聚烯烃材料在汽车工业上的应用及发展前景

匚综述与专论李光等·聚烯烃材料在汽车工业上的应用及发展前景聚烯烃材料在汽车工业上的应用发展前景李光耀,张霞,田雅萍(中国重汽济南商用车有限公司,山东济南250100)摘要:汽车用聚烯烃塑料零部件分为三类:内饰件、外件和功能件,内饰件主要有仪表板、车门内板等:外面件主雯有保险杠、霙子板、电眍盖等;功件主要有暖风机、膨脉水稻、燃油箱及嚣油管等。本文洋细介绍了聚烯烃(PO材料的分类、性能特点及其在汽车工业上的应用状况和发展前景关键词:聚择烃;汽车工业:应月;丽景中图分类号:TQ325.1文献标识码文章编号:1009-797X(2007)080001-06随着中国经济持续高速的发展,中国汽车分为高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯工业正进入一个快速发展的历史时期.2005年(LDPE),PO塑料印烯烃的聚合物,是一类汽车销售量达到575.8189万辆,2006年销售量最大、应用最多的高分子材料;其中以聚乙汽车突破700万俩,最终达721.5972万辆。烯、聚丙烯最为重要。由于原料丰富、价格低预计2010年汽车产量将达到800万-1000万廉、容易加工成型、综合性能优良等特点,在辆之间,2020年国内汽车需求量及产量将在现实生活中应用最为广泛,其在汽车上应用也1400万-1800万辆之间,到时将超过美国成越来越重要,并有逐步扩大之趋势。为全球第一大汽车生产国。随着汽车工业的发PO塑料具有以下特性展,节能、质轻、高速、美罵、环保、乘坐舒(1)密小。PO塑料的密度通常在适及安全可靠对汽车的要求越釆越重要。当前,0.83-096gcm3之间,是除木材外较为轻质世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化、的材料,当将其制成泡沫时,其密度更低,可环保化,减轻汽车自身的重量是降低汽车排放达0.010-0.050g/cm3之间,而纲的密度为是喜燃烧效率的最有效描施之一。汽车的自重78g/cm2,铝的为27g/cm3,玻璃2.6g/cm,每减少10%,燃油的消耗可降低6%~8%,为此陶瓷4.0gcm3。每100kg的望料可替代其也降低整车成本及其重量,增加汽车的有效载荷材料750-850kg,可减少汽车自重,增加有效增加望料类材料在汽车中的使用量便成为关键,载荷。聚烯烃(PO)塑料作为通用塑料中最为普通的(2)物理、化学等综合性能良好。手感好类,其在汽车上的应用则更举足轻重。耐磨,对电、热、声都有艮好的缌缘性能,透1聚烯烃(PO)塑料分类及特点作者简介:李光耀(1967-)高級工程师,主要PO塑料是通用塑料的一种,它主要包括从事汽车内饰件、外饰件等非金属产品的研究与开发工作已发聚乙烯(PE).聚丙躇(PP)和POE、EⅤA中国煤化工…山东省优秀科技学术论MMA等高级烯烃聚合物。聚乙烯(PE)又CNMHG2007年第33卷绿塑技术与装备CHINA RUBBERPLASTCS TECHAOLOGY AND EQUIPMENT明度高、透气率高,可被广泛地用来制造电绝外饰件和功能件缘材料,绝缘保温材料;耐化学腐蚀性好,对内饰件酸、碼、盐等化学物质的腐蚀均有抵抗能力。辆汽车最容易出彩的是内饰件,因为汽(3)着色性好。可按需要制成各种各样的车的外观是给别人看的,而人们真正享受的是颐色,有黑、灰、白、桃木纹等。汽车的內饰,内饰强调触觉、手感、舒适性和(4)加工性能好。