷偶联剂不能与PP形成化学键，只能以范德华力与PP作用，因此，偶联剂对玻纤增强PP的界面虽有一定的促进作用，但效果不显著。但是以化学键联结于玻纤表面的硅烷偶联分子及其齐聚物与PP大分子链互溶、互扩散,并进一步自聚、交联,或发生分子间氮基与硅氧基的氢键作用, 从而可缠绕、网络住部分PP分子链,冷却时即在界面处形成半互穿网络,故显著增强了界面相的粘结。 名称：-氨丙基三乙氧基硅烷别名：3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺 -氨丙基三乙氧基硅烷3-氨基丙基三乙氧基硅烷D、混合制料设备：高速混合机、双螺杆挤出机将PP与

8、PP-g-MAH及其他辅料、助剂等按比例加入高速混合机内混合，从双螺杆挤出机（190-220 oC）的主加料装置定量加入共混料，从第4区加入定量的无碱玻璃纤维，与熔化的混合物料共混、挤出、牵引、冷却、切粒，制成玻纤增强PP改性料。共混料的性能见下表：三、电镜观察微观结构及分析 图10和图11分别是PP/GF（65/35） 和PP-g-MAH/PP/GF（15/65/35）复合材料断面微观结构的电镜照片。由图10可以明显看出，复合材料的断裂面较平整，说明该材料是脆性断裂。GF分布均匀，纤维较长，界面面积较大，并且GF的搭接和交叉，使部分应力能够直接在GF间传递，对复合材料的刚性和强度有一定提升作

9、用。不过材料断裂是脱胶破坏，大量GF被拔出，因而复合材料的韧性较差。由图11可以看出，复合材料的断裂面呈现层状，不平整，说明该材料是韧性断裂，且GF分布较均匀、长度较大，对复合材料的刚性和强度有一定的改善。同时GF和基体树脂之间没有空隙，断裂纤维表面明显附着基体树脂，并且没有GF拔出的痕迹，说明其界面结合性能有较大改善，从而增加了复合材料的韧性。四、产品成型加工成型方法：注塑设备：注塑机工艺流程：工艺参数：类别 参数 料筒温度（） 喂料区 3050 进料段 120180 塑化段 180220 均化段 190220 喷嘴温度（） 220 熔料温度（） 220模具温度（） 5090 注射压力（MPA）