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車用聚丙烯PP材料性能分析與典型應(yīng)用—煒林納改性塑料

返回列表 瀏覽:- 發(fā)布日期:2017-10-16 17:34:00【 作者:煒林納改性塑料

塑料是乘用類汽車常用的非金屬材料之一,在中級(jí)轎車,塑料的用量已經(jīng)占到整車質(zhì)量的12%到15%。在車用塑料中,聚丙烯是發(fā)展最快,應(yīng)用比例最大,使用頻次最高的塑料之一。以某款主流中級(jí)轎車拆解手冊(cè)數(shù)據(jù)為例,聚丙烯類材料約占整車塑料選用頻次的29%,聚丙烯類材料約占整車塑料用量比例的48%。

因此,進(jìn)行聚丙烯類材料性能分析及典型應(yīng)用案例研究,對(duì)汽車零部件原材料開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義。

車用聚丙烯PP材料性能分析與典型應(yīng)用—煒林納改性塑料

聚丙烯(PP)樹脂是由丙烯單體聚合而成的非極性的結(jié)晶類塑料。PP具有價(jià)格低廉、密度較小、容易加工和重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn);但PP具有成型收縮率大、低溫脆性大、易老化等缺點(diǎn)。所以,通常采用物理或化學(xué)改性技術(shù),添加滑石粉填充物、玻纖等增強(qiáng)材料、抗光/熱氧老化劑等助劑,提高聚丙烯材料的綜合性能,以滿足汽車部件性能要求。

汽車用聚丙烯材料種類、特點(diǎn)及典型部件

汽車上除少量部件采用純PP樹脂加工外,大部分部件皆采用改性PP材料進(jìn)行加工。

傳統(tǒng)改性聚丙烯主要用于汽車大部件有保險(xiǎn)杠、儀表板護(hù)板、門板、立柱等部件,長(zhǎng)玻纖聚丙烯主要用在大部件汽車前端模塊、儀表板骨架。這幾個(gè)大部件PP用量,約占全車PP用量的一半,因此材料性能要求具有代表性。

從改性聚丙烯材料在相關(guān)部件的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述

(1)PP EPDM-TD類材料在保險(xiǎn)杠外飾件的應(yīng)用分析

針對(duì)前后保險(xiǎn)杠本體的改性聚丙烯材料,行業(yè)已進(jìn)行了大量的研究,改性PP保險(xiǎn)杠具有成本低、質(zhì)量輕、易涂裝、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。目前,汽車主要采用PP EPDM-TD10或PP EPDMTD20兩種改性聚丙烯材料。通過添加10—20份的滑石粉,即可保證材料收縮率和部件尺寸穩(wěn)定;通過EPDM或POE彈性體增韌,又可保證部件有良好的低溫沖擊性。

隨著汽車輕量化的關(guān)注度日益提升,輕量化設(shè)計(jì)對(duì)塑料材料應(yīng)用提出了大量的新要求。保險(xiǎn)杠可通過設(shè)計(jì)壁厚減薄而降重,這樣對(duì)熔融指數(shù)要求越來越高、對(duì)材料強(qiáng)度要求也提高;隨著降低成本壓力、環(huán)保要求日益嚴(yán)峻,免噴涂保險(xiǎn)杠應(yīng)運(yùn)而生,這對(duì)改性聚丙烯材料表面質(zhì)量,如耐劃傷性,等提出更高的要求。

表1 乘車車用聚丙烯材料及典型應(yīng)用部位

車用聚丙烯PP材料性能分析與典型應(yīng)用—煒林納改性塑料

(2)改性PP在內(nèi)飾件上的應(yīng)用分析

汽車內(nèi)飾件采用改性PP材料制作的大部件有儀表板、門板、立柱飾板等部件。針對(duì)儀表板本體及下護(hù)板、門板本體、立柱飾板等部件用改性聚丙烯材料,行業(yè)已進(jìn)行了大量的研究。新車型開發(fā)中,部件選材更多地結(jié)合車型定位、成本、法規(guī)、性能等綜合因素而定。比如,A級(jí)車(入門級(jí)乘用車)、B級(jí)車(中級(jí)乘用車),由于目標(biāo)客戶及整車成本壓力、輕量化要求等,對(duì)零部件用材選材存在一定的差異。A級(jí)乘用類車型注重內(nèi)飾件的經(jīng)濟(jì)性,比如:一般多采用硬質(zhì)儀表板、硬質(zhì)門板、硬質(zhì)立柱,其表面一般沒有或有很少采用面料或皮革進(jìn)行裝飾。

因此,塑料件的耐熱氧老化、耐光老化、耐刮擦性、抗白痕性、抗發(fā)粘性等性能,基本由改性PP塑料粒子相關(guān)性能決定。以硬質(zhì)儀表板選材為例,材料以PP EPDM-TD20為主;力學(xué)性能方面,關(guān)注高模量高剛性高抗沖性;關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo):拉伸強(qiáng)度≧20MPa,模量≧1800MPa,缺口沖擊≧20kJ/m2。以門板本體和立柱飾板選材為例,材料一般為PP EPDM-TD20;高剛性中等模量中等沖擊性能,關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo):拉伸強(qiáng)度≧20MPa,模量≧1400MPa,缺口沖擊≧10kJ/m2。B級(jí)乘用類車型注重內(nèi)飾件的裝飾性,因此在儀表板骨架、門板、立柱飾板表面多加上面料或皮革裝飾件。