可通过挤出、吹塑和注可视性等,内饰产品主要包括以下几个方面:射等工艺加工成管、板、薄膜及纤维,复杂的3.1.1仪表板制品可一次成型,能采用各种成型法大批量生仪表板是汽车上主要内饰件,壁薄,体积大产,生严效率高,成本较低,经济效益显著,上面开有很多方孔、圆孔等仪表孔,且结构形如果以单位体积计算,生产塑料制件的费用仅状较为复杂的零部件,目前使用的仪表板可分为有色金属的1/10为硬仪表板和软仪表板两种(5)环保、节约能源。可回收利用,是满硬仪表板常用于轻、小型货车、大货车和客足人类可持续发展战略可大力推广的材料,每车上,一般采用PP、PC、ABS、ABS/PC等100km节油在0.5L以上。次性注射成型(。这种仪表板表面有花纹,尺6)价格低廉。目前,市场上PP的价寸很大,无蒙皮,表面质量要求很高,要求材格是8000元/t,而其他塑料一般都不低于料耐湿、耐热,刚牲好不易变形。但由于采用10000元A,有些塑料材料的价格甚至已达多点注射成型,易形成流痕和黏接痕,同时添40000~50000元/t以上。加色母不均,容易产生色差,因此表面需经涂7)缺点:收缩率大,吸水性强,尺寸稳装才能使用,且最好选用亚光漆涂装。欧洲及定性差,难以制得高精度制品,易燃,燃烧时日本的汽车仪表板大都选用以增强PP或ABS/产生大量黑烟和有毒气体,长期使用易老化、PC注塑成型易变形;但通过改性可降低其缺陷软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成。骨架一般选用价格低廉的改性PP聚烯2汽车用聚烯烃塑料的概况烃塑料。表皮则采用PⅤc/ABS或PVC片材,PO在汽车工业上应用源自20世纪50年代并带有皮纹,其加工工艺是先将表皮真空吸塑已经有50多年的历史了,它在汽车减重、安全、成型后,将吸塑好的表皮修剪后备用,置人发美观、舒适、节能、耐用等方面功不可没,这泡模腔内,再放上骨架,然后注人缓冲类发泡是因为PO塑料具有自己独特的性能。材料(如PU)而成型。由于半硬质PU泡沫的据统计:我国汽车用塑料的品种按用量排开孔性,因此它具有良好的回弹性,并能吸收列依次为PP>PVC>PU>不饱和树脂>50%~70%的冲击能量,安全性高,耐热,耐ABS>PF>PE>PA>PC>复合材料;德寒,坚固耐用,且手感好。但是由这三种以上国PVC>PU>PP>PE>ABS;美国PU>材料构成的仪表板,材料的再生利用极为困难PP>PE>PVC>ABS;日本PVC>PP>为了便于回收利用,正在发展用热塑性聚矫烃PU>ABS>PE>FRP。由此可见PO材料在TPo表皮和改性聚丙矫PP骨架及聚丙矫发泡我国汽车工业及世界上主要汽车生产大国应用材料构成的仪表板。都较为普遍,这主要与其价格低廉、性能良好3.12车门内板关车门內板的构造基本上类似于仪表板。如图1所示为中甲重汽生产的斯太尔“王”中卡3Po塑料在汽车工业上的应用车门某化二中国煤车6.2kg,它就汽车用PO塑料零部件分为三类:内饰件、是CNMHG注塑而成的2第33卷第8期综述与专论李光耀等·聚烯烃材料在汽车工业上的应用及发展前景般采用改性PP材料、模压塑料板材,也可用玻璃纤维增强塑料模压、吸塑或注塑成型。以上海桑塔纳轿车为例,前保险杠重4kg,后保险杠重44kg。保险杠也由面板和骨架组成。桑塔纳轿车的面板材料采用共聚丙烯PP添加热塑性弹性体,再加人其他助剂,经注塑成型。根据不同车型要求,某些车型的保险杠需要喷漆,如捷达王、新捷达、别克等车的保险杠进行表面喷漆。而桑塔纳和奥迎100等就直接采用注塑成型的保险杠,要求保险杠与车身同一色泽图1卡车门内板保险杠表面经喷漆后,色泽漂亮,但成本增加最近国外公司开发成功的低压注射-压缩近一倍,而且喷漆后的保险杠,回收再生料的成型方法,是把表皮材料放在还未凝固的聚丙耐寒性和伸长率大幅度降低,不能再用于制造烯毛坯上,经过压缩层压成为门内板。