干貨 | 聚丙烯（PP）材料在汽車零部件上的應(yīng)用與展望

新材料研習(xí)社報道宪拥，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，輕量铣减、舒適她君、綠色、環(huán)保成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向葫哗。汽車輕量化技術(shù)能夠減輕車身重量缔刹、降低油耗，是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施之一劣针。目前校镐，汽車零部件更多地采用塑料材料替代笨重、昂貴的金屬構(gòu)件捺典，“以塑代鋼”成為解決汽車工業(yè)發(fā)展要求的佳方案鸟廓，汽車塑料化程度已經(jīng)成為衡量汽車設(shè)計和制造水平的重要標志驶沼。

在當前的車用塑料中，聚丙烯是用量挚瘟、使用頻次绵载、增長速度的品種。聚丙烯在汽車工業(yè)中用量迅速增長是因為其密度小煌张、體積輕呐赡、設(shè)計空間廣，綠色環(huán)保骏融、性能優(yōu)異及其制造成本低链嘀。

聚丙烯在汽車外裝飾件的應(yīng)用特點是以塑代鋼，減輕汽車自重档玻。聚丙烯是一種由丙烯聚合（均聚PP）或丙烯和乙烯共同聚合（共聚PP）而成的無臭怀泊、無毒、半透明的聚合物误趴，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示霹琼。

聚丙烯按甲基（-CH3）空間排布的位置可分為等規(guī)聚丙烯（Isotactic polypropylene）、無規(guī)聚丙烯（Atactic polypropylene）和間規(guī)聚丙烯（Syndiotactic polypropylene）三種凉当。聚丙烯具有優(yōu)良的柔韌性枣申、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性看杭、介電性能忠藤，以及高強度的機械性能和高頻絕緣性，且不受濕度的影響楼雹，聚丙烯的種類及性能如圖2所示模孩。

目前，為了進一步改善聚丙烯的性能贮缅，通常采用化學(xué)改性（共聚改性榨咐、交聯(lián)改性、接枝改性谴供、添加成核劑等）或物理改性（添加有機或無機助劑等）改變高分子組分與大分子結(jié)構(gòu)祭芦、晶體構(gòu)型或填充、共混憔鬼、增強等來實現(xiàn)性能優(yōu)化龟劲。改性聚丙烯根據(jù)特點和功能可分為長玻纖增強聚丙烯材料、免噴涂聚丙烯材料轴或、聚丙烯微發(fā)泡材料昌跌、高溶體強度聚丙烯、環(huán)保阻燃聚丙烯材料照雁、抗菌聚丙烯蚕愤、耐刮擦聚丙烯材料答恶，及低氣味、低VOC聚丙烯材料等萍诱。

01 聚丙烯的車用優(yōu)勢

性能優(yōu)勢

聚丙烯在強度悬嗓、剛度、硬度裕坊、耐熱性上均優(yōu)于聚乙烯包竹；能夠在100℃的溫度下正常使用，具有良好的尺寸穩(wěn)定性籍凝、熱穩(wěn)定性周瞎、較好的力學(xué)性能、較高的耐沖擊性饵蒂、機械性質(zhì)強韌声诸，化學(xué)穩(wěn)定性良好且不受濕度影響。聚丙烯外觀透明而輕退盯，密度為0.89~0.91 g/cm3彼乌，是目前塑料中最輕的品種之一。

因此渊迁，采用聚丙烯替代傳統(tǒng)的金屬材料可以進一步實現(xiàn)重量的降低慰照。另外，由于近年聚丙烯改性技術(shù)的發(fā)展使聚丙烯在汽車工業(yè)的發(fā)展占據(jù)優(yōu)勢宫纬。

環(huán)保優(yōu)勢

聚丙烯為無毒焚挠、無味膏萧、無臭的乳白色透明高結(jié)晶聚合物漓骚，屬于環(huán)保材質(zhì)。聚丙烯不僅可回收再利用榛泛，而且在聚丙烯主鏈上含有叔碳原子蝌蹂，在高溫和氧化作用下能夠產(chǎn)生分子鏈分解反應(yīng)，使聚丙烯具有降解特性曹锨，大大地降低了白色污染帶來的環(huán)境問題孤个。

