轻量化绿色车用材料与技术

塑料是以合成树脂、颜料、填料和助剂等为原料，经过加工改性得到的高分子材料。塑料广泛用于汽车的内饰件、外饰件和功能件，在汽车上的用量大约为100 ～ 200Kg/辆。随着环保要求的不断提高，汽车轻量化和车内空气质量提升是汽车工业发展的趋势，也为汽车材料向轻量化和绿色化发展指明了方向。

1. 低散发材料

随着汽车快速步入百姓生活，人们停留在车内的时间越来越长，车内低劣的空气质量严重威胁着人们的健康，车内空气质量的好坏已经成为社会关注的焦点问题。国家环境保护部、国家质量监督检验检疫总局在2011 年发布了GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》，并在2016 年发布了GB/T27630 修订为国家强制标准GB 27630 的征求意见稿。降低材料的散发性已成为材料供应商的重大挑战。

车用改性塑料散发物质主要来源于原材料（树脂、添加剂）、加工过程（热氧化、剪切作用）和成型过程（注塑温度、压力）等。降低材料的发散性就需要对这些因素进行控制和筛选。表1所示为典型聚丙烯（PP）树脂和添加剂的散发性能。由表1可见，应选用氢调的气味低的PP 树脂，而过氧化物降解的PP 树脂要进行控制使用。

表1 典型PP 树脂和添加剂的散发性能

加工和成型工艺的优化，可有效改善制品的气味和VOC性能，如降低螺杆剪切区域加工温度上限和提高真空负载压力可降低材料的气味，调整加工工艺对气体的释放有显著影响。

图1 是一些散发性能改善的应用，可见，经过改善后材料的气味可降低0.5 级。

图1 材料散发性能改善的应用

图2 是某车型门板和仪表板本体VOC 改善效果，经过改善后VOC 明显降低。

图2 某车型门板和仪表板本体VOC 控制改善效果

2. 轻量化材料

汽车轻量化技术是汽车产业发展的重要方向之一，是全球汽车厂商的共同选择，是实现节能减排的有效直接可行的途径，是我国应对能源安全的必然措施，也是汽车产业可持续发展的必经之路。材料轻量化是实现汽车轻量化的重要技术，可通过薄壁化、低密度和长纤维增强（LFT）材料实现。

2.1 薄壁化

汽车零部件薄壁化技术是实现汽车轻量化的重要手段之一，已经成为衡量各汽车设计能力的一个重要指标。汽车制件薄壁化技术的迅速发展，不仅提升了操控性能，而且减轻了整车重量，降低了整车油耗，还缩短了成型周期，降低了生产成本。目前，量产车型欧美系主流为2.7 ～ 3mm，日系主流是2.5 ～ 2.7mm。但是在新车型开发上，保险杠壁厚减薄是一个大趋势。例如：马自达 (ABP-2040，2.0mm)；铃木 (ABP-1520NEW，2.0mm)；大众（OCT ABP-2036 HM，2.5mm）。

由于制件薄壁化之后要求材料与之前相比具有更高的模量、冲击和流动性，因此开发高性能化的聚丙烯改性技术面临较大的挑战。金发科技推出车用材料薄壁化解决方案，不仅仅是材料配方的设计，更从产品设计、模具设计、成型设备与成型工艺等方面进行优化，提供全方位的服务，如图3 所示。

图3 薄壁化设计解决方案

零件薄壁化要求材料具有高熔指、高模量、高冲击的“三高”性能。表2 为金发科技薄壁化材料的牌号及对应的性能。

表2 金发科技薄壁化材料的牌号及对应的性能

金发科技可协同客户进行薄壁化零部件的优化设计，避免零部件薄壁化后常见的缩痕和波形面缺陷，还可根据丰富的实践经验和模流分析，协同客户进行薄壁化模具的优化设计。

图4 薄壁化材料的应用

图4 为薄壁化材料的应用，已广泛用于前后保险杆、仪表板、门板和立柱等。

2.2 低密度

低密度材料是指在目前材料标准上刚性和韧性不变，但密度大幅度降低。相同的零部件，材料密度越低，制件减重效果越明显。主机厂和零部件供应商对材料的密度提出了更高的要求：密度越来越低，但材料性能依然维持不变甚至更高，且收缩率、线性热膨胀系数等均有良好的保持，使零部件生产厂商不用对模具进行任何更改即可在现行量产模具上实现较好的轻量化效果。

表3 为某日系汽车保险杠新老材料标准对比。新标准在老标准的基础上，密度降低约3%，但性能基本保持不变。金发科技对应开发出低密度高性能保险杠专用料，可满足所有性能要求，同时收缩率和成型性能与原标准材相当，可在量产模具上直接替换，完成材料的更新升级，从而为零部件供应商和主机厂实现减重降本。

表3 某日系汽车保险杠新老材料标准对比

表4 为某德系汽车门板新老标准对比，新项目门板标准由52388F 标准改为TL52388H 标准，密度直接从1.04 g/cm3 直接降低至0.91 g/m3。金发科技开发的材料性能均从门板上直接裁件测试，满足力学性能外，还满足耐划伤、发黏、应力发白和收缩率等性能要求。

