論汽車(chē)保險(xiǎn)杠常用材料性能

王丹陽(yáng)

摘 ? 要：隨著技術(shù)發(fā)展，塑料因其取材便利，性能優(yōu)良，價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)而在汽車(chē)制造材料選擇中有了更大的應(yīng)用，其中汽車(chē)保險(xiǎn)杠常用材料也逐漸從傳統(tǒng)金屬汽車(chē)保險(xiǎn)杠向塑料汽車(chē)保險(xiǎn)杠過(guò)渡。本文簡(jiǎn)述塑料汽車(chē)保險(xiǎn)杠的優(yōu)勢(shì)及常用材料，分析不同材料的性能和特點(diǎn)，以期為我國(guó)汽車(chē)保險(xiǎn)杠材料選擇提供依據(jù)，為我國(guó)汽車(chē)制造行業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)保險(xiǎn)杠 ?材料 ?塑料 ?性能

中圖分類號(hào)：U463.32 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）04（c）-0037-02

20世紀(jì)80年代之前，汽車(chē)保險(xiǎn)杠主要以金屬材料為主，其加工工藝是以鋼板沖壓成型后再與車(chē)架縱梁鉚接或是焊接。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)保險(xiǎn)杠材料選用的傳統(tǒng)金屬材料也逐漸被淘汰。在現(xiàn)代汽車(chē)制造中，越來(lái)越多的汽車(chē)保險(xiǎn)杠加工，會(huì)選擇性能更優(yōu)，取材便利的塑料材料。塑料材料多樣，性能各不相同，本文基于不同分子結(jié)構(gòu)的塑料，分析其性能，以期對(duì)我國(guó)汽車(chē)制造行業(yè)汽車(chē)保險(xiǎn)杠加工選材提供借鑒。

1 ?塑料汽車(chē)保險(xiǎn)杠優(yōu)勢(shì)

保險(xiǎn)杠是汽車(chē)生產(chǎn)制造中的重要一環(huán)，其能有效緩沖外界沖擊力，保證駕駛?cè)藛T的人身安全。目前國(guó)外使用彈性體改性PP為材料的汽車(chē)保險(xiǎn)杠已經(jīng)占到保險(xiǎn)杠加工生產(chǎn)總量的70%，國(guó)內(nèi)大部分引進(jìn)車(chē)型如神龍富康、一汽奧迪、上海桑塔納以及經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)也多采用改性PP。相較傳統(tǒng)金屬材料，現(xiàn)代汽車(chē)制造行業(yè)越來(lái)越多的選擇塑料，其根本原因在于塑料具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）節(jié)約成本。

相比較傳統(tǒng)金屬，塑料取材方便，加工便利，且塑料本身即是有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的一種，加工成本明顯低于金屬材料加工成本。此外，塑料可塑性強(qiáng)，在生產(chǎn)各種不同結(jié)構(gòu)的汽車(chē)保險(xiǎn)杠時(shí)，更為合適。

（2）實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化。

相較傳統(tǒng)金屬汽車(chē)保險(xiǎn)杠，塑料汽車(chē)保險(xiǎn)杠明顯質(zhì)量更輕，降低了汽車(chē)的整體質(zhì)量，提高了汽車(chē)底盤(pán)承載力，提高了汽車(chē)動(dòng)力性能和制動(dòng)性能，也降低了汽車(chē)燃油消耗，避免了大氣污染物排放以及進(jìn)而導(dǎo)致的空氣污染。如1991年，日本豐田汽車(chē)公司造出的納米PP復(fù)合材料，使保險(xiǎn)杠質(zhì)量減輕1/3。

（3）性能優(yōu)良。

塑料材料本身具備優(yōu)良的抗腐蝕、抗潮防水、絕緣、耐老化、耐磨和力學(xué)性能。且相比傳統(tǒng)金屬汽車(chē)保險(xiǎn)杠，塑料保險(xiǎn)杠彈性更大，抗沖擊性能優(yōu)，且自身結(jié)構(gòu)粘性更佳，當(dāng)發(fā)生輕微碰撞的時(shí)候，塑料保險(xiǎn)杠不會(huì)開(kāi)裂且可通過(guò)彈性而自行恢復(fù)，即使碰撞劇烈，保險(xiǎn)杠發(fā)生破損，也可以便利的進(jìn)行維修，粘結(jié)，噴漆，維修成本明顯低于需要鈑金修復(fù)的金屬保險(xiǎn)杠。