表皮材保险杠,所以开发可涂性PP制造保险杠是很迫料为衬有PP软泡层的TPO,这类门板易回收切的研究课题。最近,国外推出的新一代聚烯再生。近年来,车门内饰板为满足耐候性和柔烃热塑性弹性体主要用于汽车保险杠,使壁厚软性,已开始使用热塑性弹性体与PP泡沫板相由原来的35mm减至2.5mm,保险杜重量减叠合的结构,日本开发了一种冲压成型连续生轻31%,成型周期缩短了155。此外,与原来产全PP车门内饰板的技术,门板包括PP内衬的聚烯烃热塑性弹性体相比,其雩曲弹性提高板、PP泡沬衬热层和PP/EPDM皮层结构。另倍,拉伸强度提高60%,熔体流动速度提高外,设计者为了有效提高驾驶室的可利用空间,了一倍采用车门内板与车门扶手一体化造型,应用改3.22翼子板(挡泥板)性PP做骨架材料,再复合软材料制成整体门内翼子板也是汽车外用部件,是防止汽车在板,我们国严的“金王子”现巳应用该技术。行驶过程中,被车轮卷起的砂石泥浆溅到车厢3.1.3门手柄底部的设置,对材料的要求是耐气候老化和具门手柄不仅是启、闭门的功能件,也是装有良好的成型加工性。桑塔纳轿车前轮在右的饰件,一般以改性PP、ABS、 PC/ABS合金等上方有2个挡泥板,重约18kg,它是用增韧材料注塑而成。如桑塔纳的门手柄是用改性PP改性PP经注射成型而成的;重型汽车的挡泥板经注射而成,表面带皮纹,在接缝处有注塑而更大,有的由2~3块组成,重10kg以上。目富有手感的线发迹前,一种具有安全性、高品质外观和环保性能3.14杂物箱及盖等优良性能的新型热塑性聚烯烃(TPO)塑料材杂物箱一般选用耐冲击、耐老化的改性PP料的多功能挡泥板在宝马新款车型BMWX5得注射而成,杂物箱盖一般选用PP复合材料或纯到应用。PP注射而成。3.2.3电瓶箱盖3.2外饰件重型汽车上的电瓶箱盖一般要求耐热、耐外饰件除要求有内饰件的功能外,还要求晒、耐冲击、耐划伤、防静电、防腐蚀等性能具有高强度、高韧性、耐环境条件性能及耐冲如图2中国重汽生产的斯太尔“王”、“HoWO击性能等。兰亚用的MPP注塑而成的中国煤化工32.1汽车保险杠保险杠是汽车的主要外饰件之一。保险杠3.2CNMHG2007年第33卷3橡塑技术与装备CHINA RUBBERPLASTICS TECHNOL OGY AND EQUIPMENT吹塑而成。图4所示为中国重汽“金王子”重卡由LDPE吹塑而成的暖风、空调风管2电瓶箱盖现在有不少侧防撞条材料都是采用改性PP或TPO注射成型,如捷达轿车的防撞条就是用改性PP材料制成3.2.5导流板导流板要求轻量、高刚性、设计新颖井呈流线型。传统的导流板一般采用SMC(片材模塑材料)、FRP、mPPO等材料;为了材料的可回收利用,现在也有不少厂家选用改性PP注塑成型33汽车用主要塑料功能件图4暖风、空调风管功能件主要指制件必须满足特殊的使用功能,所以对其有特殊要求。3.3.3燃油箱及燃油管3.3.1暖风机、空调燃油箱属汽车的功能件、结构件,又是汽暖风机、空调是汽车重要功能件、关键件车重要的安全部件之一,结构分为单层或多层其总成大部分是由改性PP聚烯烃塑料注塑而成复合两种。其材质应具有耐寒、耐热、耐蠕的,图3所示为中国重汽“金王子”重卡暖风变、耐应力开裂、耐大气老化、耐溶剂及化学机、空调总成,其壳体重约6kg,由左、右两药品等性能,其抗冲击、抗渗漏、阻燃、防爆壳体组成,是由PP添加20%玻瘸纤维增强注等特性又尤为重要,因此塑料燃油箱通常采用塑而成HMWHDPE基材,并辅以黏接和阻隔性材料吸塑而成,其箱体内壁要用不同方法表面处理2。