張建耀，劉春陽(yáng)

(1.常熟理工學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；2.中國(guó)石化化工銷售有限公司華北分公司，北京 100120)

0 前言

2016年，全球汽車產(chǎn)量為9 498萬(wàn)輛，較2015年增加了463萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)5 %，其中中國(guó)大陸的汽車產(chǎn)量為2 812萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)14.5 %，占全球總產(chǎn)量的29.6 %，也是全球增幅最大的汽車市場(chǎng)。隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，制造汽車的各種原材料也迅速發(fā)展和更新?lián)Q代，越來(lái)越多的汽車零部件開始采用改性塑料替代金屬制件。塑料在汽車上的應(yīng)用已有近50年的歷史，目前汽車用改性塑料的使用量已成為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，塑料飾件的大量應(yīng)用，促進(jìn)了汽車的減重節(jié)能，提高了汽車的美觀舒適度。PP以密度小、性價(jià)比高、具有優(yōu)異的耐熱性能、耐化學(xué)藥品腐蝕性、剛性、易于成型加工和回收利用等特性在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，成為車用塑料中用量最大、使用頻次最高、發(fā)展速度最快的品種[1]，近來(lái)更是有把汽車內(nèi)飾和外裝材料統(tǒng)一到PP系列材料的趨勢(shì)。本文簡(jiǎn)要介紹了汽車用PP樹脂的開發(fā)現(xiàn)狀、性能特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)改性應(yīng)用的現(xiàn)狀。

1 汽車用塑料及改性PP的應(yīng)用概況

面對(duì)日益嚴(yán)格的汽車油耗法規(guī)，國(guó)內(nèi)外汽車企業(yè)都在多方面降低油耗，而車身輕量化是目前和未來(lái)降低油耗的主要途徑之一。中國(guó)已確定了2020年乘用車平均油耗降至5.0 L/100 km的目標(biāo)，《中國(guó)制造2025》提出了將“節(jié)能與新能源汽車”作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，并將輕量化作為汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。汽車輕量化主要體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)、合金材料及非金屬材料的應(yīng)用等方面，其依次可為汽車的輕量化減重10 %～15 %、30 %～40 %、45 %～55 %。充分利用高分子材料質(zhì)輕、設(shè)計(jì)靈活、綜合性能高等優(yōu)勢(shì)來(lái)推動(dòng)汽車的輕量化，已成為目前一大重要發(fā)展趨勢(shì)。改性塑料是最重要的汽車輕質(zhì)材料之一，通過(guò)增大改性塑料的用量可減少車身的質(zhì)量，達(dá)到降低油耗的目的。汽車用塑料量約占塑料總消耗質(zhì)量的8 %，在中級(jí)轎車中塑料的用量已占到整車質(zhì)量的12 %～15 %，且其主要品種有PP、聚氨酯(PU)、丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯 - 丙烯腈共聚物(SAN)、苯乙烯 - 順丁烯二酸酐共聚物(SMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)等。由于目前內(nèi)飾件塑料化程度相對(duì)較高，未來(lái)汽車塑料化的重點(diǎn)主要是結(jié)構(gòu)件、功能件和外裝件，包括車門模塊、汽車座椅模塊和前端模塊。隨著新能源汽車的廣泛使用，加之鋁合金、鎂合金的成本過(guò)高，未來(lái)汽車的車頂、車門、座椅部件、輪轂以及汽車周邊結(jié)構(gòu)件，甚至車身都有可能改用工程塑料，而國(guó)際上某些高端車型的車門等部件已經(jīng)開始改用工程塑料。隨節(jié)能和環(huán)保法規(guī)對(duì)汽車要求的不斷提高，國(guó)內(nèi)汽車輕量化的進(jìn)程也在不斷加快。據(jù)預(yù)測(cè)，2020年每輛汽車塑料的使用量將達(dá)到450 kg以上，約占整車用料的1/3。1 kg改性塑料可替代2～3 kg鋼等密度較大的材料，而汽車自重每下降10 %，油耗可降低6 %～8 %。因此，增加塑料類材料的使用量，可有效降低汽車的整車質(zhì)量、降低排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低汽車制造成本。

