怎樣優化玻纖增強PP的耐高溫冷卻液老化性能？

目前，新能源汽車正快速發展。提高汽車動力整體利用率最行之有效的方案是輕量化，改性塑料的進一步使用是汽車輕量化的主要研究方向。新能源汽車的冷卻管路輕量化也是目前的研究重點。
在汽車熱管理係統中，水室的材料主要為玻纖增強聚酰胺 66（PA66）材料，水室零件位於散熱器兩側，並與散熱器連接，從而組成水箱。水室是新能源汽車的動力係統冷卻模塊的重要零部件，對於材料的力學性能要求較高。同時，水室位於發動機周邊，工況環境長期處於高溫狀態，因此對材料耐熱老化性能有較高的要求。水室長期與冷卻液接觸，材料需要具備良好的耐冷卻液性能。
汽車水室材料早期采用玻纖增強PA66方案。有關不同材料（PA66/聚鄰苯二甲酰胺/聚苯醚等）影響耐冷卻液後力學性能和尺寸的研究較多，對玻纖增強聚丙烯的研究主要集中在材料的常規力學和結晶行為。玻纖增強聚丙烯材料具有質輕、低碳環保的優勢，具有較高的研究價值。雖然玻纖增強聚丙烯材料在常溫下具有較好耐冷卻液性能，但是對耐高溫冷卻液性能的影響研究較少。
本文主要研究玻纖增強聚丙烯材料耐高溫冷卻液後拉伸強度保持率的影響因素，初步考察了不同組分對玻纖增強聚丙烯材料耐高溫冷卻液老化性能的影響。
聚丙烯基體樹脂對耐冷卻液性能的影響
冷卻液由水、防凍劑和各種添加劑組成。水的比熱容較大並且熱傳導係數高，被水吸收的熱量容易散發，因此水作為冷卻液使用具有很多優點。實驗中使用日產專用冷卻液LLC，冰點溫度為-35℃。玻纖增強聚丙烯材料的主要成分為聚丙烯樹脂和短切玻纖。其中基體樹脂的性能是玻纖增強聚丙烯材料性能的主要影響因素之一，所以實驗中選擇不同流動速率和結晶度的聚丙烯樹脂。
可以看出：雖然配方1#和配方2#的聚丙烯樹脂MFR相同，但是由於基體樹脂聚丙烯2是高結晶聚丙烯，所以配方2#的常溫拉伸強度由104MPa提高至114MPa，彎曲強度和模量由147MPa和6450MPa提升到157MPa和7060MPa。在材料耐冷卻液性能保持率方麵，樹脂流動性對耐冷卻液老化性能的影響不明顯。由圖1可以看出：高結晶樹脂（配方2#）的耐冷卻液老化後性能保持率較高，保持率為84%。配方3#相比於配方1#的老化後性能保持率較高。
不同接枝物含量對耐冷卻液性能的影響
玻纖增強聚丙烯材料中主要成分為聚丙烯樹脂和短切玻纖，但玻纖和聚丙烯樹脂間之間的界麵必須使用馬來酸酐接枝物作為相容劑提升材料的力學性能，所以接枝物也是性能影響的主要因素之一。
開展了不同接枝物含量對材料初始力學性能和冷卻液老化後性能保持率實驗，具體實驗配方見表3。表4是不同含量接枝聚丙烯下材料的力學性能的測試數據，圖2是不同接枝物含量下材料的老化性能保持率。
可以看出：在無接枝物情況下拉伸強度為61.4MPa，隨著馬來酸酐接枝聚丙烯的添加拉伸強度提高至114MPa，彎曲強度由96.4MPa提高至157MPa。接枝物的添加改善了基體與玻纖的界麵結合效果，提升了材料的力學性能。
可以看出：隨著接枝物含量的增加，材料的耐冷卻液性能保持率呈現先增加後降低的趨勢，良好的界麵結合可以提升耐冷卻液老化性能保持率，但極性馬來酸酐接枝物含量過高會引起複合材料的耐冷卻液老化性能的下降。
玻纖保留長度及含量對耐冷卻液性能的影響
短玻纖增強聚丙烯材料在不同的玻纖含量下表現出不同力學性能，從材料的力學性能來看，玻纖含量的增加可以提升材料的力學性能。通過玻纖喂料方式的變化實現玻纖保留長度的變化，考察不同的玻纖含量及不同玻纖保留長度對玻纖增強聚丙烯材料耐冷卻液性能保持率的影響，隨著玻纖含量的增加，材料的拉伸強度明顯呈增加的趨勢，10%玻纖增強聚丙烯的拉伸強度為66.4MPa，30％玻纖增強聚丙烯拉伸強度達到114MPa；采用不同的玻纖喂料方式，玻纖的保留長度明顯發生變化，側喂玻纖後玻纖保留長度為535μm左右，使用主喂玻纖工藝後玻纖保留長度下降至380μm；材料的拉伸強度也隨著玻纖保留長度的降低而降低，全部主喂玻纖的配方15#拉伸強度降低至67.1MPa。
不同玻纖含量的玻纖增強聚丙烯老化後性能保持率見圖3。由圖3可以看出：聚丙烯樹脂在不添加玻纖狀態下，老化後性能基本不變，隨著玻纖含量的增加性能保持率呈現降低現象；玻纖質量分數為10%時，性能保持率下降至96%；當玻纖質量分數達到 20%後，性能保持率繼續下降至94％
不同玻纖保留長度下玻纖增強聚丙烯材料耐冷卻液性能保持率見圖4。由圖4可以看出：隨著玻纖保留長度的降低，材料的耐冷卻液性能保持率有所提高。配方12＃~15＃樣條表麵二次元圖像見圖5。由圖5可以看出：配方12#樣品表麵有明顯浮纖發白，主喂玻纖材料（配方15＃樣品）表麵浮纖較少；推測主要原因為玻纖保留長度低時聚丙烯樹脂可以很好地浸潤纖維表麵，材料表界麵保護更好，實現了性能保持率的提升。
結論
（1）玻纖增強聚丙烯材料中不同聚丙烯樹脂對耐高溫冷卻液性能保持率有所影響，不同流動性的聚丙烯樹脂影響不大，部分基體的玻纖增強材料耐冷卻液性能保持率較高。
（2）接枝物含量對材料耐冷卻液性能保持率的影響呈現先增加後降低的趨勢，合適的界麵結合有利於耐冷卻液性能的保持。
（3）玻纖含量的增加不利於耐冷卻液性能保持率的提升，而降低玻纖保留長度有利於提升耐冷卻液性能保持率。

免責聲明：本文（部分）數據、圖表或其他內容來源於網絡或其他公開發表的資料，僅供讀者參考、交流、學習，不涉及任何商業行為或目的。版權歸屬原作者、原出處。若版權所有者認為本文涉嫌侵權或其他問題，請聯係我方並及時處理。