汽车行人保护支架的原材料结构与性能的研究
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摘 要：汽车碰撞安全性能越来越受到重视，其中对行人的保护性能要求也越来越高。文章介绍了用于汽车行人保护支架的长玻纤增强聚丙烯（简称LGFPP）结构与性能的研究。文章主要采用自主研发的挤出口模，通过单螺杆挤出机包覆挤出得到LGFPP，同时通过添加三种不同的增容剂EAA、EVA、GPP，研究不同增容剂对LGFPP性能的影响。
关键词：行人保护支架;长玻纤增强;聚丙烯;增容剂
1 前言
随着全球消费升级，消费者对汽车安全性能越来越重视，汽车碰撞安全星级的高低在一定程度上决定了汽车销量。多数情况下，当汽车与行人发生碰撞时，首先是行人的小腿或者膝关节与汽车前保险杠下端发生撞击，然后是行人大腿与汽车前保险杠上端或者汽车发动机罩的前缘接触。最为常见的现象是股骨骨折、胫骨骨折、关节韧带损伤等。
随着汽车行人保护法规的颁布，各汽车厂为了满足法规，设计了各种各样的行人保护结构。主要有金属支架和塑料支架，本文介绍的行人保护支架，其原材料就是工程塑料，即长玻纤增强聚丙烯（简称LGFPP）。
LGFPP复合材料具有优异的力学性能，加工过程无污染，可重复加工和再利用，很多应用领域被用来替代金属材料，且在汽车领域得到了广泛的使用。本文主要通过添加三种不同的增容剂EAA、EVA、GPP，研究不同增容剂对LGFPP性能的影响，并分析玻纤在基体树脂中的排布，及其产生的影响。
2 实验部分
原料：PP1（牌号F401）、PP2（牌号T30S）、玻璃纤维（工业级）、增容剂EAA（牌号6098）、EVA（牌号2820）和GPP（工业级）
实验流程：包括挤出包覆LGF、模压制样和测试性能。挤出包覆LGF流程如下：
将PP与EAA、EVA、GPP分别按比例200：16进行均匀混合，将混合料加入单螺杆挤出机中，同时将连续玻纤分3股喂入机头，使挤出的熔体均匀的涂覆在玻纤表面，然后进行冷却造粒。
将玻纤长度恒定为3mm，编号P-3表示PP总质量为160g，其中玻纤含量为15%;P-5表示PP总质量为160g，其中玻纤含量为30%;AP代表PP/EAA混合物总质量为160g，VP代表PP/EVA混合物总质量为160g，GP代表PP/GPP混合物总质量为160g;并按此编号、配料进行模压制备样件。
3 增容剂对长玻纤增强聚丙烯材料冲击性能的影响
表1显示EAA，GPP，EVA对增容PP1的冲击强度依次降低，说明增容效果最好的为EAA，最差的为GPP。还可以观察到当玻纤含量为15%时，GPP和EVA增容的PP1的冲击强度比没增容的PP1的冲击强度还要低，而当玻纤含量变化到30%时，又恰恰相反，说明在低玻纤含量下，GPP和EVA的增容没有起到增强LGFPP的作用。这可能是因为这两者在低浓度玻纤时对PP1结晶度的影响导致的冲击强度下降较增容起到的增强作用要大，而增容增强PP1的主要目的是为了使玻纤与基体之间的结合更加紧密，形成界面结合层，该结合层需要有一定的厚度才能起到增强作用。
从表2可以看出，玻纤低浓度时，这三种增容剂对PP2的效果都不明显，其中GPP增容后其冲击强度下降很明显，说明其对PP2没有起到良好的增容效果。在玻纤高浓度时，只有GPP没有起到增加LGFPP冲击强度的效果，说明其对PP2是无效的反而会引起冲击强度的下降。而比较表1可以看出，EAA對PP1不管在低浓度还是高浓度都有良好的增容效果，明显增强了LGFPP的冲击强度。这三者中效果最好的是EAA，而最差的是GPP。因为EAA为乙烯丙烯酸共聚物，含有大量的羧基能与玻纤表面的碱性基团结合形成牢固的化学键，还带有大量的氢键，使其本身的韧性很大，所以EAA增容玻纤增强的PP能在玻纤与基体树脂间形成理想的结合界面，而EVA为乙烯-醋酸乙烯共聚物，跟EAA类似，EVA上也有大量的羧基酸性基团，易于跟玻纤表面碱性基团结合，但相比较两者对基体树脂的影响，EAA更容易于PP混合均匀，而因为EVA的熔点大大低于PP，在混合过程中会造成其部分分解，也导致其混合的不均匀，故对基体树脂的结合没有EAA强，造成其增容效果没有EAA理想。而GPP为接枝聚丙烯，其与玻纤的结合为物理的分子缠绕作用，没有上述两者的化学键牢固，虽然与PP的相容性较前面两者的要好，但总体增容效果远远低于EAA和EVA。
4 结论
通过制备不同增容剂和不同玻纤含量的LGFPP复合材料，研究了不同牌号的增容剂、不同含量的玻纤对LGFPP复合材料冲击性能的影响。我们发现，不同增容剂对LGFPP的冲击性能有显著的影响，实验中的EAA对两种不同树脂基体的LGFPP都有很好的增容作用，从而提高其耐冲击性能。而GPP的增容作用对PP2呈现负面的影响，这是实际生产中应该避免的，所以合理选择增容剂非常重要。
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