汽車用塑料專題

編者按：隨著低碳經(jīng)濟的發(fā)展，節(jié)能、降耗已成為汽車工業(yè)發(fā)展所面臨的巨大挑戰(zhàn)，人們對汽車輕量化、低油耗、安全性能等要求不斷提高，質(zhì)輕、耐腐蝕、減振、成型加工方便的塑料正越來越多地應(yīng)用于汽車工業(yè)，其應(yīng)用部件已由普通裝飾件發(fā)展到結(jié)構(gòu)件、功能件，而使用的塑料種類也由通用塑料擴展到強度高、沖擊性能好的高性能增強工程塑料。在過去的幾十年中，汽車的塑料用量不斷增加。在未來的幾年里，我國汽車用塑料的用量還將大幅上升。據(jù)預(yù)測，到2015年，我國汽車工業(yè)的塑料需求量將達(dá)350多萬噸，到2020年，這一數(shù)字有望接近600萬噸。目前，國內(nèi)外都非常重視汽車用塑料的研發(fā)，現(xiàn)已推出多種綜合性能優(yōu)良的塑料品種供汽車工業(yè)使用。但我國的汽車用塑料還存在許多問題，如汽車專用塑料牌號少、產(chǎn)品性能不能滿足選材要求等。論壇里面的汽車用塑料板塊已經(jīng)有很多壇友對其進行了深入討論，本期推出汽車用塑料專題，對塑料在汽車零部件中的應(yīng)用問題提供一些解決方案，供讀者參考。我刊今后將不定期將“中塑互聯(lián)，http：／／bbs.ourplas.cn”上優(yōu)秀的帖子整理刊發(fā)，敬請讀者關(guān)注。

問：汽車大部件上經(jīng)常出現(xiàn)虎皮紋現(xiàn)象，除了改變配方和調(diào)整注塑工藝外，有哪些方法可以在擠出加工過程中進行調(diào)整和改善？有資料認(rèn)為虎皮紋的成因主要是彈性體的卷曲伸展造成的，那么能否考慮盡可能將彈性體打散成微球然后再分散到聚丙烯（PP）基材中去？

答：宏觀性地將彈性體打散并分散在另一基體里，這是非常容易做到的。而彈性體的“分子卷曲伸展”屬于微觀范疇內(nèi)，不可能實現(xiàn)打碎分散。如果能將彈性體的分子鏈等結(jié)構(gòu)打散破壞，則它就不是彈性體了，也不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用了。

可能的原因及解決方案為：

（1）這種現(xiàn)象與擠出過程中的“鯊魚皮”現(xiàn)象類似，是由于熔體的拉伸黏度較大造成的，應(yīng)降低熔體的黏度，并盡量減小分子的內(nèi)應(yīng)力；

（2）流動痕跡造成的，降低注射速度或添加合適的助劑可減少這種現(xiàn)象；

（3）模具設(shè)計不合理及材料的流動性有偏差。當(dāng)熔體通過澆口充入型腔時，一部分已經(jīng)冷卻固化，而另一部分還在繼續(xù)充模，兩者的時間差比較長，從而造成虎皮紋，應(yīng)選擇流動速率相近的基體，彈性體也要選擇高流動性的；澆口的合理設(shè)計以及材料的流動性好通常能夠加快充模速度，解決虎皮紋的發(fā)生；在工藝上，應(yīng)該采取高壓、高速度以及提高熔體溫度等方法來解決；

（4）可能是聚合物加工時層流的原因；

（5）在一個多澆口大型汽車部件的注塑中，由于不同澆口開閉的時間、順序不同，會造成虎皮紋，調(diào)整工藝后可解決，有時配方原因也可以引起虎皮紋；

（6）可能是填充粉中碳酸鈣成分較多，在注塑時分解造成的；

（7）調(diào)整造粒工藝可減少此現(xiàn)象的發(fā)生。

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問：發(fā)泡PP用作汽車內(nèi)飾，制件較大時，應(yīng)注射成型還是模塑成型？

答：（1）要看制品的尺寸精度是否有要求。注塑制品的精度要高一些，但如果是全發(fā)泡制品，采用注塑工藝比較困難，微發(fā)泡制品的注塑效率較高；

（2）注塑和模塑成型都可以，發(fā)泡材料用模塑成型較好；

（3）擠出造粒時溫度要求高、范圍小，要做到擠出時不發(fā)泡而注塑時在高溫下發(fā)泡成型。

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問：做無縫氣囊儀表板時，儀表板（用的是填充PP材料）與裝氣囊的TPO材料的盒子焊接不牢，在低溫爆破時出現(xiàn)剝離，請問有什么方法能改善一下TPO與PP的焊接問題？采用的是熱熔焊接。

答：提供以下方法供參考：

（1）熔融焊接需要掌握好溫度；

（2）多添加些橡膠，降低熔融溫度；

（3）在PP中可以添加一些巴塞爾的TPO彈性體材料，與PP的相容性好，可以增加焊接性能。

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問：目前，汽車前端框架的主體是金屬件配合塑料的框架，塑料框架部分所用的原料從設(shè)計角度看，有許多選擇，如PP／LGF系列（20%～30%GF），PA6／GF30，短玻纖PP／GF30～40。請問汽車前端塑料框架如何選材？長玻纖PP、短玻纖PP，GF增強PA各有什么優(yōu)缺點？

答：從實際應(yīng)用出發(fā)，PP／LGF20～30較合適。

汽車前端框架的選材主要從以下幾個方面考慮：

（1）骨架要有一定的力學(xué)強度與耐沖擊強度。PP／LGF的力學(xué)性能比短玻纖增韌的力學(xué)性能要好得多，特別是其耐沖擊性能要高得多，與短玻纖增強的PA強度接近；

