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PP聚丙烯作汽車材料時的分類、特點及典型部件詳解!
日期:2019-02-03  瀏覽量:533  來源:

PP聚丙烯作汽車材料時的分類、特點及典型部件詳解!

在車用塑料中,PP聚丙烯是發展最快,應用比例最大,使用頻次最高的塑料之一。以某款主流中級轎車拆解手冊數據為例,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,進行聚丙烯類材料性能分析及典型應用案例研究,對汽車零部件原材料開發具有現實意義。
聚丙烯(PP)樹脂是由丙烯單體聚合而成的非極性的結晶類塑料。PP具有價格低廉、密度較小、容易加工和重復利用等優點;但PP具有成型收縮率大、低溫脆性大、易老化等缺點。所以,通常采用物理或化學改性技術,添加滑石粉填充物、玻纖等增強材料、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。
實用科普!PP聚丙烯作汽車材料時的分類、特點及典型部件詳解!
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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材料進行加工。北汽福田車型選材推薦部件,如表1所示。
傳統改性聚丙烯主要用于汽車大部件有保險杠、儀表板護板、門板、立柱等部件,長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。
01 PP EPDM-TD類材料在保險杠外飾件的應用分析
針對前后保險杠本體的改性聚丙烯材料,行業已進行了大量的研究,改性PP保險杠具有成本低、質量輕、易涂裝、可循環使用等優點。目前,北汽福田乘用車保險杠本體選材,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注度日益提升,輕量化設計對塑料材料應用提出了大量的新要求。保險杠可通過設計壁厚減薄而降重,這樣對熔融指數要求越來越高、對材料強度要求也提高;隨著降低成本壓力、環保要求日益嚴峻,免噴涂保險杠應運而生,這對改性聚丙烯材料表面質量,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用部位
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02 改性PP在內飾件上的應用分析
汽車內飾件采用改性PP材料制作的大部件有儀表板、門板、立柱飾板等部件。針對儀表板本體及下護板、門板本體、立柱飾板等部件用改性聚丙烯材料,行業已進行了大量的研究。新車型開發中,部件選材更多地結合車型定位、成本、法規、性能等綜合因素而定。比如,A級車(入門級乘用車)、B級車(中級乘用車),由于目標客戶及整車成本壓力、輕量化要求等,對零部件用材選材存在一定的差異。A級乘用類車型注重內飾件的經濟性,比如:一般多采用硬質儀表板、硬質門板、硬質立柱,其表面一般沒有或有很少采用面料或皮革進行裝飾。
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因此,塑料件的耐熱氧老化、耐光老化、耐刮擦性、抗白痕性、抗發粘性等性能,基本由改性PP塑料粒子相關性能決定。以硬質儀表板選材為例,材料以PP EPDM-TD20為主;力學性能方面,關注高模量高剛性高抗沖性;關鍵力學指標:拉伸強度≧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,關鍵力學指標:拉伸強度≧20MPa,模量≧1400MPa,缺口沖擊≧10kJ/m2。B級乘用類車型注重內飾件的裝飾性,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,總成性能的提升,需要(力學等)性能更加優越的材料;隨著輕量化要求,部件輕量化設計需要更加輕質的材料。比如:軟質儀表板骨架選材,材料則以PP-LGF20為主;主要力學性能突出高模量高剛性,關鍵力學指標:拉伸強度≧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(根據需要可加入5—8份的滑石粉,以調節材料收縮率)。
隨著對車內空氣質量要求的提高,對車內塑料飾件散發特性也越來越嚴。內飾件散發特性包括氣味性、甲醛含量、冷凝組分、總碳含量。目前,汽車廠對改性粒子管控,主要參照德系VDA標準:比如氣味≦3級,甲醛≦10g/kg,冷凝組分≦2mg,總碳含量≦50μgC/g。在項目中,我們曾遇到改性PP粒子氣味檢測性合格,但塑料件氣味性超標的案例。經過產業鏈跟蹤分析,發現在注塑時,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,導致材料部分分解產生異味;最終出現改性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、原材料商三方共同努力。除散發特性之外,塑料件的耐熱氧老化、耐光氧老化、耐刮擦性、抗白痕性、抗發粘性等都屬于材料認可時重點關注項目。比如,在汽車廠材料實驗,針對PP進行的150℃耐熱氧老化測試,更多地是評價材料本身在長期使用條件下的可靠性。這需要在改性聚丙烯材料配方設計和加工過程前,充分考慮最終制品性能要求。
03 PP-LGF在前端模塊上等部件的應用分析
對PP-LGF(長玻纖增強聚丙烯)材料的研究與應用,是近年來的熱點之一。PP-LGF材料中,玻璃纖維長度一般可達15mm到30mm,形成三維交叉結構。結構決定性能,因此PP-LGF相比普通4—7mm短玻纖材料具有更高的強度、剛性、韌性等優勢。對于汽車前端模塊,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,有明顯的成本優勢。
隨著汽車輕量化的研究與應用,“以塑代鋼”、“以輕代重”都給PP-LGF材料提供了廣闊的發展空間。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在換擋機構的應用研究。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。
1. 改性聚丙烯根據汽車部件性能要求,可分為增韌類、礦物填充類、玻纖增強類、聚丙烯/聚乙烯合金等;
2. 汽車塑料件的關注要點,可轉化成改性聚丙烯材料特征。需結合配方設計、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;
3. 隨著對乘用車空氣質量要求的提高,低氣味聚丙烯類內飾材料的開發與應用是今后重點發展方向之一;
4. 隨著汽車輕量化,改性聚丙烯材料將進一步拓展應用,長玻纖增強聚丙烯代替金屬、玻纖尼龍材料具有明顯的減重降本優勢。

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