改性聚丙烯材料在汽车工业上的应用及发展前景
王修华
（中化弘润石油化工有限公司    潍坊市  262513）
摘要：在分析了我国国情的基础上，就国际聚丙烯技术发展十分迅速，新产品、新工艺不断涌现，新型高性能聚丙烯产品大量进入汽车、电子、电器等高端应用领域，聚丙烯材料作为塑料家族中重要的一类，可以预见将在汽车、电子、电器等工业上的应用越来越广泛。
关键词： 改性聚丙烯，    汽车、电子、电器
随着中国经济持续高速的发展，中国汽车工业正进入一个快速发展的历史时期。2005年汽车销售量达到575.8189万辆，2006年销售汽车突破700万辆，最终达721.5972万辆。预计2010年汽车产量将达到800万-1000万辆之间，2020年国内汽车需求量及产量将在1400万-1800万辆之间，到时将超过美国成为全球第一大汽车生产国。随着汽车工业的发展，节能、质轻、高速+美观、环保、乘坐舒适及安全可靠对汽车的要求越来越重要。当前，世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化、环保化，减轻汽车自身的重量是降低汽车排放，提高燃烧效率
的最有效措施之一。汽车的自重每减少10%，燃油的消耗可降低6%-8%。为此降低整车成本及其重量，增加汽车的有效载荷，增加塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键，增强聚丙烯材料作为通用塑料中最为普通的一类，其在汽车上的应用则更举足轻重。
通常，PP材料的拉伸强度在20M~30MPa之间，弯曲强度在25M~50MPa之间，弯曲模量在800M~1500MPa之间。如果要想把PP用在工程结构件上，就必须使用玻璃纤维进行增强。
一般来说，通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。具体来说，拉伸强度达到了65MPa~90MPa，弯曲强度达到了70MPa~120MPa，弯曲模量达到了3000MPa~4500MPa，这样的机械强度完全可以与ABS及增强ABS产品相媲美，并且更耐热。一般ABS和增强ABS的耐热温度在80℃~98℃之间，而玻璃纤维增强的PP材料的耐热温度可以达到135℃145℃。
改性聚丙烯将有以下几方面的发展趋势：
1、高刚性、高光泽PP。这种产品将有可能在汽车配件材料中取代PS和ABS。
    2、无卤阻燃PP。欧盟RoHS法令的实施，各国对环境保护的重视，无卤阻燃PP的研发紧迫，且市场前景广阔。
    3、长玻纤增强PP。普通的短玻纤增强PP，由于含有的玻纤短，易翘曲，冲击强度低，受热容易变形，长玻纤能够克服短玻纤的上述缺陷，且制品具有较好的表面、较高的使用温度、较高的冲击强度。
    4、抗菌PP。这种塑料是一种自身具有杀菌、抑菌性能的新型功能高分子材料，前景广阔。
    5、物理、化学等综合性能良好。手感好，耐磨，对电、热、声都有良好的绝缘性能，透明度高、透气率高，可被广泛地用来制造电绝缘材料，绝缘保温材料；耐化学腐蚀性好，对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有抵抗能力。
    6、着性好。可按需要制成各种各样的颜，有黑、灰、白、桃木纹等。
    7、加工性能好。可通过挤出、吹塑和注射等工艺加工成管、板、薄膜及纤维，复杂的制品可一次成型，能采用各种成型法大批量生产，生产效率高，成本较低，经济效益显著，如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有金属的1/10。
    8、环保、节约能源。可回收利用，是满足人类可持续发展战略可大力推广的材料，每100km节油在0.5L以上。