PP作為汽車用塑料的最重要品種，其主要用于車身內(nèi)裝件、通風(fēng)取暖系統(tǒng)的配件、發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)部件以及外裝件，如汽車轉(zhuǎn)向盤、儀表板、前后保險(xiǎn)杠、冷卻風(fēng)扇、蓄電池殼、暖風(fēng)管道等。汽車上除少量部件采用純PP樹脂加工外，大部分部件皆采用改性PP材料進(jìn)行加工。傳統(tǒng)改性PP主要用于汽車大部件如保險(xiǎn)杠、儀表板護(hù)板、門板、立柱等部件，長(zhǎng)玻璃纖維改性PP(LGFPP)主要用于大部件汽車前端模塊、儀表板骨架。目前主流中級(jí)轎車中的PP類材料約占整車塑料選用頻次的30 %，約占整車塑料用量比例的50 %。在典型的乘用車中，以PP為原料生產(chǎn)的汽車塑料零部件有60多個(gè)，其中保險(xiǎn)杠、儀表板、門內(nèi)板、空調(diào)器部件、蓄電池外殼5種部件的PP用量占全車PP用量的50 %以上，因此對(duì)汽車用PP材料的性能要求具有代表性。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)汽車用改性塑料的用量也越來(lái)越大，僅在中國(guó)，2012年汽車銷量為1 927萬(wàn)輛，汽車塑料用量為1 740 kt，其中PP用量約為1 040 kt；2015年汽車銷量為2 460萬(wàn)輛，汽車用改性PP用量約為1 352 kt；2016年我國(guó)汽車總銷量為2 812萬(wàn)輛，汽車用改性PP用量約為1 550 kt。

2 汽車用PP基礎(chǔ)樹脂的開發(fā)應(yīng)用

2.1 國(guó)內(nèi)外汽車用高性能PP的開發(fā)現(xiàn)狀

高模量、高流動(dòng)及剛韌性平衡歷來(lái)是PP向高性能化發(fā)展的重要方向，國(guó)外在20世紀(jì)80年代就積極進(jìn)行了高流動(dòng)、高結(jié)晶性抗沖PP的開發(fā)。開發(fā)高結(jié)晶、高抗沖、高模量、高流動(dòng)性及高支化的PP樹脂順應(yīng)了市場(chǎng)需求，其一直是PP合成工業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)和開發(fā)熱點(diǎn)。高模量、高流動(dòng)抗沖PP具有高剛性、高耐熱性、成型周期短、耐刮擦性能好、熔體流動(dòng)性高和外觀質(zhì)量?jī)?yōu)異等特點(diǎn)，尤其是其剛韌平衡性能更加突出；高模量抗沖PP在制備大型制件時(shí)可獲得更薄、更輕的制品，或在改性專用料中可獲得更理想的加工和使用性能；高模量和剛韌平衡性PP用于汽車領(lǐng)域有利于零部件減重、減薄，實(shí)現(xiàn)安全性、經(jīng)濟(jì)性和輕量化的統(tǒng)一。汽車輕量化和節(jié)能化對(duì)車用PP的流動(dòng)性、抗沖性和剛性等性能提出了更高的要求，因此高模量、高抗沖PP是汽車用PP的主要品種。隨著PP生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，特別是新型催化劑技術(shù)及聚合工藝的改進(jìn)，高模量、高流動(dòng)性PP產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用取得了很大進(jìn)展，而生產(chǎn)高抗沖、高模量、高流動(dòng)PP(“三高”PP)的工藝技術(shù)一般須具備以下3個(gè)條件：(1)有適合相應(yīng)工藝技術(shù)的高結(jié)晶催化劑；(2)反應(yīng)系統(tǒng)能比較容易地使用氫調(diào)法生產(chǎn)高熔體流動(dòng)速率的PP產(chǎn)品，且能較易的生產(chǎn)相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬的產(chǎn)品；(3)粉料處理系統(tǒng)具有較強(qiáng)脫揮發(fā)成分、殘留催化劑和低聚物的能力。荷蘭Lyondell Basell Industries公司(Lyondell Basell公司)的Sheripol PP工藝技術(shù)是生產(chǎn)“三高”PP的主流技術(shù)，其次為英國(guó)Ineos公司的Innovene PP工藝，日本三井化學(xué)公司的Hypol PP工藝，中國(guó)石油化工集團(tuán)公司的環(huán)管PP工藝(中國(guó)的Spheripol工藝)，以及Lyondell Basell公司的Spherizone PP工藝和原美國(guó)Amoco公司/日本Chisso株式會(huì)社的淤漿PP工藝技術(shù)等。與其他工藝相比，這些工藝最大的優(yōu)勢(shì)在于其反應(yīng)器后物料處理系統(tǒng)可以很好地脫除揮發(fā)分、低聚物以及殘留催化劑。

