輕量化綠色車用材料與技術

塑料是以合成樹脂、顏料、填料和助劑等為原料，經過加工改性得到的高分子材料。塑料廣泛用于汽車的內飾件、外飾件和功能件，在汽車上的用量大約為100 ～ 200Kg/輛。隨著環保要求的不斷提高，汽車輕量化和車內空氣質量提升是汽車工業發展的趨勢，也為汽車材料向輕量化和綠色化發展指明了方向。

1. 低散發材料

隨著汽車快速步入百姓生活，人們停留在車內的時間越來越長，車內低劣的空氣質量嚴重威脅著人們的健康，車內空氣質量的好壞已經成為社會關注的焦點問題。國家環境保護部、國家質量監督檢驗檢疫總局在2011 年發布了GB/T 27630-2011《乘用車內空氣質量評價指南》，并在2016 年發布了GB/T27630 修訂為國家強制標準GB 27630 的征求意見稿。降低材料的散發性已成為材料供應商的重大挑戰。

車用改性塑料散發物質主要來源于原材料（樹脂、添加劑）、加工過程（熱氧化、剪切作用）和成型過程（注塑溫度、壓力）等。降低材料的發散性就需要對這些因素進行控制和篩選。表1所示為典型聚丙烯（PP）樹脂和添加劑的散發性能。由表1可見，應選用氫調的氣味低的PP 樹脂，而過氧化物降解的PP 樹脂要進行控制使用。

表1 典型PP 樹脂和添加劑的散發性能

加工和成型工藝的優化，可有效改善制品的氣味和VOC性能，如降低螺桿剪切區域加工溫度上限和提高真空負載壓力可降低材料的氣味，調整加工工藝對氣體的釋放有顯著影響。

圖1 是一些散發性能改善的應用，可見，經過改善后材料的氣味可降低0.5 級。

圖1 材料散發性能改善的應用

圖2 是某車型門板和儀表板本體VOC 改善效果，經過改善后VOC 明顯降低。

圖2 某車型門板和儀表板本體VOC 控制改善效果

2. 輕量化材料

汽車輕量化技術是汽車產業發展的重要方向之一，是全球汽車廠商的共同選擇，是實現節能減排的有效直接可行的途徑，是我國應對能源安全的必然措施，也是汽車產業可持續發展的必經之路。材料輕量化是實現汽車輕量化的重要技術，可通過薄壁化、低密度和長纖維增強（LFT）材料實現。

2.1 薄壁化

汽車零部件薄壁化技術是實現汽車輕量化的重要手段之一，已經成為衡量各汽車設計能力的一個重要指標。汽車制件薄壁化技術的迅速發展，不僅提升了操控性能，而且減輕了整車重量，降低了整車油耗，還縮短了成型周期，降低了生產成本。目前，量產車型歐美系主流為2.7 ～ 3mm，日系主流是2.5 ～ 2.7mm。但是在新車型開發上，保險杠壁厚減薄是一個大趨勢。例如：馬自達 (ABP-2040，2.0mm)；鈴木 (ABP-1520NEW，2.0mm)；大眾（OCT ABP-2036 HM，2.5mm）。

由于制件薄壁化之后要求材料與之前相比具有更高的模量、沖擊和流動性，因此開發高性能化的聚丙烯改性技術面臨較大的挑戰。金發科技推出車用材料薄壁化解決方案，不僅僅是材料配方的設計，更從產品設計、模具設計、成型設備與成型工藝等方面進行優化，提供全方位的服務，如圖3 所示。

圖3 薄壁化設計解決方案

零件薄壁化要求材料具有高熔指、高模量、高沖擊的“三高”性能。表2 為金發科技薄壁化材料的牌號及對應的性能。

表2 金發科技薄壁化材料的牌號及對應的性能

金發科技可協同客戶進行薄壁化零部件的優化設計，避免零部件薄壁化后常見的縮痕和波形面缺陷，還可根據豐富的實踐經驗和模流分析，協同客戶進行薄壁化模具的優化設計。

圖4 薄壁化材料的應用

圖4 為薄壁化材料的應用，已廣泛用于前后保險桿、儀表板、門板和立柱等。

2.2 低密度

低密度材料是指在目前材料標準上剛性和韌性不變，但密度大幅度降低。相同的零部件，材料密度越低，制件減重效果越明顯。主機廠和零部件供應商對材料的密度提出了更高的要求：密度越來越低，但材料性能依然維持不變甚至更高，且收縮率、線性熱膨脹系數等均有良好的保持，使零部件生產廠商不用對模具進行任何更改即可在現行量產模具上實現較好的輕量化效果。

表3 為某日系汽車保險杠新老材料標準對比。新標準在老標準的基礎上，密度降低約3%，但性能基本保持不變。金發科技對應開發出低密度高性能保險杠專用料，可滿足所有性能要求，同時收縮率和成型性能與原標準材相當，可在量產模具上直接替換，完成材料的更新升級，從而為零部件供應商和主機廠實現減重降本。

表3 某日系汽車保險杠新老材料標準對比

表4 為某德系汽車門板新老標準對比，新項目門板標準由52388F 標準改為TL52388H 標準，密度直接從1.04 g/cm3 直接降低至0.91 g/m3。金發科技開發的材料性能均從門板上直接裁件測試，滿足力學性能外，還滿足耐劃傷、發黏、應力發白和收縮率等性能要求。

