微發(fā)泡PP如何在汽車輕量化中大顯身手？主要看“氣質(zhì)”！

據(jù)調(diào)查，汽車整體重量每減少100千克，百公里油耗可降低0.3-0.6升。隨著國(guó)家第二階段燃油指標(biāo)5L/100Kg要求，以及電動(dòng)汽車行程問題的凸顯，汽車材料輕量化已成行業(yè)潮流。目前，在汽車非金屬材料輕量化領(lǐng)域，化學(xué)微發(fā)泡技術(shù)成為主機(jī)廠競(jìng)相研究的主要課題之一。

圖：汽車節(jié)能的主要方案

微發(fā)泡(Microcellular Foaming)材料是指以材料為基體，內(nèi)部含有從幾十微米到幾百微米尺寸泡孔的多孔聚合物材料。微發(fā)泡主要分為超臨界氣體的物理發(fā)泡和發(fā)泡劑的化學(xué)發(fā)泡兩種，其中以MuCell為代表的氣體注入微發(fā)泡技術(shù)由于設(shè)備復(fù)雜、控制難度高、表觀不好，在使用中一直有諸多限制；而以NaHCO3和檸檬酸為代表的環(huán)境友好型化學(xué)技術(shù)，由于設(shè)備投入小、易于操作、發(fā)泡效果優(yōu)良，成為微發(fā)泡技術(shù)主要研究方向。

圖：微發(fā)泡技術(shù)流程圖

和普通塑料相比，化學(xué)微發(fā)泡材料既能有效減重，又能減少注塑缺陷、提高注塑效率，還具備隔熱、吸音、緩沖性能等特殊性能。具體如下表所示：

表：普通塑料和化學(xué)微發(fā)泡材料比較（以普通塑料為基準(zhǔn)）

微發(fā)泡材料好壞主要看“氣質(zhì)”--氣泡質(zhì)量，如泡孔大小、均一性、結(jié)構(gòu)分布是決定微發(fā)泡材料質(zhì)量的關(guān)鍵因素。合肥會(huì)通新材料公司的化學(xué)微發(fā)泡材料，泡孔直徑在80微米左右、均勻、細(xì)膩、性能保持率高，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

1.輕量化減重效果

減重比例是微發(fā)泡材料效果的關(guān)鍵指標(biāo)，只有泡孔直徑控制合理，且分布細(xì)膩、均一，才能在保證材料性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最大幅度的減重。汽車行業(yè)微發(fā)泡減重比例一般在15-30%左右，超過30%則一般性能損失過大，只在性能要求不高的場(chǎng)所使用。

以合肥會(huì)通新材料公司的產(chǎn)品為例，其微發(fā)泡材料在汽車內(nèi)飾外觀件，通常減重在20-25%左右，比行業(yè)平均水平高5%左右。

圖：不同減重比例效果

2.泡孔均一技術(shù)

為了達(dá)到最大的減重效果，不僅發(fā)泡孔徑盡量小，同時(shí)分布要均勻、細(xì)膩，不能出現(xiàn)眾多并孔現(xiàn)象。行業(yè)內(nèi)，微發(fā)泡材料的泡孔直徑普遍水平在120um以上，合肥會(huì)通新材料公司的微發(fā)泡材料在80um左右，且細(xì)膩、均一，這與采用特殊的發(fā)泡復(fù)合技術(shù)和特種基料有關(guān)。

圖：泡孔不均、均勻效果

3.“三明治”發(fā)泡結(jié)構(gòu)技術(shù)

良好的“三明治”結(jié)構(gòu)是微發(fā)泡效果優(yōu)異的典型技術(shù)特征。微發(fā)泡材料上、下表面密實(shí)的表皮層對(duì)制件外觀質(zhì)量、可噴涂后加工性有重大影響。細(xì)膩均勻的發(fā)泡芯層則決定了微發(fā)泡材料的減重效果和性能保持率。

如下圖所示，會(huì)通微發(fā)泡材料成型的制件上、下皮層密實(shí)，克服一般發(fā)泡材料表觀質(zhì)量差，難以噴涂、絲印、燙金等問題。

圖：“三明治”結(jié)構(gòu)

4.注塑件外觀控制技術(shù)

除了發(fā)泡技術(shù)之外，配方中PP組分的熔體強(qiáng)度是決定微發(fā)泡材料表觀質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。良好的PP集體熔體強(qiáng)度能增強(qiáng)對(duì)氣體的包裹能力，防止微發(fā)泡材料注塑過程中氣體在制件表面形成似水花樣的 “氣白”。破孔和并孔是控制微發(fā)泡注塑件外觀質(zhì)量和芯層泡孔結(jié)構(gòu)細(xì)膩均一的關(guān)鍵。

圖：高熔體強(qiáng)度PP制品表面效果（右）

5.性能保持率技術(shù)

下表是微發(fā)泡材料在發(fā)泡前和不同發(fā)泡減重效果下，材料性能對(duì)比（數(shù)據(jù)源于合肥會(huì)通在Ford空濾殼體均聚PP項(xiàng)目研究成果）：

表：發(fā)泡前、不同發(fā)泡減重效果下，材料性能對(duì)比

目前，化學(xué)微發(fā)泡材料在通用、寶馬、奔馳等汽車內(nèi)飾均有大范圍應(yīng)用，主要在汽車的車門內(nèi)襯板、儀表板、后門內(nèi)襯板、底護(hù)板等部位；從而降低制件的重量，實(shí)現(xiàn)部件的輕量化。如下圖所示：

圖：車門內(nèi)襯板（左），車后門內(nèi)襯板

圖：車門模組（左），底護(hù)板

圖：底部蓋板內(nèi)襯

圖：門護(hù)板

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