1、国外研究现状
从 50 年代开始国外对汽车用塑料进行研究,经历了研究、发展、商品化、高性能化四个阶段的多次循环,在发展的同时对汽车塑料件的品质也十分重视,汽车塑料的用量也是逐年增长。以德国汽车近五十年汽车用塑料情况为例[15],汽车用塑料增长迅速,占汽车总重量的百分比也越来越大。如表 1.3 所示。
表
国外研究工程塑料起步早,在工程塑料及其改进材料和成型工艺方面都取得了较大的成就。
LGFPP 是用 10 mm 左右的玻纤增强的聚丙烯材料,被广泛用于欧美一些著名品牌汽车的前端模块、散热风扇和脚踏板中[16]。如早在 2002 年,Tochioka 等人研发出的LGFPP 注射成型技术就已经应用于马自达 6 型车的车门模块和前端模块的生产;Owens Coring 公司应用 DSM 公司的牌号为 StaMaxP30YM240 的 LGFPP 制造了福特Fiesta 车型的前门模块,该车门模块集成了车门玻璃升降器、门锁、扬声器等多种功能元件。
Du Pont 公司和 Quantunm 集团联合开发出了热塑性聚酯弹性体,这种材料不仅有良好的抗蠕变性、抗疲劳性、冲击性,还有良好的低温弹性,可用它制作座椅,这种座椅比用传统的泡沫塑料座椅更轻,且省去了必须的弹簧,明显地改善了乘座的舒适度。
美国 Aero Tec Labs 公司研制出一种半软质安全燃油箱,这种燃油箱是用未披露成分的烯烃聚合物混料和防渗出阻隔性添加剂两种混合制造而成的。该燃油箱可用于赛车、军用车辆和汽车维修市场。
美国 GE 公司研发出属于 xenoy 系列的 PBT/PC 合金,其中 xenoy-xT 适用于汽车保险杠,它不仅耐碰撞,而且与车体组装后,再涂装时,能耐 155℃/30min 的烘烤干燥。
免涂装热塑性材料是一种自身带颜色,且成型后可以省去涂装过程就能满足产品外观颜色的要求[16]。这类材料能够同时满足汽车节能环保和美观的发展需要,所以成为近些年的研究热点。免涂装热塑性材料主要有 ABS 多层复合板和 AES 粒料。奥地利 Senoplast 公司开发的牌号为 AM51 Solar EG 多层复合板共有 PMMA 层、颜色层、ABS 层、ABS 回收料层和流动层 5 层复合结构,其中表层 PMMA 具有良好的抗刮伤能力,轻微的划伤通过抛光就可以祛除。
随着塑料在汽车上用量的增加,废旧汽车塑料的回收和再利用的任务就显得尤为艰巨。通用汽车(GM)、Basell 公司和美国 Southern 粘土产品公司、Blackhawk 汽车塑料公司四家公司联合研发,开发出了 TPO 系纳米复合材料制汽车踏脚板,并且已经被应用于 GM 公司的轿车中。该材料硬度较高、质量轻、低温下不发脆,而且容易回收,并且可以进一步降低成本。
2、国内研究现状
我国汽车用塑料的发展可以分为三个阶段,第一阶段从 60 年代到 70 年代末。这一阶段主要采用热固性树脂制造电器绝缘件和转向盘等零件,目的是为了满足中吨位货车的生产需要。第二阶段始于 70 年代末,该阶段的特点是汽车内饰件开始采用塑料制造,汽车座椅、仪表板、顶棚等采用 PUR 软泡沫、PVC 革生产。第三阶段从90 年代初开始至今。该阶段是随着汽车材料国产化进程的不断推进,汽车用塑料的研究开始融入了世界发展的潮流。
据有关材料统计,按用量多少将我国汽车用塑料的品种排列,依次为 PP、PVC、PU、不饱和聚酯、ABS、PF、PE、PA 和复合材料[15]。从中可以看出,五种通用的工程塑料的用量非常少,可见在国产汽车中,工程塑料以及高性能工程塑料的使用仍然有很大发展使用空间。近年来,相关研究机构一直致力于改性高性能工程塑料以及材料加工工艺方面的研究,取得了一定的进展。
中国中铁二院地勘岩土公司在阻燃体系聚磷酸胺(APP)/尼龙(PA)6 中加入了协效剂,提高了其对 ABS 的阻燃效果,阻燃级别能够达到 UL 94 V–0 级,显著改善了 ABS/APP/PA6 体系的阻燃性能。添加剂的加入也提高了阻燃体系的高温残炭率和热稳定性。
天津市城市建设学院研发出 GB 含量不同的 PS 复合材料。经过对 GB 和 PS 的表面处理,两者的相容性显著提高[23]。经过研究发现,当 GB 的质量分数为 5%时,此种复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度达到最大。我国化工部北京化工研究院已建成年产 4kt/a 的 MPPO(改性聚苯醚)生产线,并且开发出 PPS/PA66 和 PPS/PPO两种合金材料。
在国内,汽车塑料件也得到了一定的应用。例如济南 Steyr 重型车每辆车上共用塑料 47.5kg,其中以 PVC 为主,PU 次之。该车的仪表板以金属材料为骨架,填充 PU半硬泡沫塑料,PVC/ABS 片材经热成型的表皮。挡泥板是 PU 微孔弹性体材料,应用RIM 工艺制造。驾驶室内饰板应用的成型工艺是 HIPS 真空吸塑方法,分别制作了前围板、侧围板、地板垫、发动机罩护层等。
由于我国汽车用工程塑料起步较晚,因而汽车专用的树脂牌号少、生产工艺落后,还主要依靠进口。同时,缺少大型汽车塑料件企业,没有统一的汽车塑料零部件规范和标准;企业生产、试验与检测设备不够完善,不能保证产品的质量;企业环保意识不足,缺乏对材料回收、再生利用的研究。汽车用塑料件的耐腐蚀,强度高,密度小,易成型以及能够节能减排,环保安全等优点,使得“以塑代钢”成为汽车零部件的发展趋势。基于以上特点,我国在工程材料改进,加工工艺等方面仍然有很长的路要走。