成本優(yōu)勢

聚丙烯的生產(chǎn)原料來源路徑多樣，主要有油沛简、煤齐鲤、甲醇、丙烯等椒楣。煤制聚丙烯是 目前聚丙烯中增長最快的一種原料來源方式给郊，如圖3所示。

由于我國煤炭資源豐富捧灰，且煤炭的價格較為穩(wěn)定淆九，煤制備聚丙烯成本浮動小。同時，聚丙烯容易加工成型炭庙，生產(chǎn)工藝簡單饲窿，其生產(chǎn)成本遠遠低于現(xiàn)有的其他塑料材料。

02 車用聚丙烯的改性研究

聚丙烯是汽車領(lǐng)域應(yīng)用的核心基材焕蹄，但由于聚丙烯的性能缺陷逾雄，包括收縮率大、容易產(chǎn)生翹曲變形擦盾、低溫易脆斷等嘲驾，決定其必須通過改性才能滿足車用部件的特殊需求。聚丙烯的改性原理是基于車用零件的具體要求迹卢，優(yōu)化基體樹脂的結(jié)構(gòu)和組成辽故，采用化學(xué)或物理方法來進行改性。

長玻纖增強聚丙烯

長玻纖增強聚丙烯是采用長度為 10~25 mm的玻璃纖維與基體樹脂進行復(fù)合而形成的改性聚丙烯復(fù)合材料腐碱，與普通聚丙烯材料相比誊垢，通過玻璃纖維增強的聚丙烯的機械性能能夠得到成倍甚至數(shù)倍的提高，能夠與ABS塑料的相關(guān)產(chǎn)品相媲美症见。

長玻纖增強聚丙烯具有更好的耐熱性能喂走，且成本遠低于ABS塑料；另外谋作，長玻纖增強聚丙烯的高溫耐疲勞強度甚至比以耐熱性著稱的玻纖增強尼龍高出10%芋肠，同時兼具更優(yōu)異的抗翹曲特性。普通聚丙烯與長玻纖增強聚丙烯的性能對比如表1所示遵蚜。

發(fā)泡改性聚丙烯

發(fā)泡改性聚丙烯是以聚丙烯材料為基體帖池，通過物理或者化學(xué)的方式使塑料中間層密布尺寸十到幾十微米的封閉微孔結(jié)構(gòu)。

發(fā)泡改性技術(shù)突破了傳統(tǒng)聚丙烯的諸多局限吭净，可以減輕制品的質(zhì)量和成型周期睡汹；同時使制品具有內(nèi)應(yīng)力、翹曲小的特性寂殉，在注塑成型中更平整囚巴、筆直和穩(wěn)定；另一方面友扰，由于微孔的支撐作用彤叉，使材料的抗沖擊性能和抗壓吸能性能更優(yōu)異，在受到多次連續(xù)撞擊和撓曲變形后能夠很快恢復(fù)原始形狀村怪。

低氣味秽浇、低VOC聚丙烯

低氣味、低 VOC 聚丙烯材料的研究是車用塑料發(fā)展的一個重要方向实愚，尤其針對處于相對封閉空間的汽車內(nèi)飾用聚丙烯材料兼呵，對聚丙烯提出了綠色兔辅、環(huán)保的要求。低氣味击喂、低 VOC 聚丙烯是通過在填料维苔、加工助劑的選擇、成型及后處理工藝等各個環(huán)節(jié)上來優(yōu)化以減少小分子的產(chǎn)生懂昂，從而控制氣味的產(chǎn)生介时。

免噴涂聚丙烯

免噴涂聚丙烯是在聚丙烯基體中通過熔融共混的方式加入具有不同顯示效果的金屬粉、陶瓷粉凌彬、高光色粉等沸柔，使其能夠自帶特殊的色彩，具備高光澤的特性铲敛，免噴涂聚丙烯能夠應(yīng)用于汽車的外飾件褐澎。

03 聚丙烯材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

保險杠（bumper）

保險杠作為汽車的重要組成部分，承擔著吸收和緩和外界沖擊力的作用伐蒋，保障駕駛員的自身安全工三。在進行保險杠加工時，常選取聚丙烯或改性聚丙烯材料作為保險杠的材質(zhì)先鱼，如圖4所示俭正。

