塑料是以合成樹脂、顏料、填料和助劑等為原料，經(jīng)過加工改性得到的高分子材料。塑料廣泛用于汽車的內(nèi)飾件、外飾件和功能件，在汽車上的用量大約為100 ～ 200Kg/輛。隨著環(huán)保要求的不斷提高，汽車輕量化和車內(nèi)空氣質(zhì)量提升是汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢，也為汽車材料向輕量化和綠色化發(fā)展指明了方向。

1. 低散發(fā)材料

隨著汽車快速步入百姓生活，人們停留在車內(nèi)的時間越來越長，車內(nèi)低劣的空氣質(zhì)量嚴(yán)重威脅著人們的健康，車內(nèi)空氣質(zhì)量的好壞已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)問題。國家環(huán)境保護(hù)部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局在2011 年發(fā)布了GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》，并在2016 年發(fā)布了GB/T27630 修訂為國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 27630 的征求意見稿。降低材料的散發(fā)性已成為材料供應(yīng)商的重大挑戰(zhàn)。

車用改性塑料散發(fā)物質(zhì)主要來源于原材料（樹脂、添加劑）、加工過程（熱氧化、剪切作用）和成型過程（注塑溫度、壓力）等。降低材料的發(fā)散性就需要對這些因素進(jìn)行控制和篩選。表1所示為典型聚丙烯（PP）樹脂和添加劑的散發(fā)性能。由表1可見，應(yīng)選用氫調(diào)的氣味低的PP 樹脂，而過氧化物降解的PP 樹脂要進(jìn)行控制使用。

表1 典型PP 樹脂和添加劑的散發(fā)性能

加工和成型工藝的優(yōu)化，可有效改善制品的氣味和VOC性能，如降低螺桿剪切區(qū)域加工溫度上限和提高真空負(fù)載壓力可降低材料的氣味，調(diào)整加工工藝對氣體的釋放有顯著影響。

圖1 是一些散發(fā)性能改善的應(yīng)用，可見，經(jīng)過改善后材料的氣味可降低0.5 級。

圖1 材料散發(fā)性能改善的應(yīng)用

圖2 是某車型門板和儀表板本體VOC 改善效果，經(jīng)過改善后VOC 明顯降低。

圖2 某車型門板和儀表板本體VOC 控制改善效果

2. 輕量化材料

汽車輕量化技術(shù)是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，是全球汽車廠商的共同選擇，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效直接可行的途徑，是我國應(yīng)對能源安全的必然措施，也是汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。材料輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要技術(shù)，可通過薄壁化、低密度和長纖維增強(qiáng)（LFT）材料實(shí)現(xiàn)。

2.1 薄壁化

汽車零部件薄壁化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要手段之一，已經(jīng)成為衡量各汽車設(shè)計(jì)能力的一個重要指標(biāo)。汽車制件薄壁化技術(shù)的迅速發(fā)展，不僅提升了操控性能，而且減輕了整車重量，降低了整車油耗，還縮短了成型周期，降低了生產(chǎn)成本。目前，量產(chǎn)車型歐美系主流為2.7 ～ 3mm，日系主流是2.5 ～ 2.7mm。但是在新車型開發(fā)上，保險杠壁厚減薄是一個大趨勢。例如：馬自達(dá) (ABP-2040，2.0mm)；鈴木 (ABP-1520NEW，2.0mm)；大眾（OCT ABP-2036 HM，2.5mm）。

由于制件薄壁化之后要求材料與之前相比具有更高的模量、沖擊和流動性，因此開發(fā)高性能化的聚丙烯改性技術(shù)面臨較大的挑戰(zhàn)。金發(fā)科技推出車用材料薄壁化解決方案，不僅僅是材料配方的設(shè)計(jì)，更從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、成型設(shè)備與成型工藝等方面進(jìn)行優(yōu)化，提供全方位的服務(wù)，如圖3 所示。

圖3 薄壁化設(shè)計(jì)解決方案

零件薄壁化要求材料具有高熔指、高模量、高沖擊的“三高”性能。表2 為金發(fā)科技薄壁化材料的牌號及對應(yīng)的性能。

表2 金發(fā)科技薄壁化材料的牌號及對應(yīng)的性能

金發(fā)科技可協(xié)同客戶進(jìn)行薄壁化零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免零部件薄壁化后常見的縮痕和波形面缺陷，還可根據(jù)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和模流分析，協(xié)同客戶進(jìn)行薄壁化模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖4 薄壁化材料的應(yīng)用