（4）行人安全。

汽車(chē)保險(xiǎn)杠在設(shè)計(jì)時(shí)，不但要保障駕駛者的人身安全還應(yīng)對(duì)行人安全有所保障。根據(jù)專家對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠安全性以及行人影響綜合分析發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)保險(xiǎn)杠在應(yīng)對(duì)突發(fā)意外時(shí)，為了降低對(duì)行人腿部的沖擊力，汽車(chē)保險(xiǎn)杠在撞擊后的變形量應(yīng)控制在50～75mm內(nèi)，針對(duì)這一要求，相比傳統(tǒng)金屬保險(xiǎn)杠，明顯是塑料汽車(chē)保險(xiǎn)杠更能滿足要求。

2 ?塑料汽車(chē)保險(xiǎn)杠材料和性能分析

汽車(chē)保險(xiǎn)杠制造的核心問(wèn)題包括兩個(gè)方面，一是材料選擇，而是工藝技術(shù)。目前市面上廣泛用于汽車(chē)保險(xiǎn)杠制造的塑料主要有兩種，分別是聚丙烯和聚碳酸酯，工藝多采用注射成型工藝。其余也有片狀模塑符合材料（SMC）以及玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（GMT）等。下文將分別闡述其性能和混合工藝對(duì)其的改性處理要求。

2.1 聚丙烯（PP）的性能及改性處理

聚丙烯（PP）是五大常用塑料之一，原料來(lái)源豐富，易于成型，可循環(huán)利用，價(jià)格低廉，是汽車(chē)保險(xiǎn)杠外殼的主流材料。該材料密度僅為0.90g/cm3，是常用塑料材料中最輕便的，用于汽車(chē)保險(xiǎn)杠材料時(shí)，能明顯減輕汽車(chē)整體質(zhì)量，一定程度上實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化目的。且聚丙烯熔點(diǎn)高、耐腐蝕，抗彎曲，能有效延長(zhǎng)汽車(chē)保險(xiǎn)杠使用壽命。聚丙烯的缺點(diǎn)是耐候性差，耐寒性差，低溫易脆裂，抗蠕變性差易變形，不耐磨易老化，易燃，且有熔滴，極易引發(fā)火災(zāi)，就要采取嚴(yán)格防火阻燃措施。因此，為保證安全性，需進(jìn)行聚丙烯材料的增強(qiáng)、增韌或填充等改性處理，即以聚丙烯為基體樹(shù)脂，加入一定比例的橡膠、纖維、無(wú)機(jī)填料、助劑、色母粒等韌性材料或彈性體，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)共聚，提高聚丙烯材料的整體韌性，改善其低溫沖擊強(qiáng)度問(wèn)題。如用經(jīng)表面處理的滑石粉填充PP，能有效提高PP的沖擊性能，改善模量。

2.1.1 PP/橡膠增韌體系

橡膠具有明顯的高柔韌性和高可塑性，是早期塑料增韌體系最常用選材。橡膠與聚丙烯材料集合，能在一定程度上提高聚丙烯材料的柔韌性。目前常用的聚丙烯材料增韌的橡膠材料主要是三元乙丙橡膠（EPDM），增韌改性效果最好，其他也有天然橡膠、乙丙橡膠（EPR）等。2種或3種聚合物通混合，通過(guò)兩步串聯(lián)氣相聚合技術(shù)，改變PP的原有結(jié)晶形狀，形成聚丙烯共混料，即熱塑性硫化橡膠（PP/EPDM）等。PP/EPDM在抗溫、抗沖擊、抗紫外線、耐腐蝕等方面具有明顯優(yōu)，且加工簡(jiǎn)便，費(fèi)用低廉，在歐洲廣泛使用。PP/EPDM的混合工藝主要有兩種，一種是加入交聯(lián)劑將EPDM動(dòng)態(tài)硫化，在利用密煉機(jī)、螺桿機(jī)等將其高度微細(xì)粒子化，充分分布于PP連續(xù)相里，形成熱塑性硫化橡膠（TPV），耐熱、耐壓縮性能增強(qiáng)。另一種不經(jīng)硫化將EPDM作為軟鏈與PP硬鏈段混合，形成熱塑性彈性體（TPE）。TPE性能優(yōu)良，使用廣泛，為帕薩特、大眾寶來(lái)等車(chē)型保險(xiǎn)杠采用，在北美使用量年增長(zhǎng)超過(guò)10%。