    9、价格低廉。目前，市场上PP的价格是8000元/t，而其他塑料一般都不低于10000元/t，有些塑料材料的价格甚至已达40000-50000元/t以上。
    10、缺点：收缩率大，吸水性强，尺寸稳定性差，难以制得高精度制品，易燃，燃烧时产生大量黑烟和有毒气体，长期使用易老化、易变形；但通过改性可降低其缺陷。
2 汽车用聚丙烯材料的概况
    聚丙烯材料在汽车工业上应用源自20世纪50年代，已经有50多年的历史了，它在汽车减重、安全、美观、舒适、节能、耐用等方面功不可没，这是因为PO塑料具有自己独特的性能。
    据统计：我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP>PVC>PU>不饱和树脂>ABS>PF>PE>PA>PC>复合材料；德国PVC>PU>PP>PE>ABS；美国PU>PP>PE>PVC>ABS；日本PVC>PP>PU>ABS>PE>FRP。由此可见PO材料在我国汽
车工业及世界上主要汽车生产大国应用都较为普遍，这主要与其价格低廉、性能良好有关。
3 聚丙烯材料在汽车工业上的应用
    汽车用聚丙烯材料零部件分为三类：内饰件、外饰件和功能件。
3.1 内饰件
    一辆汽车最容易出彩的是内饰件，因为汽车的外观是给别人看的，而人们真正享受的是汽车的内饰，内饰强调触觉、手感、舒适性和可视性等，内饰产品主要包括以下几个方面：
3.1.1 仪表板
    仪表板是汽车上主要内饰件，壁薄，体积大，上面开有很多方孔、圆孔等仪表孔，且结构形状较为复杂的零部件，目前使用的仪表板可分为硬仪表板和软仪表板两种。
    硬仪表板常用于轻、小型货车、大货车和客车上，一般采用PP、PC、ABS、ABS/PC
等一次性注射成型。这种仪表板表面有花纹，尺寸很大，无蒙皮，表面质量要求很高，要求材料耐湿、耐热，刚性好不易变形。但由于采用多点注射成型，易形成流痕和黏接痕，同时添加母不均，容易产生差，因此表面需经涂装才能使用，且最好选用亚光漆涂装。欧洲及日本的汽车仪表板大都选用以增强PP或ABS/PC注塑成型。
    软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成。骨架一般选用价格低廉的改性PP聚烯烃塑料。表皮则采用PVC/ABS或PVC片材，并带有皮纹，其加工工艺是先将表皮真空吸塑成型后，将吸塑好的表皮修剪后备用，置入发泡模腔内，再放上骨架，然后注入缓冲类发泡材料(如PU)而成型。由于半硬质PU泡沫的开孔性，因此它具有良好的回弹性，并能吸收50%-70%的：中击能量，安全性高，耐热，耐寒，坚固耐用，且手感好。但是由这三种以上材料构成的仪表板，材料的再生利用极为困难，为了便于回收利用，正在发展用改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯发泡材料构成的仪表板。
   3.1.2 车门内板
    车门内板的构造基本上类似于仪表板。如图1(略)所示为中国重汽生产的斯太尔“王”中卡车门内板，单个重3.1kg，单车6.2kg，它就是由PP添加20%玻璃纤维增强注塑而成的。
    最近国外公司开发成功的低压注射-压缩成型方法，是把表皮材料放在还未凝固的聚丙烯毛坯上，经过压缩层压成为门内板。表皮材料为衬有PP软泡层的TPO，这类门板易回收再生。近年来，车门内饰板为满足耐候性和柔软性，已开始使用热塑性弹性体与PP泡沫板相叠合的结构，日本开发了一种冲压成型连续生产全PP车门内饰板的技术，门板包括PP内衬板、PP泡沫衬热层和PP/EPDM皮层结构。另外，设计者为了有效提高驾驶室的可利用空间，采用车门内板与车门扶手一体化造型，应用改性PP做骨架材料，再复合软材料制成整体门内板，我们国产的“金王子”现已应用该技术。
高端汽车
3.1.3 门手柄
