新能源汽车发展火热，在外观设计方面新能源汽车通常比传统燃油车更加激进，更注重科技感和未来感的营造。灯光是实现汽车外观设计个性化的重要元素之一，汽车厂商除了在照明大灯组件上发力以外，现在还把注意力放到了保险杠这一与照明无关的外饰件上——通过在具有一定透光能力的保险杠上设计图案或花纹，并在保险杠背部放置背光组件，可以使保险杠发挥前所未有的装饰作用。
聚丙烯是一种常见的热塑性聚合物，改性后是制作汽车保险杠的主要材料。以往关于车用改性聚丙烯复合材料的研究主要关注力学性能、尺寸稳定性、抗老化等方面，至于光学透过性则基本不会涉及，因为之前几乎没有汽车的内外饰(除照明组件外)对光学透过性有要求，即使照明组件也不是聚丙烯材料的应用范围。然而，伴随着新能源汽车的发展，新的汽车外观设计风潮已经来临，聚丙烯复合材料的透光性能也成为一个需要关注的指标。
对于外饰保险杠的透光设计通常要求材料具有较高的透光率和较好的光扩散射效果，以满足灯光的设计效果。光散射效果不足，需要增加其背后的灯光点数量来满足均光的效果，提高了设计成本，且光线会变得刺眼。因此，近年来，对聚丙烯透光性能的研究越来越多。
针对光扩散的表征手段，一般都使用雾度参数，但无法很好地说明光扩散效果。本研究通过引入变角度透光率测试仪，导入半功率角和光扩散系数两个参数来表征材料的光扩散效果，并考察了不同组分对光扩散效果的影响。
1. 测试方法
制备好的样板置于23 ℃和50%RH下调节48 h,透光率和雾度按照ASTM D1003-13标准，在雾度/透光率测试仪上进行测试；光扩散系数和不同角度透光率曲线在可变角度光度计上进行测试，变角度透光率测试方法如图1所示。图1a所示光源从样板一侧入射，在另一侧不同角度测试透光率(-85°～85°),不同角度透光率的数据曲线和半功率角(DLD)的定义如图1b所示。DLD为最高透过率所对应的角度与50%最高透过率所对应角度间角度差值的绝对值。
图1 变角度透光率测试示意图
2 结果与讨论
2.1 不同聚丙烯树脂对光学性能的影响
表1不同聚丙烯实验配方表
本研究以表1中的1#配方为基础，考察了无规共聚聚丙烯RP38NK替换不同比例为均聚、一般共聚和高冲共聚聚丙烯后的光学参数变化情况。图2a为替换不同比例不同类型PP树脂的变角度透光率曲线，可以看出替换后的2#～7#峰高都不如1#，说明替换后不同角度的透光率均有一定程度下降，且替换同等比例的情况下，曲线信号强度由高到低为：HP500N>AP3N>K9010，这与材料本身的结晶度不同有直接对应性。图2b为替换后的透光率、雾度和光扩散系数，从结果可以看出，替换不同PP类型和比例后透光率均较原树脂差，雾度和光扩散系数都得到了提高。这是由于RP38NK为无规共聚聚丙烯，本身具有较好的透光率和较低的雾度，而替换的三种PP材料，一方面结晶度都较RP38NK高，且AP3N和K9010还有一定的乙丙橡胶(EPR)含量，在体系中起到光扩散效应，从而提高了材料的雾度，降低了透光率。从图2b结果中的试样5#和7#可以看出雾度与透光率不是严格的正相关关系。
图2 不同PP对材料变角度透光率、透光率、雾度及光扩散系数的影响
2.2 不同类型弹性体对光学性能的影响
为了更深入研究该配方体系的影响因素，对其中 的弹性体组分也进行了替换评估，分别尝试了不同流 动性的POE以及SEBS。从图3a可以看出，材料信号强度与POE种类没有明显关系，但是在本配方体系中，与POE流动性有明显关系，随着POE流动性 的下降，信号强度逐渐减弱，而SEBS则具有比所有POE都高的信号强度，说明在不同角度上的透光率都优于POE。图3b结果显示，随着POE的MFR降低，材料透光率逐渐下降，雾度逐步提高，光扩散系数也逐渐上升，而SEBS具有比POE更高的透光率，更低的雾度和光扩散系数，这与弹性体在体系中的分散有重要关系。弹性体熔体质量流动速率的增加，弹性体在基体中的分散效果更好，PP的结晶粒径更细，有助于光的透过性。
表2 不同弹性体实验配方表
图3 不同PP对材料变角度透光率、透光率、雾度及光扩散系数的影响
2.3 扩散系数与半功率角之间的相关性
为进一步分析材料的半功率角与光扩散系数之间 关系以及评估材料配方变化与半功率角的关系。以 1#配方作为基准配方，特征物料(PP、POE、滑石 粉)按照表3开展30组实验，并对其半功率角与光 扩散系数二者进行了关系拟合得到图4。从图4可以看出，半功率角和扩散系数有着较好的线性关系，相关系数达到0.9。半功率角测试优势为后续透光显示 设计距离提供数据，这是光扩散系数无法提供。为后 续透光聚丙烯材料的开发提供了新的评价方法。聚丙 烯材料的半功率角与光扩散系数呈正相关。
表3 实验分组表
图4 半功率角与光扩散系数拟合曲线
3 结论
1)PP类型和含量变化对透光率、雾度和光扩散系数都有明显影响，无规共聚PP具有较高的透光率，较低的雾度和光扩散系数，共聚PP的透光率较低，雾度和光扩散系数较高。
2)不同类型弹性体对材料光学特效也有明显影响。随着POE熔体质量流动速率的降低，材料透光率逐步下降，雾度和光扩散系数逐步提升；SEBS G1657比本文选择的POE有着更高的透光率，更低 的雾度和光扩散系数。
3)材料的光扩散系数与半功率角有着较好的线性关系。
