聚丙烯在汽车中的应用
时间:2006-07-27
汽车在现代社会中已成为主要交通工具之一。是能源消耗大户，西方工业发达国家大约50%的石油资源消耗在汽车上。据报导，汽车一般部件减重1%，节油也近1%，运动部件减重1%，可节燃油2%．因而汽车的轻量化对节能和环境保护均有重要意义。
汽车的轻量化离不开塑料化，因而汽车用塑料的消费量逐年增加。八十年代中期美国为每辆车109kg，约占车重的9.8%，日本为每辆车74.3kg，约占车重的6%，欧洲1989年为每辆车120kg。已达车重的11%，最新报导每辆车用量已达200kg。约占车重的15%。 图1、图2分别列出了欧洲和日本汽车塑料应用情况。 |
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图1 标准欧洲汽车中塑料的用量
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图2 日本汽车中塑料应用情况
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| 中国汽车工业正步入迅速发展时期，为了适应汽车工业的发展，汽车相关工业的配套工作从八十年代末期已进入计划日程。国家计委曾将汽车用聚烯烃塑料及其改性材料列入了国家“八五”重大科技攻关项目，如下图3所示。 |
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图3 列入国家“八五”攻关项目的汽车用聚烯烃材料
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如前所述，在车用塑料中聚烯烃塑料及其改性材料仍占最大的份额。日本普通轿车已达61%，高档车也达41%。PP改性材料在车用塑料中占第一位。1990年欧洲单车PP用量为22.5kg，1995年为38kg。1998年达45kg。现在汽车用PP部件大约为60个，几年后将增加至200个，应用前景十分广阔。
PP是汽车用塑料的主要品种，目前国内外汽车用 PP的使用量在稳步增长。日本汽车用塑料以 PP为主，20世纪 90年代初，日本平均每辆汽车用 PP为 2 kg，，到 90年代末已增加到 37 kg 。 PP在汽车用塑料中的比例由过去的 28. 8%上升到 37%，占世界首位。PP也是美国汽车用塑料中消费量最大 (约占 20% )的品种。美国目前每辆汽车用 PP为 24kg，并以 15%的速度增长。欧洲汽车用主要塑料的构成与日本相似，即 PP占首位，其用量占汽车用塑料总量的28. 1% ，并以 10%的速度增长。2005年 ，全世界汽车用 PP的消费量达到 280万 t 。表1列出了日本轿车用PP塑料制件的分布情况。
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表1 日本轿车用PP塑料制件的分布情况 |
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制件 |
重量百分数% |
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控制器盒 |
1.8 |
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方向盘 |
1.8 |
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风扇 |
2.1 |
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风扇护圈 |
2.1 |
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蓄电池壳 |
11.4 |
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散热器面罩 |
9.1 |
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后视镜 |
3.1 |
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空滤器壳体 |
1.3 |
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保险杠 |
22.1 |
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仪表板 |
14.1 |
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门内衬板 |
12.2 |
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灯箱 |
10.0 |
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空调器箱 |
11.4 | |
汽车用 PP一般都是改性品级。目前的改性途径主要是通过加入增韧剂和填充剂来提高 PP的性能。通过调整 PP基体、增韧剂、填充剂三者的配比可制造出一系列不同性能的材料，满足汽车不同部件的功能要求。
改性 PP可用于汽车保险杠、仪表板、发动机冷却风扇等。
(1)保险杠 保险杠是最具代表性的 PP 汽车零部件， 20世纪 90年代以来，日本和欧洲 80%以上的保险杠是采用 PP注射成型的。目前，国外多采用弹性体改性 PP生产保险杠，这种保险杠已占汽车保险杠总用量的70%。
国外广泛应用的汽车保险杠 PP专用料的生产方法是在反应釜中共聚合，同时进行 PP与乙丙橡胶等的共混。用这种方法生产的 PP专用料性能优异。国内采用机械共混改性材料，其生产方法是采用双螺杆挤出机等将 PP、聚乙烯 (PE)、橡胶、无机填料等共混造粒。
BASF公司、CI公司和Quantum 公司联合开发的气相PP技术可直接用于生产乙丙橡胶为 50%的 PP共聚物，该材料抗冲击性能优良，熔体流动性好，适于薄壁长流道注射成型 ，可用于制作汽车保险杠外罩、阻流板和汽车防护器等。Dow化学公司采用 U - nipoltm聚合工艺技术及特种催化剂制备的抗冲共聚 PP，其橡胶含量达到 40%，具有良好的刚性与韧性，耐低温冲击性能优异，在汽车领域得到广泛应用。
近年来，国内外出现了采用β晶型成核剂增韧改性 PP的新方法。通过使 PP中耐冲击性能较差的α晶型向耐冲击性能极好的β晶型发生转变来达到增韧的目的。在不明显降低其它性能的情况下，能大大提高 PP的耐冲击性能，是今后 PP增韧改性的发展方向之一。
(2)仪表板 仪表板是汽车的主要内饰件，其形状较为复杂。目前使用的仪表板有硬质仪表板和软质仪表板两种，硬质仪表板是整体一次注射成型，所用材料为增韧增强 PP；软质仪表板由表皮、骨架、缓冲材料构成。一般采用金属或改性 PP或 (丙烯腈 /丁二烯 /苯乙烯 )共聚物 (ABS)等注塑件作骨架，聚氨酯 (PUR)泡沫作缓冲材料，聚氯乙烯 (PVC)作软质表皮。硬质仪表板主要用于轻、小型客车，软质仪表板用于轿车。2003年国内生产仪表板消费 PP为 10 kt，2004年为 12 kt， 2005年为 14 kt。
(3)发动机冷却风扇 汽车发动机冷却风扇一般采用玻纤 (GF)增强 PP。该类 PP的刚性强，韧性和耐热性高，成型加工性好。其改性方法主要采用 GF和弹性体协同增强增韧。随着发动机功率的不断提升，对冷却效果提出了更高要求，风扇材料的耐热性也需要相应提高。如何进一步提高 GF增强 PP的刚性、强度和耐热性，成为 PP风扇材料发展的关键。一般短 GF增强 PP可通过增加纤维长度来提高材料的强度。由于长 GF增强 PP的刚性、强度和耐热性均优于短 GF增强 PP，因此长 GF增强 PP将是增强型 PP的发展趋势。近年来 ，国外一些大型企业推出了长 GF增强 PP，国内则缺少相应的产品。
(4)其它部件 使用改性 PP制作耐化学介质的容器，如蓄电池外壳、盛装各类溶剂的容器等已经较普遍。吹塑部件用高熔体强度 PP取代传统 PE后，耐热性能明显提高。车身顶盖内饰板材要求有较好的隔热、吸音性能，同时还要求在潮湿条件下具有抗微生物、高温下尺寸稳定、低分子挥发物少等性能，一般采用泡孔结构材料，如交联 PE泡沫、PUR泡沫、瓦楞纸板等。现在开始使用高熔体强度 PP生产的 PP发泡板材和蜂窝 PP板材，特别是物理发泡的 PP板材，具有较好的隔热性、吸音性、耐高温性和环保回收性，但PP发泡成型较为困难，今后需进行发泡 PP的基础树脂、配方、工艺与设备等方面的研究。在复合成型软内饰护板中，木粉填充 PP、天然纤维或废合成纤维增强 PP、天然纤维毡增强 PP等环保材料制造的内饰护板基板正逐步得到应用。
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