表4 某德系汽車門板新老材料標準對比

2.3 LFT 材料

長玻纖增強聚丙烯材料以其較低的密度和優異的性能，逐漸成為汽車輕量化的重要選擇，在汽車前端框架、儀表板骨架、發動機底護板、天窗、護風圈等部品上的應用前景廣闊。金發科技的長玻纖增強聚丙烯材料具有較長的玻纖保留長度和良好的玻纖分散性能，力學性能優異，熱氧老化性能良好，外觀品質優越，是汽車以塑代鋼輕量化的首選。

表5 金發科技PP-LGF 產品的力學性能

金發科技LFT產品采用浸漬生產工藝生產，產量達2萬噸/年，國內產量第一。金發科技PP-LGF產品具有優異的力學性能，如表5所示。

圖5 金發科技PP-LGF 熱氧老化性能

金發科技PP-LGF 產品不僅具有優異的力學性能，還具有優異的熱老化性能，在150℃老化1000h 后，拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度分別僅降低14.2%、10% 和9.6%，如圖5 所示。

金發科技PP-LGF 在汽車領域的典型應用和牌號如表6所示。

表6 金發科技PP-LGF 在汽車領域中的典型應用

3. 環保材料

為了滿足消費者對制件外觀的個性化需求，通常在制件表面噴涂具有特殊顏色效果的涂料，然而涂料中含有大量的有機溶劑。有機溶劑的揮發不僅造成環境的污染，而且對噴漆工人的健康造成危害。因此，應開發滿足外觀要求的環保型材料，如免噴涂材料和仿植絨材料等。

3.1 免噴涂材料

免噴涂材料具有環保和低成本等優勢，可在部分場合下替代噴涂，在汽車部品中的應用越來越廣泛。金發科技推出車用免噴涂材料的解決方案，從選材、配色、設計、仿真、開模、試模到量產，進行一站式服務，保障免噴涂項目的順利進行。金發科技免噴涂材料的優勢在于工藝復雜性大大下降；有效降低成本；各向同性和優異的耐劃傷性能等。金發科技提供三大類型的免噴涂材料：①金屬漆效果，②珠光效果，③高光黑效果，如圖6 所示。

圖6 金發科技免噴涂材料效果圖

金屬漆效果免噴涂材料可提供PP+ 滑石粉，ABS、PC 及其合金，ASA 及PC/ASA 合金等多種材料方案，應用于不同場合。珠光效果免噴涂材料可提供不同珠光效果，不同顏色，不同耐劃傷等級，多種基材和耐候性能的選擇。金屬漆和珠光效果免噴涂材料主要應用在保險桿底護板、裙擺、防擦條、輪眉、裝飾條和內門把手等，如圖7 所示。

圖7 金屬漆和珠光效果免噴涂材料在汽車上的應用

高光黑效果是指外觀又黑又亮，具有鋼琴黑優雅的視覺效果。用于外飾件時，需要具備優異的耐候性和一定的耐劃傷性能，用于內飾件時，只需噴涂一層清漆。高光黑免噴涂材料可提供普通或增韌PMMA、PMMA/ASA 合金、ASA、PC/ASA 合金和PC 等多種材料方案。根據材料的不同，提供不同沖擊性能、耐候性能和耐劃傷性能的選擇，如表7所示。

表7 高光黑效果常用材料的性能

高光黑效果免噴涂材料主要應用在外立柱、后視鏡、行李架、中控面板、格柵和擾流板等，如圖8 所示。

圖8 高光黑效果免噴涂材料在汽車上的應用

流痕和熔接線是免噴涂材料應用中的難點，決定免噴涂材料的應用成功與否。流痕與熔接線與產品設計和模具設計的關系很大。不同效果的免噴涂材料對注塑缺陷的適應性不同，如表8 所示。

表8 免噴涂材料對注塑缺陷的適應性

金屬漆效果和珠光效果對設計要求較高。零件結構設計和模具澆口布局對產品外觀質量起決定作用。免噴涂材料要避免多澆口進膠導致產品外觀熔接線和流痕問題，避免溝槽孔洞設計以減少產品外觀的熔接線問題，避免厚薄不均導致的外觀流痕問題。針對這些問題，金發科技可提供產品設計優化（壁厚、過渡、加強筋、卡扣、定位點等）和模具設計優化（流道、澆口、排氣等）。

3.2 仿植絨內飾材料

仿植絨材料是指在改性聚丙烯材料中添加植物纖維點，使材料呈現出低光澤、仿植絨效果的一類材料，可明顯降低材料的塑料感。添加的纖維點可以為黑，紅，藍，綠，黃，棕等多種顏色。仿植絨材料可降低原來達成仿木棉效果噴涂或印染帶來的污染，同時降低生產成本。仿植絨內飾材料可提高內飾用材的質感，在車用內飾顏色中是行業上的一種突破。仿植絨內飾材料目前主要應用在汽車立柱上。

總結

隨著汽車輕量化的發展趨勢和車內空氣質量日益嚴格的要求，汽車材料改性技術將面臨著越來越大的挑戰和機遇。要通過車用材料不斷創新，在塑料材料、加工設備和工藝、產品設計和模具設計上進行創新，提供整體解決方案，為客戶和消費者提供優質的產品。