世界汽车塑料材料技术的现状及动向环球聚氨酯

1、世界汽车塑料材料技术的现状及动向( 一)近年来塑料及其复合材料在汽车中的用量持续增长。图1 为美国家庭轿车塑料（含塑料复合材料）用量的增长情况， 从 1977年到 2004年单车塑料的用量由76kg提高到 117kg ，增幅达 54% 。目前北美汽车中塑料的用量为每车118kg左右，约占整车质量的10% ，预计 2010年将达到136kg 。而欧洲轿车塑料所占的比例稍高，已达整车质量的14.5%。塑料在汽车中的应用遍及所有总成，业内习惯将它们分为内装（饰）件、 外装件和功能件（其他结构件）。表1 列出了目前汽车中主要塑料零部件所用的材料，表中所用的缩写中英文对照如表2 。据统计，居前几位的汽车

2、塑料 有 PP、 PUR 、 PVC 、 ABS 、 PA 和 PE。2 主要技术进展以汽车热塑性塑料复合材料为例，国外当前研究的主要课题如下。树脂材料研究的重点之一是不断提高材料的物理，力学性能；材料开发已从昂贵的特殊专用树脂转向低成本的普通树脂新品种体系；自增强树脂也是当前材料研发的一大热点（如SR PP），欧洲重点放在连续层压成形和模压成形材料上，而北美关注的是注塑成型材料。纳米复合材料研究开发受到广泛关注，主要有纳米层状二氧化硅和纳米碳管增强PE、 PVC ，界面特性改善等。PA 、纳米增强纤维复合材料是最近兴起的一种纳米复合材料。欧洲目前正在研究利用纳米碳管作增强体，开发阻燃和自增强

3、 SR PP 等高性能复合材料，其他类型的增强体如聚合物、钢纤维等也受到关注。由于环保的需要， 天然纤维增强热塑性复合材料也是当前世界各国汽车塑料的一个重要研究领域。纳入研究的天然纤维来源有纤维素。木材、亚麻、黄麻，剑麻、大麻，龙舌兰叶纤维、椰子壳纤维，以及稻草与其他农作物废料等。热塑性复合材料成形技术研究正在广泛进行。当前的重点有纤维缠绕与编制技术，并已在天然纤维缠绕和金属聚合物纤维编织技术上取得重大进展；纤维金属夹层等混合材料的制备方法，如Over InjectionMoulding工艺；热塑成型、冲压成形、模压成形技术，包括工艺优化与智能化、柔性工装、 工艺模型与计算机辅助成形、大批量生

4、产技术等，并已开发出可显著缩短加热时间的局部加热技术和快速热响应模具；短纤维， 生物纤维增强复合材料、自增强复合材料，LFT 、木纤维增强PP 等的注塑工艺，注塑工艺优化，纤维取向模拟，水助注塑技术开发；PA6 、 PAl2 和 CBT 为基体的复合材料批量生产RTM 工艺；大型零件的低成本真空模塑生产工艺；零件表面模内装饰技术A 级表面与抗擦伤表面制备技术。连接技术开发，主要有大型零件感应焊接、接触焊、超声焊接、振动焊接等。试验技术开发，包括强度快速试验方法，高、低温试验方法，中击、磨损试验方法，长时性能测试方法， NVH 性能测试方法，车身防碰撞零件冲击试验方法等。2.1若干材料技术新进展

5、（ 1 ）长玻璃纤维增强聚丙烯 （ LGF PP）STAMAX公司近年开发了一种高弹性模量复合材料LGF PP，玻璃纤维的长度为12 25mm 表 3 列出了注塑 LGF PP 典型机械性能。 LGF PP 可取代现有的材料，用于仪表板托架、保险杠粱、防溅板、车门和 FEM 等零部件。图 2 为用 LGF PP 制造的福特 Fiesta后车门同钢车门相比，其质量减轻了50% 。（ 2 ）DaronHybrid树脂材料DaronHybrid是DSM公司近年开发的热固性树脂，它由不饱和的聚酯树脂（UP）和聚氨酯（PUR ）混合而成，通常称为不饱和聚酯尿烷混合物。这种材料兼有UP的高刚度、高热稳定性

6、、以及PUR的韧性，表4 列出了DaronXP45Hybrid树脂的典型物理力学性能。研究表明，以DaronHybrid树脂为基体的SMC/BMC除具有母材良好的性能外，其纤维 / 基体界面特性优于其他热固性树脂，而且还具有较高的抗水解能力。玻璃纤维增强和碳纤维增强的DaronHybrid在 90 热水中浸泡72h后，其 ILSS值仍然可保留90% 以上，如图3 。（ 3 ）低密度 SMC普通 SMC 填料为密度较大的碳酸钙 ，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；如用中空玻璃珠则可将SMC 的密度进一步降到1.30 1.40g/cm3。密度的降

7、低也带来了诸如成本增加、材料物理性能下降、表面质量恶化等问题。DSM 公司最近开发出一种密度为1.45g/cm3的低密度SMC ，其刚度与强度达到了常规 SMC 的水平。图4 为它与普通SMC 及普通低密度SMC 性能的对比。（ 4 ）纳米复合材料纳米聚合物复合材料由有机聚合物基体与纳米无机分散相（至少有一维小于 100nm ）组成。 由于尺寸效应、大比表面积和强界面结合， 纳米复合材料具有许多优异的性能， 如强度高、耐热、抗紫外线、阻燃。阻隔性好加工性能好等。纳米 PA 是最早的汽车纳米复合材料，主要应用对象为燃料系统和发动机罩下零件。 随后又相继开发了以其他热塑性 工程塑料（ ETPs ）、 TPO 和 PP 为基体的纳米复合材料。现用的纳米填充物主要为纳米蒙脱土，其比例一般为 3% 5% 。而纳米滑石因其需要的剥离能量较低，已开始进入市场。潜在的纳米填料还有纳米二氧化硅、纳米碳管等。目前产量最大的汽车纳米塑料是纳米 PA，其次是纳米 TPO ，此外还有纳米聚酯、纳米紫外固化丙烯酸酯树脂、 纳米聚酰亚胺、 纳米 聚甲醛 等。纳米碳管 /PAl2 用于油管快速接头、油滤等燃油系统零部件的内层以阻隔（防渗），近年又开发了纳米碳管 / 改性尼龙、纳米碳管/ 含氟聚合物用于燃油系统其他零部件。 纳米塑料应用对象主要为保险杠、 散热器、 底盘，车身外板、车轮护罩