聚丙烯保險杠的成型工藝普遍采用注塑和吹塑，注塑成型生產(chǎn)效率較高焙畔，能賦予保險杠剛性掸读；吹塑成型使制品具有剛性和彎曲強度的同時，外觀質(zhì)量也能得到大幅改善宏多。

聚丙烯作為質(zhì)輕材料儿惫，用于制作保險杠能在一定程度上減輕汽車的自重，而且聚丙烯的抗彎曲性能绷落、耐腐蝕性能對延長保險杠的使用壽命起到無可替代的作用姥闪；同時始苇，聚丙烯具有黏彈性砌烁，吸收沖擊能量大，可以應(yīng)對不同程度外力的作用催式，增強汽車的安全系數(shù)函喉。

Kim G H等探索了玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料的應(yīng)變速率力學(xué)性能及其對汽車保險杠梁結(jié)構(gòu)性能的影響。通過采用有限元仿真分析軟件LS-DYNA對玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料進行了沖擊仿真實驗荣月，驗證了可以通過使用應(yīng)變速率預(yù)測玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料保險杠的沖擊響應(yīng)管呵。

Ramaswamy K等研究了來自全球三家不同供應(yīng)商的聚丙烯微發(fā)泡材料的機械性能的差異，通過實驗?zāi)M了聚丙烯微發(fā)泡材料保險桿模型在各種載荷條件下的性能變化哺窄，了解了各供應(yīng)商之間聚丙烯微發(fā)泡材料性能之間的差異對應(yīng)用于低速保險杠的影響捐下。

GovindarajK等選擇滑石粉作為無機礦物填料账锹，用來制備滑改性聚丙烯共聚物（PPCP），將PPCP材料用于薄壁前保險杠集成式格柵構(gòu)件坷襟，驗證了設(shè)計結(jié)構(gòu)的耐久性奸柬，并對產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標進行了驗證，該設(shè)計完全符合規(guī)格要求婴程±龋基于PPCP材料的薄壁前保險杠集成式格柵部件減輕了車身400g的重量，從而有效實現(xiàn)低排放和低成本档叔。

擋泥板（fender）

汽車擋泥板的主要作用是防止在行車過程中泥土濺到車身桌粉、拉桿、球頭上衙四。當泥土飛濺到擋泥板上時铃肯，則容易引起生銹，并且在外力沖擊時擋泥板容易被破壞传蹈。采用聚丙烯或改性聚丙烯材料用于擋泥板缘薛，由于聚丙烯柔軟、耐沖擊卡睦、耐腐蝕的特點宴胧，擋泥板用聚丙烯材料可以有效防止生銹，保持擋泥板的美麗外觀表锻。另外恕齐，外力沖擊時容易引起變形，不容易直接毀壞部件瞬逊，如圖5所示显歧。

聚丙烯擋泥板的成型工藝與擋泥板的結(jié)構(gòu)和尺寸有很大關(guān)系。從工藝角度看确镊，目前國內(nèi)外汽車擋泥板的成型工藝主要包括沖壓士骤、折彎、焊接蕾域、注塑拷肌、滾塑等。

Shunichiro I的發(fā)明提出了一種聚丙烯類樹脂組合物旨巷，其中聚丙烯的含量為75~97%巨缘。本發(fā)明的聚丙烯類樹脂組合物的模制品在汽車工業(yè)，尤其是在汽車零部件采呐，諸如擋泥板若锁、門板、車頂?shù)炔考暇哂泻芎玫倪m用性斧吐。

Inal M等提到低流動聚丙烯均聚物（LPPH）是一種廣泛應(yīng)用于汽車的熱塑型塑料又固，由于其高的抗沖擊性能仲器，在汽車工業(yè)上常用作其緩沖作用的擋泥板原材料。

儀表板（instrument board）

儀表板作為汽車設(shè)計的重要環(huán)節(jié)仰冠，是一個集裝飾性娄周、功能性、舒適性沪停、安全性為一體的核心部件煤辨。作為汽車的內(nèi)飾構(gòu)件，儀表板直接面對駕乘人員木张，對駕乘人員的安全起著重要作用众辨。

由于聚丙烯優(yōu)良的剛性和出色的韌性，通過擠出和注塑成型制作的聚丙烯儀表板舷礼，既可以保證儀表板在使用過程中不出現(xiàn)變形鹃彻，又可以增加氣囊有限爆破的難度，保證駕乘人員的安全妻献，如圖6所示蛛株。