圖4 為薄壁化材料的應(yīng)用，已廣泛用于前后保險桿、儀表板、門板和立柱等。

2.2 低密度

低密度材料是指在目前材料標(biāo)準(zhǔn)上剛性和韌性不變，但密度大幅度降低。相同的零部件，材料密度越低，制件減重效果越明顯。主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商對材料的密度提出了更高的要求：密度越來越低，但材料性能依然維持不變甚至更高，且收縮率、線性熱膨脹系數(shù)等均有良好的保持，使零部件生產(chǎn)廠商不用對模具進(jìn)行任何更改即可在現(xiàn)行量產(chǎn)模具上實(shí)現(xiàn)較好的輕量化效果。

表3 為某日系汽車保險杠新老材料標(biāo)準(zhǔn)對比。新標(biāo)準(zhǔn)在老標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，密度降低約3%，但性能基本保持不變。金發(fā)科技對應(yīng)開發(fā)出低密度高性能保險杠專用料，可滿足所有性能要求，同時收縮率和成型性能與原標(biāo)準(zhǔn)材相當(dāng)，可在量產(chǎn)模具上直接替換，完成材料的更新升級，從而為零部件供應(yīng)商和主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)減重降本。

表3 某日系汽車保險杠新老材料標(biāo)準(zhǔn)對比

表4 為某德系汽車門板新老標(biāo)準(zhǔn)對比，新項(xiàng)目門板標(biāo)準(zhǔn)由52388F 標(biāo)準(zhǔn)改為TL52388H 標(biāo)準(zhǔn)，密度直接從1.04 g/cm3 直接降低至0.91 g/m3。金發(fā)科技開發(fā)的材料性能均從門板上直接裁件測試，滿足力學(xué)性能外，還滿足耐劃傷、發(fā)黏、應(yīng)力發(fā)白和收縮率等性能要求。

表4 某德系汽車門板新老材料標(biāo)準(zhǔn)對比

2.3 LFT 材料

長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料以其較低的密度和優(yōu)異的性能，逐漸成為汽車輕量化的重要選擇，在汽車前端框架、儀表板骨架、發(fā)動機(jī)底護(hù)板、天窗、護(hù)風(fēng)圈等部品上的應(yīng)用前景廣闊。金發(fā)科技的長玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料具有較長的玻纖保留長度和良好的玻纖分散性能，力學(xué)性能優(yōu)異，熱氧老化性能良好，外觀品質(zhì)優(yōu)越，是汽車以塑代鋼輕量化的首選。

表5 金發(fā)科技PP-LGF 產(chǎn)品的力學(xué)性能

金發(fā)科技LFT產(chǎn)品采用浸漬生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，產(chǎn)量達(dá)2萬噸/年，國內(nèi)產(chǎn)量第一。金發(fā)科技PP-LGF產(chǎn)品具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如表5所示。

圖5 金發(fā)科技PP-LGF 熱氧老化性能

金發(fā)科技PP-LGF 產(chǎn)品不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，還具有優(yōu)異的熱老化性能，在150℃老化1000h 后，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別僅降低14.2%、10% 和9.6%，如圖5 所示。

金發(fā)科技PP-LGF 在汽車領(lǐng)域的典型應(yīng)用和牌號如表6所示。

表6 金發(fā)科技PP-LGF 在汽車領(lǐng)域中的典型應(yīng)用

3. 環(huán)保材料

為了滿足消費(fèi)者對制件外觀的個性化需求，通常在制件表面噴涂具有特殊顏色效果的涂料，然而涂料中含有大量的有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑的揮發(fā)不僅造成環(huán)境的污染，而且對噴漆工人的健康造成危害。因此，應(yīng)開發(fā)滿足外觀要求的環(huán)保型材料，如免噴涂材料和仿植絨材料等。