334膨胀水箱汽车上的麟胀水箱一般都是由LDPE吹塑而成。例如中国重汽生产的斯太尔“王”“HOWO”、“金王子”膨胀水箱都是由LDPE吹盟而成的,制品单件重2kg4汽车用PO塑料的发展趋势图3暖风机、空调总成随着汽车向轻量化方向的发展,塑料在汽车上的增加.特别刘汽车内饰件材料提3.3.2驾驶室暖风、空调风管出中国煤化工上质轻、防锈、吸驾驶室暖风、空调风管一般都是由LDPE振CNMHG代汽车用塑料结第33卷第8期综述与专论李光帮等·聚烯烃材料在汽车工业上的应用及发展前景构件取得了长足的发展,并且是今后的重点发验、其下边绿的膝盖撞击试验,座椅靠背的身展方向之一。塑料制品不仅能够减少零件质量,体冲击试验等均要求被检验的内饰塑料不能碎在降低躁声方面也起到了很好的作用。生产裂,更不能碎片四溅或出现棱角伤人。因此家应利用塑料制品成型的特点,尽量做到多个汽车内饰零件不仅要求舒适美观,更要求能保零件一体化,减少数目,设法达到一次成型复护乘客安全。杂零件的目的。汽车上塑料的使用量每年呈增(6)向环保、环境友好方面发展长趋势,可以预测,这种趋势在今后还将继续。汽车环保、轻量、舒适的发展需求,对其在汽车设计的诸多条件中,为了轻量化及降低材料提出了更高的要求,因此PO塑料今后也将成本,更多地采用塑料具有重要意义。今后的向这方面发展车用材料有从金属向塑料过渡的趋势。从世界(7)废旧PO塑料的再生利用各国对汽车内饰件材料的研究情况来看,主要随着人们所面临的全球性能源和原材料危有下面几个发展趋势机及环境保护意识的增强,如何处理与利用好(1)以PP类聚烯烃塑料为主导的市场这些废旧PO塑料将是摆在世人面前的一大难据英国应用信息(AM)报告,到2006年题。无论是从充分利用地球资源角度,还是从为止,轿车零部件消耗的热塑性塑料仍然以年环境保护的立场来看,都必须积极开展汽车废均超过8%的速度递增,而由于PP价格低廉且日PO塑料的回收利用技术工作的研究。材料回性能优越,所以汽车内外饰件的发展将以PP为收利用技术工作还应当配合环保法规的制定和主,现在市场上使用的PP零件占市场份额的废旧材料回收体系的建立,因此也是一项系统42%,且可望以每年10%的速度增长,特别集工程。PO塑料废弃物回收利用的一般流程:收中在汽车内饰方面集→分离一清洗和干燥→粉碎和增密→配料和(2)PE类聚烯烃塑料在汽车上的应用有扩造粒→回收和再生。大的趋势随着科学技术的进步及汽车生严厂家在科5结束语研上的大量投∧,汽车容积类零部件越来越多聚烯烃是合成树脂中严量最大、用途最厂地采用改性PE类聚烯烃塑料已成为可能国。的高分子材料。近年来,国际聚烯烃技术发展3)塑料在汽车中的应用范围正在由内饰分迅速,新严品、新工艺不断涌现,新型高件向外饰件、车身和结构件扩展,今后重点发性能聚烯烃产品大量进∧汽车、电子、电器等展方向是开发结构件和外装件高端应用领域,目前国内PO树脂需求量已突破(4)开发满足不同性能要求的各种改性聚2000万t,而国内的严量仅能满足国内需求的烯烃塑料材料556%,其余部分要依赖进口,目前中国聚烯烃满足不同性能要求的改性材料在汽车零部进口量已超过全球贸易总量的30%。随着汽车件上的应用也越来越显示其强大的生命力。汽向轻量化、环保化方向的发展,纳米技术在生车上使用改性材料的零件主要是仪表板、门护产上的应用,科学研究的进一步深人,聚烯烃板、膝盖护板等,由于该种材料生产工艺简单塑料作为塑料家族中重要的一类,可以预见聚成本低廉、适用性强而发展得比较迅速,将是烯烃塑料将在汽车工业上的应用越来越广泛。