線性膨脹(zhàng)系數(CLTE)是車用聚丙(bing)烯(PP)材料尺寸穩定(dìng)性的一個♍重要🔱參(can)♊數。通常PP材料的CLTE較(jiào)大， 且在注塑成型(xíng)時熔體流動(MD)方向(xiang)與垂直流動(TD)方向(xiang)的CLTE相差很大，TD方向(xiàng)幾乎為⭕MD方向的2～3倍(bei)，不能滿足汽車制(zhì)件尺寸穩定性的(de)要求。降低PP材料的(de)🈲CLTE，提高其尺寸穩定(dìng)性，可減少與其它(ta)裝配件的錯配及(ji)裝配間隙，改善裝(zhuang)配效果。
什麼是CLTE？
CLTE是(shì)指材料在單位溫(wēn)度變化(ΔT)範圍内長(zhang)度的變化(ΔL)與初🙇🏻始(shi)長度(L)的👄比，CLTE=ΔL/(L×ΔT)。材料的(de)CLTE與材料的尺寸關(guān)系很大，會影響材(cai)料制件㊙️的裝配及(jí)裝配後的尺寸穩(wěn)定性。CLTE是通過靜态(tai)熱機械分析(TMA)測得(dé)。TMA是在程序控溫下(xia)，測量物質在非振(zhen)動負荷🚩下形變與(yǔ)溫度的關系，得到(dào)的曲線是以樣♉品(pǐn)的長度L或形變量(liàng)ΔL為縱🚶♀️坐标，以溫度(dù)👈T為橫坐标的曲線(xiàn)。
PP樹脂的影響
PP為半(ban)結晶性聚合物，具(ju)有一定的結晶度(du)，且在注塑💚過🔴程中(zhong)，分子鍊會沿着熔(rong)體流動方向取向(xiang)。PP非晶鍊🧑🏾🤝🧑🏼段比結晶(jīng)鍊段🈲具有更高的(de)運動能力，從而産(chan)生更高的熱膨脹(zhàng)性能。因此，提高PP材(cái)料的結晶性和分(fen)子鍊取向，可🍓降低(di)材料的CLTE。
彈性體增(zēng)韌劑的影響
1)彈性體形(xíng)态的影響
(αx，αy和(he)αz分别為x，y，z方向的熱(rè)膨脹，Δlp和Δlr分别為塑(su)料和橡膠每🍉單位(wèi)的熱⛱️膨脹)
圖中a橡(xiang)膠相以球形結構(gou)分布在塑料基體(ti)中，該體系的♍CLTE在x，y，z 3個(gè)方向的CLTE相同，且為(wei)塑料相和橡膠相(xiàng)CLTE之和。
圖中b為塑料(liao)和橡膠以薄層狀(zhuàng)結構疊加分布，由(yóu)于塑料的💁拉伸彈(dàn)性模量比橡膠的(de)拉伸彈性模量高(gāo)50～1000倍，使得橡膠平行(háng)于層狀方向的熱(rè)膨脹受到了塑料(liào)的抑制，因此👈在平(píng)行于層狀結構的(de)xy方向的CLTE降低至塑(su)料的✏️CLTE，而橡膠将朝(cháo)着垂直于層狀的(de)方向熱膨脹，導緻(zhi)厚度方向(z方向)的(de)CLTE變大。
圖中c為橡膠(jiao)相變成微層結構(gòu)且與塑料基體形(xíng)成雙🤟連🔴續相🛀，橡㊙️膠(jiao)在x，y方向的熱膨脹(zhang)受到了塑料的高(gao)度抑制，橡膠沿🏃🏻♂️着(zhe)z方向熱膨脹，橡膠(jiāo)的膨脹會對連續(xu)相塑料在z方向施(shi)加🛀一個拉力，使得(de)📐塑料也朝着z方向(xiàng)膨脹，使得x，y方向的(de)CLTE進一步🏃🏻♂️降低。
彈性(xing)體的形态主要取(qu)決于彈性體/PP基體(ti)的黏度比。當彈🥵性(xing)體/PP黏度比低時， 彈(dàn)性體沿着MD和TD方向(xiang)呈棒狀，PP垂直彈性(xìng)體方向結晶取向(xiàng)。當彈性體/PP黏度比(bǐ)中等時，彈性體沿(yan)着MD方向成棒狀，沿(yán)着TD方向成球狀，在(zài)MD方向，PP垂直彈性體(ti)方向取向結晶，在(zai)TD方向，PP随機地穿透(tòu)🍉彈性體，結晶取向(xiang)降低。
當彈性體/PP黏(nián)度比大時，彈性體(tǐ)在MD和TD方向均成圓(yuán)形❗，表明✍️彈性體為(wei)球形，PP随機地穿透(tòu)彈性體，結晶取向(xiang)☔進一步降低。随着(zhe)彈性體/PP黏度比的(de)增大，MD和TD方向的CLTE增(zeng)加，厚度方向♉降低(di)。
2)彈性體含量的影(yǐng)響