3.1 免噴涂材料

免噴涂材料具有環(huán)保和低成本等優(yōu)勢，可在部分場合下替代噴涂，在汽車部品中的應(yīng)用越來越廣泛。金發(fā)科技推出車用免噴涂材料的解決方案，從選材、配色、設(shè)計(jì)、仿真、開模、試模到量產(chǎn)，進(jìn)行一站式服務(wù)，保障免噴涂項(xiàng)目的順利進(jìn)行。金發(fā)科技免噴涂材料的優(yōu)勢在于工藝復(fù)雜性大大下降；有效降低成本；各向同性和優(yōu)異的耐劃傷性能等。金發(fā)科技提供三大類型的免噴涂材料：①金屬漆效果，②珠光效果，③高光黑效果，如圖6 所示。

圖6 金發(fā)科技免噴涂材料效果圖

金屬漆效果免噴涂材料可提供PP+ 滑石粉，ABS、PC 及其合金，ASA 及PC/ASA 合金等多種材料方案，應(yīng)用于不同場合。珠光效果免噴涂材料可提供不同珠光效果，不同顏色，不同耐劃傷等級，多種基材和耐候性能的選擇。金屬漆和珠光效果免噴涂材料主要應(yīng)用在保險桿底護(hù)板、裙擺、防擦條、輪眉、裝飾條和內(nèi)門把手等，如圖7 所示。

圖7 金屬漆和珠光效果免噴涂材料在汽車上的應(yīng)用

高光黑效果是指外觀又黑又亮，具有鋼琴黑優(yōu)雅的視覺效果。用于外飾件時，需要具備優(yōu)異的耐候性和一定的耐劃傷性能，用于內(nèi)飾件時，只需噴涂一層清漆。高光黑免噴涂材料可提供普通或增韌PMMA、PMMA/ASA 合金、ASA、PC/ASA 合金和PC 等多種材料方案。根據(jù)材料的不同，提供不同沖擊性能、耐候性能和耐劃傷性能的選擇，如表7所示。

表7 高光黑效果常用材料的性能

高光黑效果免噴涂材料主要應(yīng)用在外立柱、后視鏡、行李架、中控面板、格柵和擾流板等，如圖8 所示。

圖8 高光黑效果免噴涂材料在汽車上的應(yīng)用

流痕和熔接線是免噴涂材料應(yīng)用中的難點(diǎn)，決定免噴涂材料的應(yīng)用成功與否。流痕與熔接線與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的關(guān)系很大。不同效果的免噴涂材料對注塑缺陷的適應(yīng)性不同，如表8 所示。

表8 免噴涂材料對注塑缺陷的適應(yīng)性

金屬漆效果和珠光效果對設(shè)計(jì)要求較高。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具澆口布局對產(chǎn)品外觀質(zhì)量起決定作用。免噴涂材料要避免多澆口進(jìn)膠導(dǎo)致產(chǎn)品外觀熔接線和流痕問題，避免溝槽孔洞設(shè)計(jì)以減少產(chǎn)品外觀的熔接線問題，避免厚薄不均導(dǎo)致的外觀流痕問題。針對這些問題，金發(fā)科技可提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化（壁厚、過渡、加強(qiáng)筋、卡扣、定位點(diǎn)等）和模具設(shè)計(jì)優(yōu)化（流道、澆口、排氣等）。

3.2 仿植絨內(nèi)飾材料

仿植絨材料是指在改性聚丙烯材料中添加植物纖維點(diǎn)，使材料呈現(xiàn)出低光澤、仿植絨效果的一類材料，可明顯降低材料的塑料感。添加的纖維點(diǎn)可以為黑，紅，藍(lán)，綠，黃，棕等多種顏色。仿植絨材料可降低原來達(dá)成仿木棉效果噴涂或印染帶來的污染，同時降低生產(chǎn)成本。仿植絨內(nèi)飾材料可提高內(nèi)飾用材的質(zhì)感，在車用內(nèi)飾顏色中是行業(yè)上的一種突破。仿植絨內(nèi)飾材料目前主要應(yīng)用在汽車立柱上。

總結(jié)

隨著汽車輕量化的發(fā)展趨勢和車內(nèi)空氣質(zhì)量日益嚴(yán)格的要求，汽車材料改性技術(shù)將面臨著越來越大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。要通過車用材料不斷創(chuàng)新，在塑料材料、加工設(shè)備和工藝、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)上進(jìn)行創(chuàng)新，提供整體解決方案，為客戶和消費(fèi)者提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。