随着汽车工业的蓬勃发展, 制造汽车的各种原材料也迅速发展和更新换代, 越来越多的汽车零部件开始采用改性塑料替代金属制件. 塑料在汽车上的应用已有近50年的历史, 目前汽车用改性塑料的使用量已成为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志, 塑料饰件的大量应用, 促进了汽车的减重节能, 提高了汽车的美观舒适度.
PP以密度小, 性价比高, 具有优异的耐热性能, 耐化学药品腐蚀性, 刚性, 易于成型加工和回收利用等特性在汽车上得到了广泛的应用. 近来更是有把汽车内饰和外装材料统一到PP系列材料的趋势. 由于高性能基础树脂的开发生产周期长, 投资巨大, 技术要求高, 且需要高精尖的集成先进综合技术, 所以对现有PP树脂需要进行更广泛, 更有效, 更经济, 更实用的改性.
延伸性, 机械的强度和抗断裂性
无机填料和弹性体增韧增强改性PP主要是 '三高' . 是由 PP树脂, 三元乙丙橡胶(EPDM)和乙烯-辛烯共聚物(POE)等增韧弹性体及滑石粉, 碳酸钙等无机填料的复合物, 其主要用于汽车保险杠的注射成型, 且改性PP保险杠具有成本低, 质轻, 易涂装, 可循环使用等优点.
滑石粉填充改性PP材料具有高刚性, 低热膨胀系数和低收缩率, 且其抗化学腐蚀性能强, 尤其是经表面处理的滑石粉填充PP可有效改善PP的冲击性能, 提高材料的模量和热变形温度.
玻璃纤维增强改性PP
玻璃纤维增强改性PP材料尤其是LGFPP材料在汽车部件上的研究与应用(如在前端模块, 仪表板骨架, 车门模块等典型部件的应用)是多年来的研究热点之一.
LGFPP制品指含有长度为10~ 25mm的玻璃纤维改性的PP复合材料经过注塑等工艺形成的三维结构. 10~ 25mm的长玻璃纤维增强聚合物相比普通4~ 7mm的短玻璃纤维增强聚合物具有更高的强度, 刚度, 韧性, 以及尺寸稳定性好, 翘曲度低等优势. 此外, LGFPP材料比短玻璃纤维增强PP(GFPP)有着更好的抗蠕变性能, 即使经受100℃的高温也不会产生明显的蠕变.
与金属材料和热固性复合材料相比, LG-FPP的密度低, 相同部件的质量可减轻20%~ 50%;LGFPP能为设计人员提供更大的设计灵活性, 可成型形状复杂的部件, 提高集成汽车零部件的能力, 节约模具成本(一般长玻璃纤维增强聚合物注塑模具的成本约为金属冲压模具成本的20%), 减少能耗(长玻璃纤维增强聚合物的生产能耗仅为钢制品的60%~ 80%, 铝制品的35%~ 50%), 简化装配工序. 汽车部件用矿物纤维增强PP的新产品, 具有强度高, 热膨胀系数低, 耐高温, 阻燃性能好, 低浮纤, 低翘曲, 低收缩 等特点.
发泡改性PP
PP发泡材料是通过提高PP的熔体强度, 从而提高发泡倍率而制成的低密度物质, 其具有质轻, 耐热, 耐高温等优点.
随着汽车轻量化的发展, 选用PP发泡材料已成为汽车减重的重要途径, 目前其在汽车内饰上的应用也越来越多, 其中PP发泡材料在各种汽车上的使用占比为轿车占45%, 卡车, 工程机械车占20% , 客车, 商务车占35%.
汽车用PP发泡材料主要为化学微发泡材料, 因为普通微发泡PP制品的表观质量很不理想, 仅适合于需要表面覆皮的高端车, 不仅增加了制造成本, 也限制了PP发泡材料的推广和应用;而化学微孔发泡是以热塑性材料为基体, 化学发泡剂为气源, 通过自锁工艺使得气体形成超临界状态, 注入模腔后气体在扩散内压的作用下, 使制品中间分布着直径从十几到几十微米的封闭微孔泡, 且其理想的泡孔直径应 <50μm ，但目前国内行业实际生产的微发泡PP的微泡孔直径约为80～350μm 。对于微孔发泡主要有注塑微发泡、吹塑微发泡和挤出微发泡等，注塑微发泡适用于各种汽车内外饰件，如车身门板、尾门、风道等;挤出微发泡适用于密封条、顶棚等;吹塑微发泡适用于汽车风管等。
利用微发泡技术可使PP制品的质量减少约10%~ 20% , 较传统材料在部件上可实现最高50%的减重, 注射压力降低约30%~ 50% , 锁模力降低约20% , 循环周期减少10%~ 15%, 同时还能提高汽车的节能性, 较传统材料可实现最高30%的节能, 并且能改善制品的翘曲变形性, 使产品和模具的设计更灵活.
在一些部件中, 如汽车风管, 风道, 还可实现隔热, 降噪的效果, 减少后道工序的成本. 密 度 为0.06g/cm3的辐射交联PP高发泡片材具有良好的力学性能, 作为汽车车顶, 可降低汽车的质量, 同时其还可用于汽车的内饰件, 有利于汽车的轻量化.
耐刮擦PP
相对于工程塑料来说, PP, 橡胶改性PP, 热塑性聚烯烃和热塑性弹性体等聚烯烃材料具有可回收, 质轻, 成本低的优势, 因而被越来越多地应用于汽车以及其他领域, 然而聚烯烃材料的耐刮擦性能明显较差, 而这一性能却是仪表板, 操控台和门板表皮等汽车内部应用部件的关键性能, 也是汽车外部应用部件, 全地形车辆(ATVs)的重要性能之一, 而且表面性能提高的聚烯烃能很好地代替金属和工程塑料, 同时还有利于涂色, 因此积极寻找提高聚烯烃材料耐刮擦性能的解决方案十分重要. 通过添加涂层, 无机矿物和某些功能助剂可提高聚烯烃的耐刮擦性能, 例如添加耐刮擦剂可制备耐刮擦汽车内饰用PP复合材料.
汽车用改性PP的回收利用
塑料作为一种环保材料, 因其可塑性强, 质轻, 回收再利用率高等特性, 在汽车工业中的应用非常广泛, 无论是内饰件, 外饰件还是功能性结构件, 都越来越多地用到了塑料. 我国汽车保有量达到1.75亿辆, 对应用于汽车的塑料的粉碎再回收无疑变得越来越重要, 且汽车塑料的回收将会形成一个巨大的市场, 是一个前景广阔的领域, 学术界和企业在这方面都有很多的研究和实践.