今后汽车内饰材料的主要发展方向。(5)向安全性方面发展参考文献:在现今交通事故不断、乘客安全受到威胁周达飞,吴张永,王婷兰塑料的选用,北京:化学士中国煤化工的情况下,部分内饰零件的安全性检验已纳人及使用技术.北京以事日程。比如,仪表板上表面的头部冲击试CNMHG2007年第33卷橡塑技术与装备CHINA RUBBERPLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT3]钱德基,许宏华.国內最新塑料牌号手册.北京:中国4]周达飞,吴张永,王婷兰,汽车用繼料.北京:化学工石化出版社,1993业出版社,2004博世力士后两万吨级PBS生产线在扬州推出全方位注塑解决方察试车成功在5月21日开幕的2007国际橡塑展中,中科院理化技术硏究所工程料国家工程博世力士乐公司首度推出了代表业内最新技术研究中心与扬州市邗江佳美高分子材料有限公方向的全电注塑以及电动液压复合式注望解决合资建设的2万t年PBS生产线目前已经方案试车成功。该生产线由上述两家单位共同投资本次展出的用于高速(>300mm/s),高精000万元建设,两家单位为此合资组建了扬州度(定位精度<01mm)闭环射胶方案,使用邗江格雷丝高分子材料有限公司了带专用射胶曲线的高频响阀WRLE,具有媲据介绍,经过试车,2万t年PBS生产线已美伺服阀的性能,而避免了伺服网对油液污染经能够完全实现产业化生产,有望成为目前全的敏感性和维修困难问题;同时配备的专用的球最大的可商业化运行的PBS装置。2万t年闭环数字卡HACD-DPQ进一步优化了注射PBS生产线的成功试车,标志着我国PBS生物程设置和诊断界面,使复杂的闭环射胶控制简降解塑料产业达到国际先进水平。在扬州顶目单易行,从而满足了高速液压式注塑机对控制试车前,全球只有2-3家企业能够产业化生产技术、加工精度方面的苛刻要求。其全开放的PBS,总年产量不足5万t。而据保守估。计控制系统软硬件允许整机用户自行设计操作画仅中国市场目前就有50万t年的需求量,可谓面,井可根据需求随意增加伺服轴;此外,该商机无限系统采用智能的 IndraDrive驱动系统,可在运摘编自《中国塑料信息》,2007,(6):19动过程中快速转换控制环之间的模式,其配套的各种惯暈伺服电机和大功率驱动器可与目前各种规格的注射机的机械部分匹配,从而在操作过程中完成各部件之间的快速响应,充分达投资147亿的可降解塑料到精密注塑的各种要求。此外,博世力士乐还展出了电动注塑机的其他主要配件如伺服电机顶目落产脔京驱动系统以及滚珠丝杠等,这些都恰恰迎合了从结束不久的南京市重大项目投资治谈会当前国内塑机生产企业的发展需要上获悉,投资总额将达147亿元人民币的可降如今,低能耗、高性能已成为当前注塑行解环保替代产品顶目将落户南京市六合经济开业的发展新趋势。然而在注盟产品的生产成本发区。该顶目计划7年内全部建成达产,年产构成中,电费占了相当高的比例,其中注塑机可降解生活用品240亿件、可降解工业产和油泵马达所占整体耗电量可高达50%-65%。博农用地膜各120万t,年产值336亿元人民市世力士乐此次展出的最新电动液压复合式注塑实现利税120亿元人民币,可安排约11万人就解决方案融合了全液压式注射机的高性能和全业。项目第一阶段投资264亿元人民市,三年电动式的节能优点,有力推动了新一代“节能内形成年产可降解生活用品40亿件、可降解工型”注塑机的开发。MYH中国煤化T主产能力摘编自《塑料制造》,2007,(6):40CNMHG007,(6):22(Xs05)s-05)633卷第8期