車用聚丙烯材料性能分析與典型應(yīng)用

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來(lái)源：CPRJ 中國(guó)塑料橡膠 作者：尚紅波（北汽福田汽車工程研究總院）

塑料是乘用類汽車常用的非金屬材料之一，在中級(jí)轎車，塑料的用量已經(jīng)占到整車質(zhì)量的12%到15%。在車用塑料中，聚丙烯是發(fā)展最快，應(yīng)用比例最大，使用頻次最高的塑料之一。以某款主流中級(jí)轎車拆解手冊(cè)數(shù)據(jù)為例，聚丙烯類材料約占整車塑料選用頻次的29%；聚丙烯類材料約占整車塑料用量比例的48%。因此，進(jìn)行聚丙烯類材料性能分析及典型應(yīng)用案例研究，對(duì)汽車零部件原材料開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義。

聚丙烯材料性能分析與典型應(yīng)用

聚丙烯（PP）樹脂是由丙烯單體聚合而成的非極性的結(jié)晶類塑料。PP具有價(jià)格低廉、密度較小、容易加工和重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)；但PP具有成型收縮率大、低溫脆性大、易老化等缺點(diǎn)。所以，通常采用物理或化學(xué)改性技術(shù)，添加滑石粉填充物、玻纖等增強(qiáng)材料、抗光/熱氧老化劑等助劑，提高聚丙烯材料的綜合性能，以滿足汽車部件性能要求。

汽車用聚丙烯材料種類、特點(diǎn)及典型部件

汽車上除少量部件采用純PP樹脂加工外，大部分部件皆采用改性PP材料進(jìn)行加工。

傳統(tǒng)改性聚丙烯主要用于汽車大部件有保險(xiǎn)杠、儀表板護(hù)板、門板、立柱等部件，長(zhǎng)玻纖聚丙烯主要用在大部件汽車前端模塊、儀表板骨架。這幾個(gè)大部件PP用量，約占全車PP用量的一半，因此材料性能要求具有代表性。

下面，僅結(jié)合乘用車幾個(gè)代表大型部件，從改性聚丙烯材料在相關(guān)部件的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述。

（1）PP EPDM-TD類材料在保險(xiǎn)杠外飾件的應(yīng)用分析

針對(duì)前后保險(xiǎn)杠本體的改性聚丙烯材料，行業(yè)已進(jìn)行了大量的研究，改性PP保險(xiǎn)杠具有成本低、質(zhì)量輕、易涂裝、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。目前，北汽福田乘用車保險(xiǎn)杠本體選材，主要采用PPEPDM-TD10或PPEPDM-TD20兩種改性聚丙烯材料。通過(guò)添加10-20份的滑石粉，即可保證材料收縮率和部件尺寸穩(wěn)定；通過(guò)EPDM或POE彈性體增韌，又可保證部件有良好的低溫沖擊性。

隨著汽車輕量化的關(guān)注度日益提升，輕量化設(shè)計(jì)對(duì)塑料材料應(yīng)用提出了大量的新要求。保險(xiǎn)杠可通過(guò)設(shè)計(jì)壁厚減薄而降重，這樣對(duì)熔融指數(shù)要求越來(lái)越高、對(duì)材料強(qiáng)度要求也提高；隨著降低成本壓力、環(huán)保要求日益嚴(yán)峻，免噴涂保險(xiǎn)杠應(yīng)運(yùn)而生，這對(duì)改性聚丙烯材料表面質(zhì)量，如耐劃傷性，等提出更高的要求。

（2）改性PP在內(nèi)飾件上的應(yīng)用分析

汽車內(nèi)飾件采用改性PP材料制作的大部件有儀表板、門板、立柱飾板等部件，見圖5到圖7。針對(duì)儀表板本體及下護(hù)板、門板本體、立柱飾板等部件用改性聚丙烯材料，行業(yè)已進(jìn)行了大量的研究。我司新車型開發(fā)中，部件選材更多地結(jié)合車型定位、成本、法規(guī)、性能等綜合因素而定。比如，A級(jí)車（入門級(jí)乘用車）、B級(jí)車（中級(jí)乘用車），由于目標(biāo)客戶及整車成本壓力、輕量化要求等，對(duì)零部件用材選材存在一定的差異。

A級(jí)乘用類車型注重內(nèi)飾件的經(jīng)濟(jì)性，比如：一般多采用硬質(zhì)儀表板、硬質(zhì)門板、硬質(zhì)立柱，其表面一般沒(méi)有或有很少采用面料或皮革進(jìn)行裝飾。因此，塑料件的耐熱氧老化、耐光老化、耐刮擦性、抗白痕性、抗發(fā)粘性等性能，基本由改性PP塑料粒子相關(guān)性能決定。以硬質(zhì)儀表板選材為例，材料以PPEPDM-TD20為主；力學(xué)性能方面，關(guān)注高模量高剛性高抗沖性；關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)：拉伸強(qiáng)度≧20MPa，模量≧1800MPa，缺口沖擊≧20kJ/m2。以門板本體和立柱飾板選材為例，材料一般為PPEPDM-TD20；高剛性中等模量中等沖擊性能，關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)：拉伸強(qiáng)度≧20MPa，模量≧1400MPa，缺口沖擊≧10kJ/m2。

