论文部分内容阅读
随着汽车产业的不断发展,人们对汽车内饰的要求越来越高。聚丙烯(PP)被广泛应用于汽车内饰件中,但目前还存在耐刮擦性能不足和给人的触觉感受较差等缺点。划痕不但影响美观并且会导致应力集中,降低制件使用寿命;同时,硬的触感会给人带来不舒适的乘车体验,因此有必要对汽车内饰件常用的PP材料进行改性以满足不断提高的使用要求。本论文在分别分析均聚聚丙烯(PP-H)、无规共聚聚丙烯(PP-R)和嵌段共聚聚丙烯(PP-B)等三种不同类型聚丙烯材料的力学性能、耐刮擦性能和触感的基础上,优化选择改性聚丙烯的基体材料。而后根据选择的基体材料PP-H,设计了PP-H/聚烯烃类热塑性弹性体(POE)/短切玻璃纤维复合材料以及PP-H/热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/有机蒙脱土(OMMT)复合材料两个体系。并对复合材料的力学性能、耐刮擦性能、材料表面的触感及其流变性能进行了研究。论文的主要内容如下:1)基体材料的选择:对PP-H、PP-R和PP-B进行了试样制备和性能表征,并选出最优的改性PP基体材料。研究发现:相比PP-R和PP-B,PP-H具有较高的结晶度、较高的弯曲模量、拉伸强度和屈服强度;并且在刮擦实验中,具有较低的色差值,改性PP-H更容易获得力学性能良好又具有耐刮擦和软触感的汽车内饰材料。因此,选择PP-H为改性基体材料。2)PP-H/POE/短切玻璃纤维复合材料的制备与研究:在优化选择基体材料的基础上,制备了PP-H/POE/短切玻璃纤维复合材料,并对其进行测试和表征。研究发现:25wt%的短切玻璃纤维可以大幅度提高复合材料的弯曲模量和拉伸强度,改善了复合材料的力学性能,还可以降低刮擦前后的色差值,提高复合材料的耐刮擦性能。POE可以提高复合材料的储能模量,并可改善复合材料的流变性能。POE的加入会显著提高复合材料的缺口冲击强度,起到增韧的效果,但会降低复合材料的屈服强度和杨氏模量;POE的加入还可以降低复合材料的表面硬度,随着POE含量的增加,复合材料的表面硬度逐渐降低,当其含量达到25wt%后,复合材料的表面硬度低于邵氏硬度52D,呈现出一定的软触感,同时含量超过25wt%的POE也会提高复合材料的耐刮擦性能。综上所述,当含量为25wt%的短切玻璃纤维和含量为30wt%的POE的加入可获得具有一定耐刮擦和软触感的复合材料。3)PP-H/TPU/OMMT复合材料的制备与研究:制备了PP-H/TPU/OMMT的共混体系,研究了该复合材料的力学性能、耐刮擦性能和表面触感,并讨论了OMMT对PP-H/TPU共混物的相容性和流变特性的影响,结果表明:TPU和OMMT可以提高复合材料的缺口冲击强度,含2wt%OMMT的复合材料的缺口冲击强度提高59%,达到极大值6.14KJ/m~2;在制备的复合材料中OMMT的剥离程度较为完善,OMMT分散于两相界面,阻碍分散相团聚,可以有效改善PP和TPU间的相容性。随着OMMT的含量增加,复合材料的储能模量和复数黏度增加。当OMMT的含量为2wt%时,TPU的硬链段起到抵抗刮擦应力的作用,并且其软链段逐渐展现出高弹性和柔顺性,使复合材料表面硬度降低。TPU的软链段对刮擦的划痕起到回复作用,减少刮擦应力对材料表面的损伤,提高了复合材料的耐刮擦性能。TPU和OMMT有效降低了复合材料的表面硬度和降低了复合材料刮擦前后的色差,将色差ΔL~*降低到了0.95,表面硬度降低至邵氏45D,提高了复合材料的耐刮擦性能。从综合性能来看,当TPU含量为30wt%和OMMT含量为2wt%时的复合材料拥有较好的耐刮擦性能和较佳的触感。