目前中國(guó)市場(chǎng)上普遍使用的高流動(dòng)、高模量抗沖PP基本為進(jìn)口產(chǎn)品，比較典型的有韓國(guó)SK株式會(huì)社(SK)的BX3500/BX3800/BX3900/BX3920系列，韓國(guó)大韓油化公司的CB5230/5290，荷蘭Basell聚烯烴公司(Basell)的EA5074/5075/5076等系列，同時(shí)韓國(guó)三星化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司、總部在奧地利的北歐化工有限公司也有生產(chǎn)。2015年，中國(guó)開始高模量抗沖PP的試生產(chǎn)，北京燕山石化高科技術(shù)有限責(zé)任公司(燕化高科)試生產(chǎn)了K6100和K6760，并形成了一定的銷售量。中國(guó)石化燕山分公司(燕山石化)生產(chǎn)的K7100/K7780/K7726H/K7760H抗沖PP系列，雖然都是高流動(dòng)產(chǎn)品，同樣也是采用氫調(diào)法生產(chǎn)的低氣味產(chǎn)品，但與進(jìn)口產(chǎn)品相比，其在高模量和低氣味性能方面還存在差距，無(wú)法同時(shí)滿足客戶對(duì)高模量、高流動(dòng)、高抗沖和低氣味即所謂的“三高一低”的要求。中國(guó)石化茂名分公司(茂名石化)在氣相聚合釜上生產(chǎn)的高模量、高流動(dòng)抗沖PP(MN60)，存在模量偏低、氣味偏高的缺點(diǎn)，不能完全滿足“三高一低”的要求。中沙(天津)石化公司(天津中沙)生產(chǎn)的EP5074和EP5075也是高模量、高流動(dòng)抗沖PP，雖然模量較高，但沖擊強(qiáng)度偏低。中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司(鎮(zhèn)海煉化)生產(chǎn)的M30RHC和M60RHC是“三高一低”產(chǎn)品，除了模量比BX3800和BX3900稍低之外，其他性能均達(dá)到了BX3800和BX3900產(chǎn)品的水平。中國(guó)石化洛陽(yáng)石化公司繼成功開發(fā)了熔體流動(dòng)速率達(dá)60 g/10 min的均聚高結(jié)晶PP樹脂PPH-MN60后，新近又開發(fā)出了國(guó)內(nèi)首款超高流動(dòng)性均聚PP專用料PPH-MN90B，其熔體流動(dòng)速率高達(dá)100 g/10 min，彎曲模量達(dá)到2 000 MPa，該專用料不含塑化劑，無(wú)過(guò)氧化物殘留，實(shí)現(xiàn)了低氣味，為薄壁化汽車改性PP料提供了性能優(yōu)異的基料。

另外，中國(guó)石化天津分公司研究了不同成核劑及用量、復(fù)配比例對(duì)PP性能的影響，調(diào)整了改性PP的流動(dòng)性及熱穩(wěn)定性，開發(fā)出了高模量、中流動(dòng)PP[2]。中國(guó)石化齊魯分公司和中國(guó)石油蘭州石化公司分別成功開發(fā)出了保險(xiǎn)杠專用料——超高抗沖PP樹脂SPl79，其具有高流動(dòng)性、高乙烯摩爾含量等特點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)品的彎曲模量和沖擊強(qiáng)度均保持在較高水平，能滿足用戶的要求[3]。中國(guó)石化上海石化公司和華東理工大學(xué)合作研發(fā)了可漆性PP汽車保險(xiǎn)杠專用料，通過(guò)原輔材料的合理配制和功能PP、抗老化劑等的有效復(fù)配與調(diào)節(jié)，研制出了PP保險(xiǎn)杠專用料[4]。中國(guó)石化廣東茂名分公司研究開發(fā)了PP汽車保險(xiǎn)杠專用料HHP4，該產(chǎn)品具有良好的加工性能、較高的沖擊性能，是綜合性能優(yōu)良的抗沖PP新產(chǎn)品，可滿足汽車保險(xiǎn)杠的使用要求，且達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的水平，產(chǎn)品已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多種車型，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可替代同類進(jìn)口產(chǎn)品[5]。

國(guó)內(nèi)外高模量抗沖PP產(chǎn)品的主要牌號(hào)及性能指標(biāo)見表1、表2。

表1 中國(guó)石化公司的高模量抗沖PP產(chǎn)品性能典型值或指標(biāo)Tab.1 Typical performance of high modulus & high impact PP produced by SINOPEC