同時(shí),總成性能的提升,需要(力學(xué)等)性能更加優(yōu)越的材料;隨著輕量化要求,部件輕量化設(shè)計(jì)需要更加輕質(zhì)的材料。比如:軟質(zhì)儀表板骨架選材,材料則以PP-LGF20為主;主要力學(xué)性能突出高模量高剛性,關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo):拉伸強(qiáng)度≧40MPa,模量≧4000MPa,缺口沖擊≧10kJ/m2。以門板本體或立柱飾板選材,主選材料則為PP/PE-TD16,或者PP/PE合金(根據(jù)需要可加入5—8份的滑石粉,以調(diào)節(jié)材料收縮率)。

隨著對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量要求的提高,對(duì)車內(nèi)塑料飾件散發(fā)特性也越來越嚴(yán)。內(nèi)飾件散發(fā)特性包括氣味性、甲醛含量、冷凝組分、總碳含量。目前,汽車廠對(duì)改性粒子管控,主要參照德系VDA標(biāo)準(zhǔn):比如氣味≦3級(jí),甲醛≦10g/kg,冷凝組分≦2mg,總碳含量≦50μgC/g。在項(xiàng)目中,我們?cè)龅礁男訮P粒子氣味檢測(cè)性合格,但塑料件氣味性超標(biāo)的案例。經(jīng)過產(chǎn)業(yè)鏈跟蹤分析,發(fā)現(xiàn)在注塑時(shí),一方面噴了過量的脫模劑引入雜味,另一方面注塑溫度過高,導(dǎo)致材料部分分解產(chǎn)生異味;最終出現(xiàn)改性PP粒子氣味性合格,但最終塑料件氣味不合格的情況。

因此,要徹底解決塑料件的氣味性,往往需要汽車廠、零部件企業(yè)、原材料商三方共同努力。除散發(fā)特性之外,塑料件的耐熱氧老化、耐光氧老化、耐刮擦性、抗白痕性、抗發(fā)粘性等都屬于材料認(rèn)可時(shí)重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目。比如,在汽車廠材料實(shí)驗(yàn),針對(duì)PP進(jìn)行的150℃耐熱氧老化測(cè)試,更多地是評(píng)價(jià)材料本身在長(zhǎng)期使用條件下的可靠性。這需要在改性聚丙烯材料配方設(shè)計(jì)和加工過程前,充分考慮最終制品性能要求。

(3)PP-LGF在前端模塊上等部件的應(yīng)用分析

對(duì)PP-LGF(長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯)材料的研究與應(yīng)用,是近年來的熱點(diǎn)之一。PP-LGF材料中,玻璃纖維長(zhǎng)度一般可達(dá)15mm到30mm,形成三維交叉結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)決定性能,因此PP-LGF相比普通4—7mm短玻纖材料具有更高的強(qiáng)度、剛性、韌性等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于汽車前端模塊,采用PP-LGF30材料,可將散熱器、喇叭、冷凝器、托架等前端部件組合成一個(gè)整體;相比金屬件耐腐蝕、密度小、重量輕,減重約30%;相比玻纖尼龍,有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

隨著汽車輕量化的研究與應(yīng)用,“以塑代鋼”、“以輕代重”都給PP-LGF材料提供了廣闊的發(fā)展空間。比如,李菁華等人研究了PP-LGF取代金屬制造腳踏板的可行性;楊宇威研究了PP-LGF取代PA66-GF30制造車門拉手底座的可行性,以及取代PBT-GF30制造霧燈殼體的可行性;李志虎等人研究了PP-LGF取代PA-GF在換擋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究。其它汽車部件,比如車門板集成模塊、車頂窗框架/壓條、保險(xiǎn)杠、汽車行李架、汽車蓄電池外殼/托架、轎車座椅骨架、齒輪箱外殼、汽車外飾鏡框架、汽車雨刷器支架等,都可選用PP-LGF材料代替金屬和尼龍材料。

結(jié)論

改性聚丙烯根據(jù)汽車部件性能要求,可分為增韌類、礦物填充類、玻纖增強(qiáng)類、聚丙烯/聚乙烯合金等;

汽車塑料件的關(guān)注要點(diǎn),可轉(zhuǎn)化成改性聚丙烯材料特征。需結(jié)合配方設(shè)計(jì)、加工工藝、后處理工藝等綜合考慮,來滿足汽車塑料件性能要求;

隨著對(duì)乘用車空氣質(zhì)量要求的提高,低氣味聚丙烯類內(nèi)飾材料的開發(fā)與應(yīng)用是今后重點(diǎn)發(fā)展方向之一;

隨著汽車輕量化,改性聚丙烯材料將進(jìn)一步拓展應(yīng)用,長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯代替金屬、玻纖尼龍材料具有明顯的減重降本優(yōu)勢(shì)。


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