Yang B等的發(fā)明公開了聚丙烯組合物的制備方法，將該聚丙烯組合物制成薄膜或片材育拨，可以應(yīng)用于汽車的內(nèi)飾零部件谨履，如儀表板、輔助儀表板等熬丧。聚丙烯薄膜或片材可以與儀表板的氣囊門區(qū)域結(jié)合在一起笋粟，提高儀表板與氣囊之間的焊接力，提高用于儀表板氣囊門的沖擊阻力析蝴，防止安全氣囊門的破裂害捕。

Noh J G等發(fā)明了一種用于汽車內(nèi)飾構(gòu)件的聚丙烯樹脂組合物，其具有優(yōu)異的涂料黏合性闷畸，無須底漆處理就可以直接涂漆在汽車內(nèi)飾構(gòu)件的表面尝盼，如儀表板表面等，并且具有極好的抗沖擊破壞性佑菩、優(yōu)異的剛性和較低的重量盾沫，可以有效降低汽車內(nèi)飾構(gòu)件的重量。

風扇葉片（fanblade）

汽車發(fā)動機的冷卻風扇葉片是保證汽車發(fā)動機使用壽命的關(guān)鍵構(gòu)件倘待。風扇葉片的質(zhì)量直接影響發(fā)動機的冷卻效果和工作噪音的大小疮跑。聚丙烯風扇葉片具有重量輕组贺、噪音低凸舵、壽命長等優(yōu)點，并且葉片形狀可以通過注塑成型制成各種有利于空氣流動的飛機機翼形失尖。因此啊奄，聚丙烯塑料成為汽車發(fā)動機風扇壓片的首塑料材料渐苏，如圖7所示。

Yan X等通過采用注射成型工藝制備了玻璃纖維和玄武巖纖維增強的聚丙烯雜化復(fù)合材料菇夸。由于玻璃纖維琼富、玄武巖纖維增強的聚丙烯復(fù)合材料在汽車工業(yè)中有的應(yīng)用備受歡迎，在汽車發(fā)動機風扇葉片上的應(yīng)用則是最為典型的代表庄新。

其他應(yīng)用（other）

聚丙烯及其改性聚丙烯材料除了在汽車保險杠鞠眉、擋泥板、儀表板及風扇葉片上的應(yīng)用外择诈，在汽車上的應(yīng)用還包括前端模塊械蹋、換擋器座底、底護板羞芍、天窗排水槽哗戈、發(fā)動機罩蓋、排檔盒底座荷科、后視鏡支架唯咬、車門內(nèi)板、座椅護板畏浆、門護板胆胰、柱護板、包裹架護板刻获、后護板煮剧、油箱、散熱器水室将鸵、油門踏板勉盅、卡車保險桿支架等。

04 聚丙烯材料在汽車領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題和發(fā)展方向

聚丙烯通過增韌顶掉、填充草娜、增強、共混等改性方法可得到性能各不相同的材料痒筒，在汽車外裝飾件宰闰、內(nèi)裝飾件、功能與結(jié)構(gòu)件上得到了廣泛的應(yīng)用簿透。目前移袍，市場上新能源汽車的保有量不斷上升，前景十分廣闊老充。

面對“國六”即將全面到來葡盗，隨著汽車制造水平及消費者對汽車安全性、舒適性及審美的要求啡浊，對聚丙烯材料的性能提出了更多觅够、更高的要求胶背，低密度、薄壁化喘先、微發(fā)泡钳吟、高強度、低氣味是目前車用聚丙烯材料亟待解決的技術(shù)難題和未來主要的發(fā)展方向窘拯。

05 結(jié)語

汽車塑料的用量是衡量一個國家汽車生產(chǎn)技術(shù)水平的關(guān)鍵指標红且。聚丙烯材料憑借其高性價比和優(yōu)越的性能，在車用塑料中扮演著不可替代的角色涤姊。越來越多的汽車零部件采用聚丙烯材料替代金屬制件直焙，以促進汽車工業(yè)的減重節(jié)能，提高汽車的美觀舒適度砂轻。本文闡述了聚丙烯及其改性材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀奔誓，以及未來在汽車領(lǐng)域的發(fā)展方向。

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