（2）也有許多廠家使用短玻纖增強PP，如大眾用的PP／GF10比較適合，但短玻纖增強PP有缺點，其力學(xué)強度有些差強人意，易碎；

（3）PP／GF模塑成型時，其力學(xué)性能非常好，高于短玻纖增強PA材料，但成型比較復(fù)雜，要進行二次加工，進行銑、切等工藝，加工費用較高；

（4）短玻纖增強PA材料的力學(xué)性能完全滿足骨架的要求，但其成型后的吸水性、尺寸不穩(wěn)定性會給以后的裝配帶來麻煩，像骨架這樣大的部件會產(chǎn)生很大的尺寸變化，這是它最大的缺點，而且成本較高；

（5）最早期的骨架都是鋼的，至今還有少部分車型在用，它的缺點是加工難、比重大；

（6）此外，也有用LFRT－30做固定保險杠的兩端支架，叫保險杠骨架，保險杠固定在上面；

（7）具體應(yīng)用實例方面，奧迪用的是PA6／GF30，與金屬配合使用，強度很高；福特大量應(yīng)用長玻纖增強材料，一汽大眾也有部分應(yīng)用。

PP／LGF基本上可綜合這幾款材料的優(yōu)點，彌補了這些材料的缺點，將來會是骨架材料應(yīng)用的發(fā)展方向。但目前需要解決的問題是：配套長玻纖增強熱塑性材料開發(fā)出能成型大部件的注塑機及模具，以及長玻纖增強熱塑性塑料的流動性差的問題。

（問題和解決方案來自“中塑互聯(lián)，http：／／bbs.ourplas.cn”網(wǎng)友k815、jianhan0216、icelover520、高山流水等）

問：不同主機廠的改性PP儀表板材料的標(biāo)準(zhǔn)不同，如PP＋EPDM－MD10、PP＋EPDM－TD15、PP＋EPDM－TD20、PP＋EPDM－TD23、PP＋EPDM－TD25、PP＋EPDM－TD27等，熔體流動速率5～30g／10min不等，缺口沖擊強度12～30kJ／m2不等，為什么標(biāo)準(zhǔn)會相差這么大？是否因為特定的結(jié)構(gòu)類型對性能有特殊的要求（如硬質(zhì)儀表板要求沖擊強度高一些）？

答：汽車儀表板材料及性能的要求主要從以下幾個方面考慮：

（1）與設(shè)計有關(guān)，而且與材料的使用位置有關(guān)。首先是結(jié)構(gòu)設(shè)計，不同的結(jié)構(gòu)會有不同的要求，如在手套箱位置要考慮沖擊性能、韌性、開關(guān)壽命等。有時還要考慮空調(diào)、陽光的影響（如冷熱交替、日曬等），還有耐劃傷的要求（人和所帶物品對車的損壞等）、氣味、對TVOC的要求等。儀表板不同位置受熱和使用條件是不同的，所以使用壽命也不同；

（2）車的品牌不一樣，檔次不一樣，所用的材料也不一樣。汽車上某個部件采用的材料并不統(tǒng)一，但對性能的要求是一樣的，例如需要強度較高、韌性較好、耐磨或阻燃；

（3）先由主機廠對材料型號和性能提出要求，再由配套廠根據(jù)具體情況（如模具收縮率、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等）對材料供應(yīng)商提出具體要求；

（4）用微發(fā)泡塑料制作零部件可降低整車飾件的密度，對降低油耗也有幫助，但要保證良好的外觀和強度，這就對技術(shù)含量要求較高，制作比較困難；

（5）儀表板是汽車的主要內(nèi)飾件之一，目前普遍采用對PP進行橡膠增韌和無機填充增強的方法，使汽車儀表板用PP同時具有高剛性和高韌性，無機填料或增強材料有滑石粉、玻纖等。目前，使用的儀表板可分為硬質(zhì)和軟質(zhì)儀表板。滑石粉改性PP主要用于成型硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板的骨架。用共聚PP、EPDM等添加20～25份滑石粉、羥基硫酸鎂，可制得低溫韌性好、耐熱、硬度高的PP共混物，其力學(xué)性能高、外觀較好、加工流動性好，用于汽車儀表板PP專用料；中科化研所等采用均聚PP、共聚PP、30份滑石粉、增韌劑等得到了綜合性能較理想的汽車儀表板PP專用料；

（6）采用共聚PP為主基礎(chǔ)樹脂，POE為增韌劑，滑石粉為主填料可制得性能符合要求的汽車儀表板專用料。將利用熔融接枝法制備的高分子型界面相容劑應(yīng)用于PP與滑石粉的共混體系中，并在共混體系中加入增韌劑POE進行增韌，可使PP／滑石粉共混體系實現(xiàn)強韌化，與未添加相容劑的PP汽車儀表板專用料相比，其拉伸強度與沖擊強度均有較大幅度的提高；

（7）儀表板要求具有高的沖擊強度和韌性，采用EPDM含量較高的抗沖擊改性的滑石粉增強PP，可用于轎車的儀表板，其表面品質(zhì)良好，易成型加工。采取復(fù)合增強也是常用的方法，如碳酸鈣／滑石粉復(fù)合增強PP，10%碳酸鈣＋10%滑石粉復(fù)合增強PP的拉伸強度可達(dá)32MPa，彎曲強度可達(dá)45MPa，彎曲模量可達(dá)2.5GPa。

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