PP/乙丙(bing)橡膠(EPR)合金的CLTE在EPR含(han)量低于20%時緩慢增(zēng)加，随後顯著降低(dī)，當EPR含量高于70%時，PP和(he)EPR發生了相反轉，且(qiě)由于EPR的CLTE比PP大㊙️，因此(cǐ)PP/EPR合金的CLTE快速增大(da)。當彈性體EPR含量為(wéi)60%時，PP/EPR合金的CLTE為⛹🏻♀️4.3×10–5°C–1，比30%滑(hua)石粉填充🔴(5.0×10–5°C–1)還低，與(yǔ)30%玻纖填充(3.5×10–5°C–1)相當。因(yīn)此，可在填料含量(liang)不高的情況下降(jiàng)低材料的CLTE，從而應(ying)用在低密度材料(liao)中。
POE是由乙烯和共(gong)聚單體聚合制得(dé)的。POE中共聚單體的(de)含量和👈類型也會(hui)影響PP材料的CLTE。PP與彈(dàn)性體通常是不相(xiang)容‼️的，會發生相分(fèn)⛹🏻♀️離。當共聚單體含(han)量高時，相分😍離慢(man);當共聚單體含量(liàng)低時，相分離快。
對(dui)于高共聚單體含(hán)量(30%)的POE，PP無定型鍊從(cong)彈性體中相☎️分離(li)🧡慢📧，被PP的快速結晶(jīng)阻止，使得PP無定型(xing)鍊保留在彈性體(tǐ)中。因此🐅，PP無定型鍊(lian)段和彈性體的熱(rè)膨脹受到了結😍晶(jīng)PP的抑制，使得♉CLTE較小(xiao)。而🌈低共聚單體含(hán)量(9%)的🎯POE，由于相分🍉離(li)比PP結晶更快，PP無定(dìng)型鍊會擴散到PP晶(jīng)體間，彈性體和PP無(wú)定型鍊段熱膨脹(zhàng)受到的抑制作用(yong)少，導緻CLTE較大⛱️。因此(ci)，PP材料的CLTE随着POE彈性(xing)體中共聚單體含(hán)量的增加而降低(dī)。
另外，POE的熔體流動(dong)性對PP的CLTE也有較大(dà)影響，随着POE的熔體(tǐ)流動速率(MFR)的增加(jiā)，POE在共混材料剪切(qiē)分散過程中越容(róng)易分散形成連續(xù)分布的微觀相态(tài)結構，分散的橡膠(jiāo)相被PP所束縛，從而(er)使得PP材料在✨MD和TD方(fāng)向上的⛱️熱膨脹行(háng)為受到了🐆抑制，因(yin)此PP材料的CLTE逐漸變(bian)小。
填料的影響
其中，降低(di)滑石粉粒徑、增厚(hou)滑石粉含量，均能(neng)使PP的CLTE在MD和TD兩個方(fang)向降低。
為了提高(gao)填料與PP的界面結(jié)合力，可添加馬來(lái)酸酐接枝PP(PP-g-MAH)作🌏為增(zēng)容劑，使高分子鍊(lian)相互纏結，同時也(yě)與填料互穿混合(hé)，高分子鍊💜的熱運(yùn)動受到抑制，從而(ér)可降低🤩PP材料的CLTE，且(qie)在垂直流動方向(xiang)降低的程度更🏃🏻大(da)。
助劑的影響
改性(xing)PP材料中常通過添(tian)加成核劑以提高(gāo)材料的結晶性💰來(lai)提🔞高材料的剛性(xing)。晶區聚合物鍊比(bǐ)非晶區聚合物鍊(lian)🌈的運動受到了更(gèng)大的抑制，其熱膨(péng)脹程度也更低。因(yin)此， 添加成核劑的(de)PP材料具有更高的(de)結晶性，其CLTE比加成(cheng)核劑🔞的PP材料低。
結(jié)論
PP樹脂、彈性體、填(tian)料和成核劑對CLTE影(ying)響較大。總結以上(shàng)方法，可得如下結(jie)論：
提高PP樹脂的結(jie)晶性和分子鍊取(qǔ)向可降低CLTE。
提高彈(dàn)性體共聚單體含(han)量，降低相分離程(chéng)度，提高彈性體MFR，降(jiàng)低其粒徑，調節彈(dàn)性體形态使其與(yu)PP基體形成雙連續(xù)相結構，均可降低(dī)CLTE。
加入不同結構的(de)無機填料均可明(míng)顯降低CLTE。
加入成核(hé)劑可提高PP的結晶(jīng)性，降低CLTE。
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