聚丙烯(PP)塑料具有密度小、易加工等优点，已经成为汽车塑料零部件中用量最大的品种。在汽车内外饰系统中，诸多零部件如保险杠、轮罩、仪表板、立柱等均是 PP 复合材料。
随着近年来新能源汽车快速发展，汽车内外饰设计引入了很多大胆、前卫、颠覆性的设计元素。在原有功能和应用的基础上，整车新增加了大量光学设计元素，如贯穿式行车灯、智能格栅等。
这些新型零部件的应用和升级，不仅可以起到原有的照明和装饰作用，还具有塑造品牌、提升识别度，甚至可带有驾驶辅助、安全提醒、灯语交互、人车交互等智能化功能，从而在激烈的新能源汽车市场角逐中提升产品竞争力。
因此，汽车内外饰零部件的设计需要在满足零部件性能的基础上，增加材料的透光性能。现有材料的开发目标主要是平衡刚性和韧性，尤其是提升低温韧性。如果材料的低温韧性不足，在严寒的气候条件下，零部件会出现破裂，在碰撞过程中会产生碎片，威胁驾乘人员的人身安全。因此，所开发的透光材料还需要满足低温韧性。
提高 PP 光学性能的主要方式有 3 种: (1)添加透明成核剂; (2)直接合成无规共聚 PP 或茂 金属 PP; (3) 聚合物共混改性。而提高材料的低温韧性主要通过添加增韧剂实现。因此，选择合适的增韧剂是使聚烯烃材料兼具透明性和低温韧性的关键。
本文考察了 2 类不同的弹性体——乙烯-辛烯共聚物(POE) 和苯乙烯-乙烯-丁烯嵌段共聚物(SEBS) ，对 PP 材料力学性能和光学性能的影响。通过低温多轴冲击试验，可以直观地评价材料在冲击过程中产生碎片的情况，并计算样品吸收的总能量，比较不同弹性体对PP 性的影响。最终成功开发出了满足-30 ℃ 低温多轴冲击标准的 高透光聚烯烃材料。
测试方法
透光率测试 : 将制备好的样板置于 23 ℃ 和 50% 相对湿度下调节 48 h，透光率和雾度按照 ASTM D1003—2021 《透明塑料的雾度和透光率的标准测试方法》，在雾度/ 透光率测试仪上进行测 试，样片为 3 mm 厚样板，每个样品测 3 块取平均值。
低温多轴性能测试 : 将 3 mm 厚的样片放置在 低温箱中－30 ℃ 调节 6 h，随后按照 ASTM D3763 《塑料高速冲击性能的标准测试方法》进行测试， 测试速度为 2.2 m / s，每个样品测 5 块样片。
弹性体对 PP 光学性能的影响
考察了4种弹性体对 PP 透光率的影响。提高 PP 透光率的主要途径是减少光线在材料中的散射和折射。通过添加透明成核剂的方式，可以减小 PP 的球晶尺寸，使粒子尺寸小于可见光波长。
但是，透明成核剂一般为 α 晶成核剂，α 晶 PP 通常表现出较高的硬度和脆性。因此，更优的选择是折射率相近的弹性体组分，当组分间的折光率相 近时，无论弹性体、PP 两相结构如何分布，光线在 聚合物中的散射和折射都会降低，共混物都是透明 的，都利于光线的透过。
图 1 弹性体对 PP 透光率的影响
4种弹性体对 PP 透光率的影响见图1 。由图1可以看出 : 随着POE含量的增加，PP的透光率逐步降低，虽然POE与PP有较好的相容性，但是POE与PP的折光率相差较大，导致光学性能差。而 SEBS 与 PP 的折光率相近，且与 PP 相容性较好，随着 SEBS 含量的增加，不仅降低了 PP 结晶度，也使其晶粒逐渐减小，因而提高了共混物的透光率。
弹性体对 PP 低温多轴冲击性能的影响
进一步考察4 个弹性体/ PP 复合材料常温冲击强度最高时的低温多轴冲击性能，即针对添加质量分数为25%时的样品进行－30 ℃ 低温多轴冲击性能测试。
图 2 弹性体/PP 复合材料低温多轴冲击后样板照片
每个样品测试了5 片，测试后的样板照片见图2。由图2 可以看出: POE / PP 样品在低温多轴冲击测试中都是脆性刺穿，样板出现了不同程度的裂痕并产生碎片。
图 3 弹性体/PP 复合材料的低温多轴冲击测试
多轴冲击设备上的感应器记录了金属冲头接触到样板后的载荷变化，见图3。由图3 可以看出:当 POE / PP 样品载荷达到一定值时，载荷成断崖式下降，样品发生脆断。相反，SEBS / PP 样品在低温多轴冲击中以韧性断裂为主。在测试的 5 片 SBES1 / PP 样品中，3 片为韧断裂，2 片为脆性断裂。而 5 片 SEBS2 / PP 样品则 全部为韧性断裂。
从图 2 (d) 中也可以明显看出，样板自身吸收了金属冲头的能量，穿刺孔周边均是 白色银纹，且未出现碎片和裂纹，能量全部被样品吸收 ; 相应地，在图 3 ( d) 中，载荷超过最大值后出现下降趋势，样板未出现脆性断裂现象，说明材料具有良好的低温韧性。
弹性体对 PP 相形貌的影响
通过透射电子显微镜观察了弹性体在 PP 的 分散情况，结果见图 4，取样位置与多轴冲击破坏位置相同，均是样板正中位置。对比图 4 (a) 和图 4(b) 可以看出: POE2 的熔指高于POE1，因而在 PP 共混体系中橡胶粒径较细。同样，在SEBS / PP通过透射电子显微镜观察了弹性体在 PP 的 分散情况，结果见图 4，取样位置与多轴冲击破坏位置相同，均是样板正中位置。对比图 4 (a) 和图 4(b) 可 以看 出: POE2 的熔指高于 POE1，因而在 PP 共混体系中橡胶粒径较细。 同样，在 SEBS / PP
图 4 含不同弹性体的 PP 透射扫描电镜图
结论
对比研究了 POE 和 SEBS 2 种不同的弹性体对 PP 材料力学性能、透光率和－30 ℃ 低温多轴冲 击性能的影响，得出以下结论 :
(1) SEBS 与 PP 的折光率相近，因而 SEBS / PP 体系能保持较高的透光率。
(2) 高熔指、低苯乙烯含量的 SEBS2 在 PP 中 呈现大小粒径交叉分布，利于材料在冲击过程中的能量吸收，在－30 ℃ 低温多轴冲击测试中呈韧性断裂，兼具低温韧性和高透光率。
来源：Internet
关键词：
透光聚烯烃材料
低温多轴冲击性能
