怎样优化玻纤增强PP的耐高温冷却液老化性能？

目前，新能源汽车正快速发展。提高汽车动力整体利用率最行之有效的方案是轻量化，改性塑料的进一步使用是汽车轻量化的主要研究方向。新能源汽车的冷却管路轻量化也是目前的研究重点。
在汽车热管理系统中，水室的材料主要为玻纤增强聚酰胺 66（PA66）材料，水室零件位于散热器两侧，并与散热器连接，从而组成水箱。水室是新能源汽车的动力系统冷却模块的重要零部件，对于材料的力学性能要求较高。同时，水室位于发动机周边，工况环境长期处于高温状态，因此对材料耐热老化性能有较高的要求。水室长期与冷却液接触，材料需要具备良好的耐冷却液性能。
汽车水室材料早期采用玻纤增强PA66方案。有关不同材料（PA66/聚邻苯二甲酰胺/聚苯醚等）影响耐冷却液后力学性能和尺寸的研究较多，对玻纤增强聚丙烯的研究主要集中在材料的常规力学和结晶行为。玻纤增强聚丙烯材料具有质轻、低碳环保的优势，具有较高的研究价值。虽然玻纤增强聚丙烯材料在常温下具有较好耐冷却液性能，但是对耐高温冷却液性能的影响研究较少。
本文主要研究玻纤增强聚丙烯材料耐高温冷却液后拉伸强度保持率的影响因素，初步考察了不同组分对玻纤增强聚丙烯材料耐高温冷却液老化性能的影响。
聚丙烯基体树脂对耐冷却液性能的影响
冷却液由水、防冻剂和各种添加剂组成。水的比热容较大并且热传导系数高，被水吸收的热量容易散发，因此水作为冷却液使用具有很多优点。实验中使用日产专用冷却液LLC，冰点温度为-35℃。玻纤增强聚丙烯材料的主要成分为聚丙烯树脂和短切玻纤。其中基体树脂的性能是玻纤增强聚丙烯材料性能的主要影响因素之一，所以实验中选择不同流动速率和结晶度的聚丙烯树脂。
可以看出：虽然配方1#和配方2#的聚丙烯树脂MFR相同，但是由于基体树脂聚丙烯2是高结晶聚丙烯，所以配方2#的常温拉伸强度由104MPa提高至114MPa，弯曲强度和模量由147MPa和6450MPa提升到157MPa和7060MPa。在材料耐冷却液性能保持率方面，树脂流动性对耐冷却液老化性能的影响不明显。由图1可以看出：高结晶树脂（配方2#）的耐冷却液老化后性能保持率较高，保持率为84%。配方3#相比于配方1#的老化后性能保持率较高。
不同接枝物含量对耐冷却液性能的影响
玻纤增强聚丙烯材料中主要成分为聚丙烯树脂和短切玻纤，但玻纤和聚丙烯树脂间之间的界面必须使用马来酸酐接枝物作为相容剂提升材料的力学性能，所以接枝物也是性能影响的主要因素之一。
开展了不同接枝物含量对材料初始力学性能和冷却液老化后性能保持率实验，具体实验配方见表3。表4是不同含量接枝聚丙烯下材料的力学性能的测试数据，图2是不同接枝物含量下材料的老化性能保持率。
可以看出：在无接枝物情况下拉伸强度为61.4MPa，随着马来酸酐接枝聚丙烯的添加拉伸强度提高至114MPa，弯曲强度由96.4MPa提高至157MPa。接枝物的添加改善了基体与玻纤的界面结合效果，提升了材料的力学性能。
可以看出：随着接枝物含量的增加，材料的耐冷却液性能保持率呈现先增加后降低的趋势，良好的界面结合可以提升耐冷却液老化性能保持率，但极性马来酸酐接枝物含量过高会引起复合材料的耐冷却液老化性能的下降。
玻纤保留长度及含量对耐冷却液性能的影响
短玻纤增强聚丙烯材料在不同的玻纤含量下表现出不同力学性能，从材料的力学性能来看，玻纤含量的增加可以提升材料的力学性能。通过玻纤喂料方式的变化实现玻纤保留长度的变化，考察不同的玻纤含量及不同玻纤保留长度对玻纤增强聚丙烯材料耐冷却液性能保持率的影响，随着玻纤含量的增加，材料的拉伸强度明显呈增加的趋势，10%玻纤增强聚丙烯的拉伸强度为66.4MPa，30％玻纤增强聚丙烯拉伸强度达到114MPa；采用不同的玻纤喂料方式，玻纤的保留长度明显发生变化，侧喂玻纤后玻纤保留长度为535μm左右，使用主喂玻纤工艺后玻纤保留长度下降至380μm；材料的拉伸强度也随着玻纤保留长度的降低而降低，全部主喂玻纤的配方15#拉伸强度降低至67.1MPa。
不同玻纤含量的玻纤增强聚丙烯老化后性能保持率见图3。由图3可以看出：聚丙烯树脂在不添加玻纤状态下，老化后性能基本不变，随着玻纤含量的增加性能保持率呈现降低现象；玻纤质量分数为10%时，性能保持率下降至96%；当玻纤质量分数达到 20%后，性能保持率继续下降至94％
不同玻纤保留长度下玻纤增强聚丙烯材料耐冷却液性能保持率见图4。由图4可以看出：随着玻纤保留长度的降低，材料的耐冷却液性能保持率有所提高。配方12＃~15＃样条表面二次元图像见图5。由图5可以看出：配方12#样品表面有明显浮纤发白，主喂玻纤材料（配方15＃样品）表面浮纤较少；推测主要原因为玻纤保留长度低时聚丙烯树脂可以很好地浸润纤维表面，材料表界面保护更好，实现了性能保持率的提升。
结论
（1）玻纤增强聚丙烯材料中不同聚丙烯树脂对耐高温冷却液性能保持率有所影响，不同流动性的聚丙烯树脂影响不大，部分基体的玻纤增强材料耐冷却液性能保持率较高。
（2）接枝物含量对材料耐冷却液性能保持率的影响呈现先增加后降低的趋势，合适的界面结合有利于耐冷却液性能的保持。
（3）玻纤含量的增加不利于耐冷却液性能保持率的提升，而降低玻纤保留长度有利于提升耐冷却液性能保持率。

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