汽車用改性塑料的發展概況

鐘興興

摘 要：在汽車工業中，“以輕代重”“以塑代鋼”已經逐漸成為了該行業未來發展的主流方向，特別是聚苯醚（PPO）、尼龍（PA）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）和聚甲醛（POM）這5類材料改性塑料的應用。簡要探討了與這些材料有關的最新研究成果和其在汽車零部件上的最新應用情況，并分析了改性塑料行業的技術發展趨勢和行業應用趨勢。

關鍵詞：汽車工業；改性塑料；節能環保；輕量化

中圖分類號：U465.4+1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.037

目前，汽車工業的輕量化、節能環保和舒適度是人們最關注的，也是其未來發展的主要方向。在該工藝不斷發展的過程中發現，塑料有著很好的綜合性能，而且價格實惠，逐漸被應用于汽車行業。隨著我國汽車業“以輕代重”“以塑代鋼”的快速發展，對汽車節能、高速、安全等要求越來越高，對塑料的要求也越來越高。因此，市場上出現了較多的新型樹脂和通過共混、共聚、復合等改性方法得來的高性能改性塑料，其應用性能十分高、應用范圍也更廣。本文主要闡述了聚苯醚（PPO）、尼龍（PA）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）和聚甲醛（POM）等塑料的最新研究成果和其在汽車中的應用。

1 聚苯醚（PPO）

聚苯醚（PPO）有良好的耐熱性、電氣絕緣性和物理機械性等特點，而且強度高、吸濕性低、尺寸穩定性好，可以說，它是所有熱塑性工程使用性最好的。在解決聚苯醚（PPO）樹脂熔融流動性差和玻璃化溫度高的過程中，通常使用抗沖聚苯乙烯“合金化”或者摻混聚苯乙烯的方法對聚苯醚（PPO）樹脂進行改性。因為PPO合金解決了聚苯醚（PPO）中開裂的缺點，使得其PPO的加工性能更加完善，而且也更好地展示了其電性能、熱性能和機械性能，使其被廣泛應用于各個領域，比如電器零件、汽車的儀表板、機械器具和內外裝飾零件等。

李麗等人研究了國產聚苯醚（PPO）和高抗沖聚苯乙烯（HIPS）合金工程，分析了其中PPO含量與PPO/HIPS合金的沖擊強度、彎曲強度和拉伸強度的關系。研究之后發現，（丁烯/苯乙烯—苯乙烯/乙烯）共聚物（SEBS）對其合金有增韌的效果，并且SEBS可以很好地改善PPO/HIPS合金材料的韌性。因為PPO/PA合金有良好的耐熱性、尺寸穩定性和耐磨等特點，所以，其在汽車工業中占有重要的位置。

2 尼龍（PA）

近年來，為了保護自然環境，汽車業著重改善了汽車CO2的排放量和其耗油量，這樣就使得汽車業對耐熱材料的要求更高。平常使用的塑料在耐久性、耐熱性和耐藥品性都存在一定的不足，而傳統的PA6T、PA9T、PA46等耐高溫PA塑料也存在吸濕且耐高溫性能不完善的情況。因此，為了滿足各大領域對材料耐高溫性的要求，開發人員在PA材料耐高溫方面作了很大的改進，特別針對半芳香尼龍中共聚改性和新型的半芳香PA的合成方面作了改進。同樣，這也是當前耐高溫PA材料的研究重點。DSM公司在PA46耐高溫材料的生產和研究中始終處于領先地位，其擁有當前唯一的丁二胺工業化方案。丁二胺作為PA46中的重要原料，DSM公司先行研發出了以丁二胺為原料的PA4T。PA4T是21世紀第一個新聚合體材料，它有著超強的無鉛焊接兼容性、空間穩定性和高熔點特性，并且在溫度升高時還具有相當高的機械強度和硬度，這也是電子產品集中化和市場小型化對材料提出高要求的表現之一。

在杜邦公司新開發的耐高溫尼龍（HTN）中，有54G、53G、52G、51G4個系列。在這4個系列中，54G、52G、51G是屬于PA6T的改性產品，也是屬于半芳香族尼龍PPA。然而，53G系列因為中苯環含量因子較少，所以，杜邦則把它劃為高性能PA。這些高性能的PA系列都有著高耐熱性、低吸水性、高耐化學藥品性、高流動性、高韌性、高結晶性和高尺寸穩定性等強大的綜合性能，是最具有發展前途的新品種，也是最早應用在汽車零部件和表面貼裝技術中的材料。

