王丹陽

摘 ? 要：隨著技術發(fā)展，塑料因其取材便利，性能優(yōu)良，價格低廉等優(yōu)勢而在汽車制造材料選擇中有了更大的應用，其中汽車保險杠常用材料也逐漸從傳統(tǒng)金屬汽車保險杠向塑料汽車保險杠過渡。本文簡述塑料汽車保險杠的優(yōu)勢及常用材料，分析不同材料的性能和特點，以期為我國汽車保險杠材料選擇提供依據，為我國汽車制造行業(yè)發(fā)展做出貢獻。

關鍵詞：汽車保險杠 ?材料 ?塑料 ?性能

中圖分類號：U463.32 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）04（c）-0037-02

20世紀80年代之前，汽車保險杠主要以金屬材料為主，其加工工藝是以鋼板沖壓成型后再與車架縱梁鉚接或是焊接。而隨著科學技術的不斷發(fā)展，汽車保險杠材料選用的傳統(tǒng)金屬材料也逐漸被淘汰。在現(xiàn)代汽車制造中，越來越多的汽車保險杠加工，會選擇性能更優(yōu)，取材便利的塑料材料。塑料材料多樣，性能各不相同，本文基于不同分子結構的塑料，分析其性能，以期對我國汽車制造行業(yè)汽車保險杠加工選材提供借鑒。

1 ?塑料汽車保險杠優(yōu)勢

保險杠是汽車生產制造中的重要一環(huán)，其能有效緩沖外界沖擊力，保證駕駛人員的人身安全。目前國外使用彈性體改性PP為材料的汽車保險杠已經占到保險杠加工生產總量的70%，國內大部分引進車型如神龍富康、一汽奧迪、上海桑塔納以及經濟型轎車也多采用改性PP。相較傳統(tǒng)金屬材料，現(xiàn)代汽車制造行業(yè)越來越多的選擇塑料，其根本原因在于塑料具有以下優(yōu)勢。

（1）節(jié)約成本。

相比較傳統(tǒng)金屬，塑料取材方便，加工便利，且塑料本身即是有機化學物質的一種，加工成本明顯低于金屬材料加工成本。此外，塑料可塑性強，在生產各種不同結構的汽車保險杠時，更為合適。

（2）實現(xiàn)汽車輕量化。

相較傳統(tǒng)金屬汽車保險杠，塑料汽車保險杠明顯質量更輕，降低了汽車的整體質量，提高了汽車底盤承載力，提高了汽車動力性能和制動性能，也降低了汽車燃油消耗，避免了大氣污染物排放以及進而導致的空氣污染。如1991年，日本豐田汽車公司造出的納米PP復合材料，使保險杠質量減輕1/3。

（3）性能優(yōu)良。

塑料材料本身具備優(yōu)良的抗腐蝕、抗潮防水、絕緣、耐老化、耐磨和力學性能。且相比傳統(tǒng)金屬汽車保險杠，塑料保險杠彈性更大，抗沖擊性能優(yōu)，且自身結構粘性更佳，當發(fā)生輕微碰撞的時候，塑料保險杠不會開裂且可通過彈性而自行恢復，即使碰撞劇烈，保險杠發(fā)生破損，也可以便利的進行維修，粘結，噴漆，維修成本明顯低于需要鈑金修復的金屬保險杠。

（4）行人安全。

汽車保險杠在設計時，不但要保障駕駛者的人身安全還應對行人安全有所保障。根據專家對汽車保險杠安全性以及行人影響綜合分析發(fā)現(xiàn)，汽車保險杠在應對突發(fā)意外時，為了降低對行人腿部的沖擊力，汽車保險杠在撞擊后的變形量應控制在50～75mm內，針對這一要求，相比傳統(tǒng)金屬保險杠，明顯是塑料汽車保險杠更能滿足要求。

2 ?塑料汽車保險杠材料和性能分析

汽車保險杠制造的核心問題包括兩個方面，一是材料選擇，而是工藝技術。目前市面上廣泛用于汽車保險杠制造的塑料主要有兩種，分別是聚丙烯和聚碳酸酯，工藝多采用注射成型工藝。其余也有片狀模塑符合材料（SMC）以及玻璃纖維增強熱塑性塑料（GMT）等。下文將分別闡述其性能和混合工藝對其的改性處理要求。

