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车用TPO：提高加工性能，塑造完美外观 |
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newmaker 来源：AI汽车制造业 |
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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 纳米复合材料的新型制备方法，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塑料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，并采用双色的水性涂料进行喷涂。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/15/2009) |
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