3 聚丙烯（PP）

在汽車塑料使用中，聚丙烯（PP）塑料是用量最大的一種材料，幾乎占據了汽車塑料總用量的55%.如今，汽車業所用的聚丙烯（PP）塑料也正在快速向專用材料的高性能、多樣化的方向發展，并且有逐步取代聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）和相關工程塑料的趨勢。聚丙烯（PP）改性主要是加入一定比例的彈性體和橡膠材料、色母粒、無機填料等材料之后，再混煉加工而成的。當前，汽車業中聚丙烯（PP）材料的主要研究方向是低散發、抗刮擦和長玻纖等，而已經開發出來的新PP產品主要有低揮發性有機化合物（VOC）、低密度玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料（GMT）和長玻纖增強聚丙烯（LGFPP）等。

韓琛等利用雙螺桿擠出機，使用熔融共混工藝制備了微型汽車保險杠改性PP專業料，并且研究了線性低密度聚乙烯（LLDPE）和填料添加劑對復合材料的影響。結論表明，以均聚PP的共聚PP是其基本樹脂、質量分數為7%的LLDPE7042是增韌劑，而質量分數為15%的經活化處理過后的無機復合礦粉是增強劑制備汽車保險杠的最好材料，它能在滿足各種性能的前提下，降低生產成本。

4 聚碳酸酯（PC）

聚碳酸酯（PC）是塑料產品中具有透明性能的改性產品，其還有相對較好的耐熱性能、機械強度、耐紫外線輻射等。同時，其性價比較好，具有用化學修飾物理改性的潛力，是其綜合能力最好的體現。因為其具有獨特的隔音性、輕量化、抗沖擊性、隔熱性、透光度和強度高等特性，所以，聚碳酸酯（PC）被廣泛應用于汽車車燈、車窗、內外飾、新型薄層車頂原型和車身等方面。當前，PC塑料正在向高功能化和合金化的方向發展。在發展過程中，PC/ABS合金是發展速度最快、應用范圍最廣的，很多公司都相繼推出了可電鍍、耐紫外線、阻燃和玻纖增強等多個PC/ABS合金新品種。其中，PC/聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）合金有著很好的透明性，完全能夠代替玻璃材料。

鄭成鋼等在采用亞氧混合低能離子束進行PC表明改性的研究中，通過觀測改性前后水解觸角的不同變化，得出了低能離子束影響PC板表面潤濕性的結果，還研究了PC板表面的形貌與元素成分之間的關系，最終得出，經過改性后的PC表面潤濕性有明顯的改善，而改性后PC表面的粗糙度則先減小后增大。

5 聚甲醛（POM）

POM在汽車行業中有很大的潛在市場。POM具有生產成本低廉、加工成型簡便、質輕、材料性能與金屬性能相接近等優點。但是，因為其具有缺口敏感性太大、抗沖擊強度不好和低溫過脆等原因，所以，不能被廣泛應用。改性后的POM則具有剛性強、耐磨系數低等特點，所以，其適用于把手、汽車泵、安全帶扣、萬向節軸承、輸油管、汽化器部件、儀表板、動力閥、曲柄、汽車窗升降機裝置和電開關等的制造中，它是制造齒輪、軸套等耐磨零件的最佳選擇。因為POM的抗磨性高，很大程度上減少了潤滑油的用量，增加了零部件的使用壽命，所以，可以用其代替鋅、銅等金屬，進而降低生產成本。

辛敏琦等利用有很強熱塑性的聚氨酯作為增韌彈性體。為了提高POM與熱塑性聚氨酯彈性體之間的相容性，特在其中添加了含異氰酸酯基低聚物（Z）和聚醚，對分析了POM/TPU/Z、POM/TPU/Z/ 聚醚、聚氨脂（TPU）這3種POM/熱塑性材料的共混物力學性能。結果表明，共混物的缺口沖擊強度是隨著TUP含量而變化的，Z和聚醚能夠有效地提高共混物的斷裂伸長率和缺口沖擊強度。

6 結束語

綜上所述，改性塑料的目前發展是未來汽車業對其需求的體現和發展的必然趨勢。雖然改性塑料在汽車業已經取得了較大的成就，但是，仍然有許多工程塑料需要改善其性能。由此可想，在不久的將來，改性塑料甚至有可能全面代替金屬，被廣泛應用于汽車業中。

參考文獻

[1]李麗，王成國，李同生，等.聚碳酸酯及聚碳酸酯合金導熱絕緣高分子材料的研究[J].材料熱處理學報，2013，28（04）：252-254.

[2]鐘艷莉，梁瑞勝，張洪峰，等.聚碳酸酯光學零件用紫外光固化耐磨涂料研究[J].現代涂料與涂裝，2013，18（07）：134-136.

〔編輯：白潔〕