表4 某德系汽车门板新老材料标准对比

2.3 LFT 材料

长玻纤增强聚丙烯材料以其较低的密度和优异的性能，逐渐成为汽车轻量化的重要选择，在汽车前端框架、仪表板骨架、发动机底护板、天窗、护风圈等部品上的应用前景广阔。金发科技的长玻纤增强聚丙烯材料具有较长的玻纤保留长度和良好的玻纤分散性能，力学性能优异，热氧老化性能良好，外观品质优越，是汽车以塑代钢轻量化的首选。

表5 金发科技PP-LGF 产品的力学性能

金发科技LFT产品采用浸渍生产工艺生产，产量达2万吨/年，国内产量第一。金发科技PP-LGF产品具有优异的力学性能，如表5所示。

图5 金发科技PP-LGF 热氧老化性能

金发科技PP-LGF 产品不仅具有优异的力学性能，还具有优异的热老化性能，在150℃老化1000h 后，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别仅降低14.2%、10% 和9.6%，如图5 所示。

金发科技PP-LGF 在汽车领域的典型应用和牌号如表6所示。

表6 金发科技PP-LGF 在汽车领域中的典型应用

3. 环保材料

为了满足消费者对制件外观的个性化需求，通常在制件表面喷涂具有特殊颜色效果的涂料，然而涂料中含有大量的有机溶剂。有机溶剂的挥发不仅造成环境的污染，而且对喷漆工人的健康造成危害。因此，应开发满足外观要求的环保型材料，如免喷涂材料和仿植绒材料等。

3.1 免喷涂材料

免喷涂材料具有环保和低成本等优势，可在部分场合下替代喷涂，在汽车部品中的应用越来越广泛。金发科技推出车用免喷涂材料的解决方案，从选材、配色、设计、仿真、开模、试模到量产，进行一站式服务，保障免喷涂项目的顺利进行。金发科技免喷涂材料的优势在于工艺复杂性大大下降；有效降低成本；各向同性和优异的耐划伤性能等。金发科技提供三大类型的免喷涂材料：①金属漆效果，②珠光效果，③高光黑效果，如图6 所示。

图6 金发科技免喷涂材料效果图

金属漆效果免喷涂材料可提供PP+ 滑石粉，ABS、PC 及其合金，ASA 及PC/ASA 合金等多种材料方案，应用于不同场合。珠光效果免喷涂材料可提供不同珠光效果，不同颜色，不同耐划伤等级，多种基材和耐候性能的选择。金属漆和珠光效果免喷涂材料主要应用在保险杆底护板、裙摆、防擦条、轮眉、装饰条和内门把手等，如图7 所示。

图7 金属漆和珠光效果免喷涂材料在汽车上的应用

高光黑效果是指外观又黑又亮，具有钢琴黑优雅的视觉效果。用于外饰件时，需要具备优异的耐候性和一定的耐划伤性能，用于内饰件时，只需喷涂一层清漆。高光黑免喷涂材料可提供普通或增韧PMMA、PMMA/ASA 合金、ASA、PC/ASA 合金和PC 等多种材料方案。根据材料的不同，提供不同冲击性能、耐候性能和耐划伤性能的选择，如表7所示。

表7 高光黑效果常用材料的性能

高光黑效果免喷涂材料主要应用在外立柱、后视镜、行李架、中控面板、格栅和扰流板等，如图8 所示。

图8 高光黑效果免喷涂材料在汽车上的应用

流痕和熔接线是免喷涂材料应用中的难点，决定免喷涂材料的应用成功与否。流痕与熔接线与产品设计和模具设计的关系很大。不同效果的免喷涂材料对注塑缺陷的适应性不同，如表8 所示。

表8 免喷涂材料对注塑缺陷的适应性

金属漆效果和珠光效果对设计要求较高。零件结构设计和模具浇口布局对产品外观质量起决定作用。免喷涂材料要避免多浇口进胶导致产品外观熔接线和流痕问题，避免沟槽孔洞设计以减少产品外观的熔接线问题，避免厚薄不均导致的外观流痕问题。针对这些问题，金发科技可提供产品设计优化（壁厚、过渡、加强筋、卡扣、定位点等）和模具设计优化（流道、浇口、排气等）。

3.2 仿植绒内饰材料

仿植绒材料是指在改性聚丙烯材料中添加植物纤维点，使材料呈现出低光泽、仿植绒效果的一类材料，可明显降低材料的塑料感。添加的纤维点可以为黑，红，蓝，绿，黄，棕等多种颜色。仿植绒材料可降低原来达成仿木棉效果喷涂或印染带来的污染，同时降低生产成本。仿植绒内饰材料可提高内饰用材的质感，在车用内饰颜色中是行业上的一种突破。仿植绒内饰材料目前主要应用在汽车立柱上。

总结

随着汽车轻量化的发展趋势和车内空气质量日益严格的要求，汽车材料改性技术将面临着越来越大的挑战和机遇。要通过车用材料不断创新，在塑料材料、加工设备和工艺、产品设计和模具设计上进行创新，提供整体解决方案，为客户和消费者提供优质的产品。