2.1.2 PP/熱塑性彈性體增韌體系

常見(jiàn)的熱塑性彈性體有聚烯烴彈性體（POE）、聚異丁烯、乙烯-乙酸共聚物（EVA）等。相比典型橡膠增韌體系中的EPR和EPDM，熱塑性彈性體增韌效果更好，特別是在流速超過(guò)15g/10min的PP仍有明顯的增韌效果。

2.2 聚碳酸酯（PC）類

聚碳酸酯類材料是由PC與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）和/或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）具有較好的穩(wěn)定性，抗化學(xué)腐蝕、抗沖擊能力較強(qiáng)，溫度適宜范圍廣，只有在極低溫度才會(huì)變脆、變硬。聚碳酸酯類在汽車(chē)保險(xiǎn)杠制造中，因抗紫外線能力強(qiáng)，所以無(wú)需再進(jìn)行噴漆預(yù)處理，降低了加工成本。此外，該種材料，相比泡沫西能緩沖裝置占用空間更小，費(fèi)用低廉，如Swift（雨燕）保險(xiǎn)杠的Xenoy材料。

2.3 片狀模塑復(fù)合材料（SMC）

該種材料由玻纖增強(qiáng)專用紗、不飽和聚酯、填料和各種助劑組成，具有與金屬類似的物理特性。SMC抗腐蝕，抗彎，回彈性均優(yōu)于金屬，但其密度卻明顯低于金屬，質(zhì)量輕，且高溫下仍能保持良好力學(xué)特性，優(yōu)于普通熱塑性塑料。因此，SMC制品被廣泛應(yīng)用前后保險(xiǎn)杠的防撞梁，如斯太爾王等。

2.4 玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（GMT）

該種材料力學(xué)性能優(yōu)良，且制作時(shí)長(zhǎng)短，費(fèi)用低廉。相比SMC，GMT抗沖擊性能優(yōu)異，能在16km/h的沖擊碰撞下保持不變形，還具有可再生利用以及儲(chǔ)存周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，這一材料已在美國(guó)廣泛應(yīng)用，且數(shù)層單向GMT在剛度和強(qiáng)度上性能更佳。

3 ?結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，汽車(chē)材料不斷推陳出新，汽車(chē)保險(xiǎn)杠生產(chǎn)甚至是汽車(chē)生產(chǎn)中應(yīng)用塑料已是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。我國(guó)政府、高校、企業(yè)應(yīng)聯(lián)合起來(lái)，打破國(guó)外企業(yè)技術(shù)壟斷，研發(fā)高水平材料、配方以及生產(chǎn)工藝等，提高產(chǎn)品性能，最終實(shí)現(xiàn)低檔塑料高性能化應(yīng)用，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展再上新臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

[1] 張憲輝.塑料汽車(chē)保險(xiǎn)杠常用材料及其性能分析[J].塑料科技，2016，44（5）：87-90.

[2] 齊姝婧，馮曉彤，劉慶龍，等.汽車(chē)保險(xiǎn)杠用TPO增韌級(jí)改性聚丙烯的市場(chǎng)分析及研發(fā)進(jìn)展[J].彈性體，2014，24（6）：87-91.

[3] 邱麗莎.汽車(chē)保險(xiǎn)杠用改性聚丙烯（PP）復(fù)合材料性能研究[D].武漢理工大學(xué)，2010.