聚丙烯在汽車中的應(yīng)用
時間:2006-07-27
汽車在現(xiàn)代社會中已成為主要交通工具之一。是能源消耗大戶，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家大約50%的石油資源消耗在汽車上。據(jù)報導(dǎo)，汽車一般部件減重1%，節(jié)油也近1%，運動部件減重1%，可節(jié)燃油2%．因而汽車的輕量化對節(jié)能和環(huán)境保護(hù)均有重要意義。
汽車的輕量化離不開塑料化，因而汽車用塑料的消費量逐年增加。八十年代中期美國為每輛車109kg，約占車重的9.8%，日本為每輛車74.3kg，約占車重的6%，歐洲1989年為每輛車120kg。已達(dá)車重的11%，最新報導(dǎo)每輛車用量已達(dá)200kg。約占車重的15%。 圖1、圖2分別列出了歐洲和日本汽車塑料應(yīng)用情況。 |
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圖1 標(biāo)準(zhǔn)歐洲汽車中塑料的用量
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圖2 日本汽車中塑料應(yīng)用情況
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| 中國汽車工業(yè)正步入迅速發(fā)展時期，為了適應(yīng)汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車相關(guān)工業(yè)的配套工作從八十年代末期已進(jìn)入計劃日程。國家計委曾將汽車用聚烯烴塑料及其改性材料列入了國家“八五”重大科技攻關(guān)項目，如下圖3所示。 |
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圖3 列入國家“八五”攻關(guān)項目的汽車用聚烯烴材料
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如前所述，在車用塑料中聚烯烴塑料及其改性材料仍占最大的份額。日本普通轎車已達(dá)61%，高檔車也達(dá)41%。PP改性材料在車用塑料中占第一位。1990年歐洲單車PP用量為22.5kg，1995年為38kg。1998年達(dá)45kg。現(xiàn)在汽車用PP部件大約為60個，幾年后將增加至200個，應(yīng)用前景十分廣闊。
PP是汽車用塑料的主要品種，目前國內(nèi)外汽車用 PP的使用量在穩(wěn)步增長。日本汽車用塑料以 PP為主，20世紀(jì) 90年代初，日本平均每輛汽車用 PP為 2 kg，，到 90年代末已增加到 37 kg 。 PP在汽車用塑料中的比例由過去的 28. 8%上升到 37%，占世界首位。PP也是美國汽車用塑料中消費量最大 (約占 20% )的品種。美國目前每輛汽車用 PP為 24kg，并以 15%的速度增長。歐洲汽車用主要塑料的構(gòu)成與日本相似，即 PP占首位，其用量占汽車用塑料總量的28. 1% ，并以 10%的速度增長。2005年 ，全世界汽車用 PP的消費量達(dá)到 280萬 t 。表1列出了日本轎車用PP塑料制件的分布情況。
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表1 日本轎車用PP塑料制件的分布情況 |
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制件 |
重量百分?jǐn)?shù)% |
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控制器盒 |
1.8 |
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方向盤 |
1.8 |
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風(fēng)扇 |
2.1 |
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風(fēng)扇護(hù)圈 |
2.1 |
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蓄電池殼 |
11.4 |
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散熱器面罩 |
9.1 |
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后視鏡 |
3.1 |
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空濾器殼體 |
1.3 |
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保險杠 |
22.1 |
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儀表板 |
14.1 |
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門內(nèi)襯板 |
12.2 |
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燈箱 |
10.0 |