2.1 聚丙烯（PP）的性能及改性處理

聚丙烯（PP）是五大常用塑料之一，原料來源豐富，易于成型，可循環(huán)利用，價格低廉，是汽車保險杠外殼的主流材料。該材料密度僅為0.90g/cm3，是常用塑料材料中最輕便的，用于汽車保險杠材料時，能明顯減輕汽車整體質量，一定程度上實現(xiàn)汽車輕量化目的。且聚丙烯熔點高、耐腐蝕，抗彎曲，能有效延長汽車保險杠使用壽命。聚丙烯的缺點是耐候性差，耐寒性差，低溫易脆裂，抗蠕變性差易變形，不耐磨易老化，易燃，且有熔滴，極易引發(fā)火災，就要采取嚴格防火阻燃措施。因此，為保證安全性，需進行聚丙烯材料的增強、增韌或填充等改性處理，即以聚丙烯為基體樹脂，加入一定比例的橡膠、纖維、無機填料、助劑、色母粒等韌性材料或彈性體，實現(xiàn)結構共聚，提高聚丙烯材料的整體韌性，改善其低溫沖擊強度問題。如用經表面處理的滑石粉填充PP，能有效提高PP的沖擊性能，改善模量。

2.1.1 PP/橡膠增韌體系

橡膠具有明顯的高柔韌性和高可塑性，是早期塑料增韌體系最常用選材。橡膠與聚丙烯材料集合，能在一定程度上提高聚丙烯材料的柔韌性。目前常用的聚丙烯材料增韌的橡膠材料主要是三元乙丙橡膠（EPDM），增韌改性效果最好，其他也有天然橡膠、乙丙橡膠（EPR）等。2種或3種聚合物通混合，通過兩步串聯(lián)氣相聚合技術，改變PP的原有結晶形狀，形成聚丙烯共混料，即熱塑性硫化橡膠（PP/EPDM）等。PP/EPDM在抗溫、抗沖擊、抗紫外線、耐腐蝕等方面具有明顯優(yōu)，且加工簡便，費用低廉，在歐洲廣泛使用。PP/EPDM的混合工藝主要有兩種，一種是加入交聯(lián)劑將EPDM動態(tài)硫化，在利用密煉機、螺桿機等將其高度微細粒子化，充分分布于PP連續(xù)相里，形成熱塑性硫化橡膠（TPV），耐熱、耐壓縮性能增強。另一種不經硫化將EPDM作為軟鏈與PP硬鏈段混合，形成熱塑性彈性體（TPE）。TPE性能優(yōu)良，使用廣泛，為帕薩特、大眾寶來等車型保險杠采用，在北美使用量年增長超過10%。

2.1.2 PP/熱塑性彈性體增韌體系

常見的熱塑性彈性體有聚烯烴彈性體（POE）、聚異丁烯、乙烯-乙酸共聚物（EVA）等。相比典型橡膠增韌體系中的EPR和EPDM，熱塑性彈性體增韌效果更好，特別是在流速超過15g/10min的PP仍有明顯的增韌效果。

2.2 聚碳酸酯（PC）類

聚碳酸酯類材料是由PC與聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和/或聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）具有較好的穩(wěn)定性，抗化學腐蝕、抗沖擊能力較強，溫度適宜范圍廣，只有在極低溫度才會變脆、變硬。聚碳酸酯類在汽車保險杠制造中，因抗紫外線能力強，所以無需再進行噴漆預處理，降低了加工成本。此外，該種材料，相比泡沫西能緩沖裝置占用空間更小，費用低廉，如Swift（雨燕）保險杠的Xenoy材料。

2.3 片狀模塑復合材料（SMC）

該種材料由玻纖增強專用紗、不飽和聚酯、填料和各種助劑組成，具有與金屬類似的物理特性。SMC抗腐蝕，抗彎，回彈性均優(yōu)于金屬，但其密度卻明顯低于金屬，質量輕，且高溫下仍能保持良好力學特性，優(yōu)于普通熱塑性塑料。因此，SMC制品被廣泛應用前后保險杠的防撞梁，如斯太爾王等。

2.4 玻璃纖維增強熱塑性塑料（GMT）

該種材料力學性能優(yōu)良，且制作時長短，費用低廉。相比SMC，GMT抗沖擊性能優(yōu)異，能在16km/h的沖擊碰撞下保持不變形，還具有可再生利用以及儲存周期長等優(yōu)點。目前，這一材料已在美國廣泛應用，且數層單向GMT在剛度和強度上性能更佳。

3 ?結語

隨著我國汽車產業(yè)不斷發(fā)展，汽車材料不斷推陳出新，汽車保險杠生產甚至是汽車生產中應用塑料已是不可逆轉的趨勢。我國政府、高校、企業(yè)應聯(lián)合起來，打破國外企業(yè)技術壟斷，研發(fā)高水平材料、配方以及生產工藝等，提高產品性能，最終實現(xiàn)低檔塑料高性能化應用，我國汽車工業(yè)發(fā)展再上新臺階。

參考文獻

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