B級(jí)乘用類車型注重內(nèi)飾件的裝飾性，因此在儀表板骨架、門板、立柱飾板表面多加上面料或皮革裝飾件。同時(shí)，總成性能的提升，需要（力學(xué)等）性能更加優(yōu)越的材料；隨著輕量化要求，部件輕量化設(shè)計(jì)需要更加輕質(zhì)的材料。比如：軟質(zhì)儀表板骨架選材，材料則以PP-LGF20為主；主要力學(xué)性能突出高模量高剛性，關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)：拉伸強(qiáng)度≧40MPa，模量≧4000MPa，缺口沖擊≧10kJ/m2。以門板本體或立柱飾板選材，主選材料則為PP/PE-TD16，或者PP/PE合金（根據(jù)需要可加入5-8份的滑石粉，以調(diào)節(jié)材料收縮率）。

隨著對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量要求的提高，對(duì)車內(nèi)塑料飾件散發(fā)特性也越來(lái)越嚴(yán)。內(nèi)飾件散發(fā)特性包括氣味性、甲醛含量、冷凝組分、總碳含量。目前，汽車廠對(duì)改性粒子管控，主要參照德系VDA標(biāo)準(zhǔn)：比如氣味≦3級(jí)，甲醛≦10g/kg，冷凝組分≦2mg，總碳含量≦50μgC/g。在項(xiàng)目中，我們?cè)龅礁男?/span>PP粒子氣味檢測(cè)性合格，但塑料件氣味性超標(biāo)的案例。經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)在注塑時(shí)，一方面噴了過(guò)量的脫模劑引入雜味，另一方面注塑溫度過(guò)高，導(dǎo)致材料部分分解產(chǎn)生異味；最終出現(xiàn)改性PP粒子氣味性合格，但最終塑料件氣味不合格的情況。

因此，要徹底解決塑料件的氣味性，往往需要汽車廠、零部件企業(yè)、原材料商三方共同努力。

除散發(fā)特性之外，塑料件的耐熱氧老化、耐光氧老化、耐刮擦性、抗白痕性、抗發(fā)粘性等都屬于材料認(rèn)可時(shí)重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目。比如，在汽車廠材料實(shí)驗(yàn)，針對(duì)PP進(jìn)行的150℃耐熱氧老化測(cè)試，更多地是評(píng)價(jià)材料本身在長(zhǎng)期使用條件下的可靠性。這需要在改性聚丙烯材料配方設(shè)計(jì)和加工過(guò)程前，充分考慮最終制品性能要求。

（3）PP-LGF在前端模塊上等部件的應(yīng)用分析

對(duì)PP-LGF（長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯）材料的研究與應(yīng)用，是近年來(lái)的熱點(diǎn)之一。PP-LGF材料中，玻璃纖維長(zhǎng)度一般可達(dá)15mm到30 mm，形成三維交叉結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)決定性能，因此PP-LGF相比普通4-7mm短玻纖材料具有更高的強(qiáng)度、剛性、韌性等優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于汽車前端模塊，采用PP-LGF30材料，可將散熱器、喇叭、冷凝器、托架等前端部件組合成一個(gè)整體；相比金屬件耐腐蝕、密度小、重量輕，減重約30%；相比玻纖尼龍，有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

隨著汽車輕量化的研究與應(yīng)用，“以塑代鋼”、“以輕代重”都給PP-LGF材料提供了廣闊的發(fā)展空間。比如，李菁華等人研究了PP-LGF取代金屬制造腳踏板的可行性；楊宇威研究了PP-LGF取代PA66-GF30制造車門拉手底座的可行性，以及取代PBT-GF30制造霧燈殼體的可行性；李志虎等人研究了PP-LGF取代PA-GF在換擋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究。其它汽車部件，比如車門板集成模塊、車頂窗框架／壓條、保險(xiǎn)杠、汽車行李架、汽車蓄電池外殼／托架、轎車座椅骨架、齒輪箱外殼、汽車外飾鏡框架、汽車雨刷器支架等，都可選用PP-LGF材料代替金屬和尼龍材料。

結(jié)論

1. 改性聚丙烯根據(jù)汽車部件性能要求，可分為增韌類、礦物填充類、玻纖增強(qiáng)類、聚丙烯/聚乙烯合金等；

2. 汽車塑料件的關(guān)注要點(diǎn)，可轉(zhuǎn)化成改性聚丙烯材料特征。需結(jié)合配方設(shè)計(jì)、加工工藝、后處理工藝等綜合考慮，來(lái)滿足汽車塑料件性能要求；

3. 隨著對(duì)乘用車空氣質(zhì)量要求的提高，低氣味聚丙烯類內(nèi)飾材料的開發(fā)與應(yīng)用是今后重點(diǎn)發(fā)展方向之一；

4. 隨著汽車輕量化，改性聚丙烯材料將進(jìn)一步拓展應(yīng)用，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯代替金屬、玻纖尼龍材料具有明顯的減重降本優(yōu)勢(shì)。

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