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空調(diào)器箱 |
11.4 | |
汽車用 PP一般都是改性品級。目前的改性途徑主要是通過加入增韌劑和填充劑來提高 PP的性能。通過調(diào)整 PP基體、增韌劑、填充劑三者的配比可制造出一系列不同性能的材料，滿足汽車不同部件的功能要求。
改性 PP可用于汽車保險杠、儀表板、發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇等。
(1)保險杠 保險杠是最具代表性的 PP 汽車零部件， 20世紀(jì) 90年代以來，日本和歐洲 80%以上的保險杠是采用 PP注射成型的。目前，國外多采用彈性體改性 PP生產(chǎn)保險杠，這種保險杠已占汽車保險杠總用量的70%。
國外廣泛應(yīng)用的汽車保險杠 PP專用料的生產(chǎn)方法是在反應(yīng)釜中共聚合，同時進(jìn)行 PP與乙丙橡膠等的共混。用這種方法生產(chǎn)的 PP專用料性能優(yōu)異。國內(nèi)采用機(jī)械共混改性材料，其生產(chǎn)方法是采用雙螺桿擠出機(jī)等將 PP、聚乙烯 (PE)、橡膠、無機(jī)填料等共混造粒。
BASF公司、CI公司和Quantum 公司聯(lián)合開發(fā)的氣相PP技術(shù)可直接用于生產(chǎn)乙丙橡膠為 50%的 PP共聚物，該材料抗沖擊性能優(yōu)良，熔體流動性好，適于薄壁長流道注射成型 ，可用于制作汽車保險杠外罩、阻流板和汽車防護(hù)器等。Dow化學(xué)公司采用 U - nipoltm聚合工藝技術(shù)及特種催化劑制備的抗沖共聚 PP，其橡膠含量達(dá)到 40%，具有良好的剛性與韌性，耐低溫沖擊性能優(yōu)異，在汽車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
近年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了采用β晶型成核劑增韌改性 PP的新方法。通過使 PP中耐沖擊性能較差的α晶型向耐沖擊性能極好的β晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變來達(dá)到增韌的目的。在不明顯降低其它性能的情況下，能大大提高 PP的耐沖擊性能，是今后 PP增韌改性的發(fā)展方向之一。
(2)儀表板 儀表板是汽車的主要內(nèi)飾件，其形狀較為復(fù)雜。目前使用的儀表板有硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板兩種，硬質(zhì)儀表板是整體一次注射成型，所用材料為增韌增強 PP；軟質(zhì)儀表板由表皮、骨架、緩沖材料構(gòu)成。一般采用金屬或改性 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)泡沫作緩沖材料，聚氯乙烯 (PVC)作軟質(zhì)表皮。硬質(zhì)儀表板主要用于輕、小型客車，軟質(zhì)儀表板用于轎車。2003年國內(nèi)生產(chǎn)儀表板消費 PP為 10 kt，2004年為 12 kt， 2005年為 14 kt。
(3)發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇 汽車發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇一般采用玻纖 (GF)增強 PP。該類 PP的剛性強，韌性和耐熱性高，成型加工性好。其改性方法主要采用 GF和彈性體協(xié)同增強增韌。隨著發(fā)動機(jī)功率的不斷提升，對冷卻效果提出了更高要求，風(fēng)扇材料的耐熱性也需要相應(yīng)提高。如何進(jìn)一步提高 GF增強 PP的剛性、強度和耐熱性，成為 PP風(fēng)扇材料發(fā)展的關(guān)鍵。一般短 GF增強 PP可通過增加纖維長度來提高材料的強度。由于長 GF增強 PP的剛性、強度和耐熱性均優(yōu)于短 GF增強 PP，因此長 GF增強 PP將是增強型 PP的發(fā)展趨勢。近年來 ，國外一些大型企業(yè)推出了長 GF增強 PP，國內(nèi)則缺少相應(yīng)的產(chǎn)品。
(4)其它部件 使用改性 PP制作耐化學(xué)介質(zhì)的容器，如蓄電池外殼、盛裝各類溶劑的容器等已經(jīng)較普遍。吹塑部件用高熔體強度 PP取代傳統(tǒng) PE后，耐熱性能明顯提高。車身頂蓋內(nèi)飾板材要求有較好的隔熱、吸音性能，同時還要求在潮濕條件下具有抗微生物、高溫下尺寸穩(wěn)定、低分子揮發(fā)物少等性能，一般采用泡孔結(jié)構(gòu)材料，如交聯(lián) PE泡沫、PUR泡沫、瓦楞紙板等。現(xiàn)在開始使用高熔體強度 PP生產(chǎn)的 PP發(fā)泡板材和蜂窩 PP板材，特別是物理發(fā)泡的 PP板材，具有較好的隔熱性、吸音性、耐高溫性和環(huán)保回收性，但PP發(fā)泡成型較為困難，今后需進(jìn)行發(fā)泡 PP的基礎(chǔ)樹脂、配方、工藝與設(shè)備等方面的研究。在復(fù)合成型軟內(nèi)飾護(hù)板中，木粉填充 PP、天然纖維或廢合成纖維增強 PP、天然纖維氈增強 PP等環(huán)保材料制造的內(nèi)飾護(hù)板基板正逐步得到應(yīng)用。
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