    门手柄不仅是启、闭门的功能件，也是装饰件，一般以改性PP、ABS、PC/ABS合金等材料注塑而成。如桑塔纳的门手柄是用改性PP经注射而成，表面带皮纹，在接缝处有注塑而富有手感的线痕迹。
  3.1.4 杂物箱及盖
    杂物箱一般选用耐冲击、耐老化的改性PP注射而成，杂物箱盖一般选用PP复合材料或纯PP注射而成。
  3.2 外饰件
    外饰件除要求有内饰件的功能外，还要求具有高强度、高韧性、耐环境条件性能及耐冲击性能等。
   3.2.1 汽车保险杠
    保险杠是汽车的主要外饰件之一。保险杠一般采用改性PP材料、模压塑料板材，也可用玻璃纤维增强塑料模压、吸塑或注塑成型。以上海桑塔纳轿车为例，前保险杠重4kg，后保险杠重4.4kg。保险杠也由面板和骨架组成。桑塔纳轿车的面板材料采用共聚丙烯PP添加热塑性弹性体，再加入其他助剂，经注塑成型。根据不同车型要求，某些车型的保险杠需要喷漆，如捷达王、新捷达、别克等车的保险杠进行表面喷漆。而桑塔纳和奥迪100等就直接采用注塑成型的保险杠，要求保险杠与车身同一泽。保险杠表面经喷漆后，泽漂亮，但成本增加近一倍，而且喷漆后的保险杠，回收再生料的耐寒性和伸长率大幅度降低，不能再用于制造保险杠，所以开发可涂性PP制造保险杠是很迫切的研究课题。最近，国外推出的新一代聚烯烃热塑性弹性体主要用于汽车保险杠，使壁厚由原来的3.5mm减至2.5mm，保险杠重量减轻31%，成型周期缩短了15s。此外，与原来的聚烯烃热塑性弹性
体相比，其弯曲弹性提高一倍，拉伸强度提高60%，熔体流动速度提高了一倍。
 3.2.2 翼子板(挡泥板)
    翼子板也是汽车外用部件，是防止汽车在行驶过程中，被车轮卷起的砂石泥浆溅到车厢底部的设置，对材料的要求是耐气候老化和具有良好的成型加工性。桑塔纳轿车前轮左右的上方有2个挡泥板，重约1.8kg，它是用增韧改性PP经注射成型而成的；重型汽车的挡泥板更大，有的由2-3块组成，重10kg以上。目前，一种具有安全性、高品质外观和环保性能等优良性能的新型热塑性聚丙烯材料的多功能挡泥板在宝马新款车型BMW X5得到应用。
   3.2.3 电瓶箱盖
    重型汽车上的电瓶箱盖一般要求耐热、耐晒、耐冲击、耐划伤、防静电、防腐蚀等性能，如图2(略)中国重汽生产的斯太尔“王”、“HOWO”、“金王子”电瓶箱盖采用的改性PP注塑而成的，单件童3.7kg。
   3.2.4 侧防撞条
    现在有不少侧防撞条材料都是采用改性PP或TPO注射成型，如捷达轿车的防撞条就是用改性PP材料制成。
   3.2.5 导流板
    导流板要求轻量、高刚性、设计新颖并呈流线型。传统的导流板一般采用SMC(片材模塑材料)、FRP、mPPO等材料；为了材料的可回收利用，现在也有不少厂家选用改性聚丙烯注塑成型。
   3.3 汽车用主要塑料功能件
    功能件主要指制件必须满足特殊的使用功能，所以对其有特殊要求。
   3.3.1 暖风机、空调
    暖风机、空调是汽车重要功能件、关键件，其总成大部分是由改性PP聚烯烃塑料注塑而成的，图3(略)所示为中国重汽“金王子”重卡暖风机、空调总成，其壳体重约6kg，由左、右两壳体组成，是由PP添加20%玻璃纤维增强注塑而成。
  3.3.2 驾驶室暖风、空调风管
    驾驶室暖风、空调风管一般都是由pp吹塑而成。图4(略)所示为中国重汽“金王子”重卡由pp吹塑而成的暖风、空调风管。
   3.3.3 燃油箱及燃油管
    燃油箱属汽车的功能件、结构件，又是汽车重要的安全部件之一，结构分为单层或多层复合两种。其材质应具有耐寒、耐热、耐蠕变、耐应力开裂、耐大气老化、耐溶剂及化学药品等性能，其抗冲击、抗渗漏、阻燃、防爆等特性又尤为重要，因此塑料燃油箱通常采用pp基材，并辅以黏接和阻隔性材料吸塑而成，其箱体内壁要用不同方法表面处理。