世界汽車塑料材料技術(shù)的現(xiàn)狀及動向環(huán)球聚氨酯

1、世界汽車塑料材料技術(shù)的現(xiàn)狀及動向( 一)近年來塑料及其復(fù)合材料在汽車中的用量持續(xù)增長。圖1 為美國家庭轎車塑料（含塑料復(fù)合材料）用量的增長情況， 從 1977年到 2004年單車塑料的用量由76kg提高到 117kg ，增幅達(dá) 54% 。目前北美汽車中塑料的用量為每車118kg左右，約占整車質(zhì)量的10% ，預(yù)計(jì) 2010年將達(dá)到136kg 。而歐洲轎車塑料所占的比例稍高，已達(dá)整車質(zhì)量的14.5%。塑料在汽車中的應(yīng)用遍及所有總成，業(yè)內(nèi)習(xí)慣將它們分為內(nèi)裝（飾）件、 外裝件和功能件（其他結(jié)構(gòu)件）。表1 列出了目前汽車中主要塑料零部件所用的材料，表中所用的縮寫中英文對照如表2 。據(jù)統(tǒng)計(jì)，居前幾位的汽車

2、塑料 有 PP、 PUR 、 PVC 、 ABS 、 PA 和 PE。2 主要技術(shù)進(jìn)展以汽車熱塑性塑料復(fù)合材料為例，國外當(dāng)前研究的主要課題如下。樹脂材料研究的重點(diǎn)之一是不斷提高材料的物理，力學(xué)性能；材料開發(fā)已從昂貴的特殊專用樹脂轉(zhuǎn)向低成本的普通樹脂新品種體系；自增強(qiáng)樹脂也是當(dāng)前材料研發(fā)的一大熱點(diǎn)（如SR PP），歐洲重點(diǎn)放在連續(xù)層壓成形和模壓成形材料上，而北美關(guān)注的是注塑成型材料。納米復(fù)合材料研究開發(fā)受到廣泛關(guān)注，主要有納米層狀二氧化硅和納米碳管增強(qiáng)PE、 PVC ，界面特性改善等。PA 、納米增強(qiáng)纖維復(fù)合材料是最近興起的一種納米復(fù)合材料。歐洲目前正在研究利用納米碳管作增強(qiáng)體，開發(fā)阻燃和自增強(qiáng)

3、 SR PP 等高性能復(fù)合材料，其他類型的增強(qiáng)體如聚合物、鋼纖維等也受到關(guān)注。由于環(huán)保的需要， 天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料也是當(dāng)前世界各國汽車塑料的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。納入研究的天然纖維來源有纖維素。木材、亞麻、黃麻，劍麻、大麻，龍舌蘭葉纖維、椰子殼纖維，以及稻草與其他農(nóng)作物廢料等。熱塑性復(fù)合材料成形技術(shù)研究正在廣泛進(jìn)行。當(dāng)前的重點(diǎn)有纖維纏繞與編制技術(shù)，并已在天然纖維纏繞和金屬聚合物纖維編織技術(shù)上取得重大進(jìn)展；纖維金屬夾層等混合材料的制備方法，如Over InjectionMoulding工藝；熱塑成型、沖壓成形、模壓成形技術(shù)，包括工藝優(yōu)化與智能化、柔性工裝、 工藝模型與計(jì)算機(jī)輔助成形、大批量生

4、產(chǎn)技術(shù)等，并已開發(fā)出可顯著縮短加熱時(shí)間的局部加熱技術(shù)和快速熱響應(yīng)模具；短纖維， 生物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、自增強(qiáng)復(fù)合材料，LFT 、木纖維增強(qiáng)PP 等的注塑工藝，注塑工藝優(yōu)化，纖維取向模擬，水助注塑技術(shù)開發(fā)；PA6 、 PAl2 和 CBT 為基體的復(fù)合材料批量生產(chǎn)RTM 工藝；大型零件的低成本真空模塑生產(chǎn)工藝；零件表面模內(nèi)裝飾技術(shù)A 級表面與抗擦傷表面制備技術(shù)。連接技術(shù)開發(fā)，主要有大型零件感應(yīng)焊接、接觸焊、超聲焊接、振動焊接等。試驗(yàn)技術(shù)開發(fā)，包括強(qiáng)度快速試驗(yàn)方法，高、低溫試驗(yàn)方法，中擊、磨損試驗(yàn)方法，長時(shí)性能測試方法， NVH 性能測試方法，車身防碰撞零件沖擊試驗(yàn)方法等。2.1若干材料技術(shù)新進(jìn)展

5、（ 1 ）長玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯 （ LGF PP）STAMAX公司近年開發(fā)了一種高彈性模量復(fù)合材料LGF PP，玻璃纖維的長度為12 25mm 表 3 列出了注塑 LGF PP 典型機(jī)械性能。 LGF PP 可取代現(xiàn)有的材料，用于儀表板托架、保險(xiǎn)杠粱、防濺板、車門和 FEM 等零部件。圖 2 為用 LGF PP 制造的福特 Fiesta后車門同鋼車門相比，其質(zhì)量減輕了50% 。（ 2 ）DaronHybrid樹脂材料DaronHybrid是DSM公司近年開發(fā)的熱固性樹脂，它由不飽和的聚酯樹脂（UP）和聚氨酯（PUR ）混合而成，通常稱為不飽和聚酯尿烷混合物。這種材料兼有UP的高剛度、高熱穩(wěn)定性

6、、以及PUR的韌性，表4 列出了DaronXP45Hybrid樹脂的典型物理力學(xué)性能。研究表明，以DaronHybrid樹脂為基體的SMC/BMC除具有母材良好的性能外，其纖維 / 基體界面特性優(yōu)于其他熱固性樹脂，而且還具有較高的抗水解能力。玻璃纖維增強(qiáng)和碳纖維增強(qiáng)的DaronHybrid在 90 熱水中浸泡72h后，其 ILSS值仍然可保留90% 以上，如圖3 。（ 3 ）低密度 SMC普通 SMC 填料為密度較大的碳酸鈣 ，其密度一般在1.9g/cm3左右；采用粘土可使其密度降至1.60 1.65g/cm3；如用中空玻璃珠則可將SMC 的密度進(jìn)一步降到1.30 1.40g/cm3。密度的降

7、低也帶來了諸如成本增加、材料物理性能下降、表面質(zhì)量惡化等問題。DSM 公司最近開發(fā)出一種密度為1.45g/cm3的低密度SMC ，其剛度與強(qiáng)度達(dá)到了常規(guī) SMC 的水平。圖4 為它與普通SMC 及普通低密度SMC 性能的對比。（ 4 ）納米復(fù)合材料納米聚合物復(fù)合材料由有機(jī)聚合物基體與納米無機(jī)分散相（至少有一維小于 100nm ）組成。 由于尺寸效應(yīng)、大比表面積和強(qiáng)界面結(jié)合， 納米復(fù)合材料具有許多優(yōu)異的性能， 如強(qiáng)度高、耐熱、抗紫外線、阻燃。阻隔性好加工性能好等。納米 PA 是最早的汽車納米復(fù)合材料，主要應(yīng)用對象為燃料系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)罩下零件。 隨后又相繼開發(fā)了以其他熱塑性 工程塑料（ ETPs ）、 TPO 和 PP 為基體的納米復(fù)合材料?，F(xiàn)用的納米填充物主要為納米蒙脫土，其比例一般為 3% 5% 。而納米滑石因其需要的剝離能量較低，已開始進(jìn)入市場。潛在的納米填料還有納米二氧化硅、納米碳管等。目前產(chǎn)量最大的汽車納米塑料是納米 PA，其次是納米 TPO ，此外還有納米聚酯、納米紫外固化丙烯酸酯樹脂、 納米聚酰亞胺、 納米 聚甲醛 等。納米碳管 /PAl2 用于油管快速接頭、油濾等燃油系統(tǒng)零部件的內(nèi)層以阻隔（防滲），近年又開發(fā)了納米碳管 / 改性尼龍、納米碳管/ 含氟聚合物用于燃油系統(tǒng)其他零部件。 納米塑料應(yīng)用對象主要為保險(xiǎn)杠、 散熱器、 底盤，車身外板、車輪護(hù)罩