表2 Basell和韓國(guó)SK的高模量抗沖PP產(chǎn)品牌號(hào)及性能指標(biāo)Tab.2 Brand and performance of high modulus & high impact PP produced by Basel and SK

2.2 國(guó)內(nèi)高模量抗沖PP的需求及價(jià)格

高模量抗沖PP具有高的熔體流動(dòng)速率和較好的物理性能，可使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型薄壁注塑制品的設(shè)計(jì)具有可行性，其在生產(chǎn)過(guò)程中可縮短加工周期、降低加工溫度、注射壓力和能耗，具有加工性能好、充模容易、產(chǎn)品翹曲變形少等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)被各改性工廠廣泛用于生產(chǎn)汽車內(nèi)外飾件。國(guó)內(nèi)汽車內(nèi)外飾件代表性生產(chǎn)廠家主要有浙江俊爾新材料股份有限公司、合肥會(huì)通新材料有限公司和現(xiàn)代(鹽城)工程塑料有限公司等。

各改性工廠由于技術(shù)來(lái)源及配方的差異，對(duì)高模量抗沖PP的使用比例不盡相同，通常在5 %～40 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)之間。目前國(guó)內(nèi)改性工廠對(duì)高模量抗沖PP的平均使用比例為12 %，由此可估算出國(guó)內(nèi)高模量抗沖PP的需求。以汽車改性PP年產(chǎn)量為1 350 kt/a進(jìn)行計(jì)算，高模量抗沖PP每年需要約155 kt，進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)比約為9∶1，則高模量抗沖PP的年進(jìn)口量約為140 kt，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量約為15 kt。

進(jìn)口高模量抗沖PP的價(jià)格高于國(guó)產(chǎn)價(jià)格，進(jìn)口價(jià)格較國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品高出500～800元/噸。其中韓國(guó)SK公司的BX3920/3800系列產(chǎn)品較國(guó)內(nèi)價(jià)格高出800～1 000元/噸，且受國(guó)內(nèi)價(jià)格變化影響小，調(diào)價(jià)頻率和幅度小。Basell公司的EA5075/5076系列產(chǎn)品價(jià)格較國(guó)內(nèi)高出500～800元/噸，且價(jià)格變化較為頻繁。高模量抗沖PP進(jìn)口多采用90天信用證結(jié)算，從而減輕了客戶的資金壓力。

3 汽車用PP國(guó)內(nèi)改性應(yīng)用

由于高性能基礎(chǔ)樹脂的開發(fā)生產(chǎn)周期長(zhǎng)、投資巨大、技術(shù)要求高，且需要高精尖的集成先進(jìn)綜合技術(shù)，所以對(duì)現(xiàn)有PP樹脂需要進(jìn)行更廣泛、更有效、更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用的改性。

3.1 無(wú)機(jī)填料和彈性體增韌增強(qiáng)改性PP

無(wú)機(jī)填料和彈性體增韌增強(qiáng)改性PP主要是“三高”PP樹脂、三元乙丙橡膠(EPDM)和乙烯 - 辛烯共聚物(POE)等增韌彈性體及滑石粉、碳酸鈣等無(wú)機(jī)填料的復(fù)合物，其主要用于汽車保險(xiǎn)杠的注射成型，且改性PP保險(xiǎn)杠具有成本低、質(zhì)輕、易涂裝、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)?；厶畛涓男訮P材料具有高剛性、低熱膨脹系數(shù)和低收縮率，且其抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)，尤其是經(jīng)表面處理的滑石粉填充PP可有效改善PP的沖擊性能，提高材料的模量和熱變形溫度。通過(guò)添加10～20份(質(zhì)量份)的滑石粉，可保證材料收縮率和部件尺寸的穩(wěn)定性，可改善PP材料的抗刮擦發(fā)白性能[6]，提高PP的極性從而改善PP與油漆的附著力[7]，同時(shí)加入POE和(或)EPDM等彈性體可改善復(fù)合材料的耐低溫沖擊性能。汽車用改性PP的用量約占塑料總用量的50 %，而改性PP中以滑石粉改性的占到了40 %。納米二氧化硅和納米碳酸鈣等可協(xié)同彈性體制備增韌增強(qiáng)的PP復(fù)合材料，其主要用于汽車保險(xiǎn)杠[8]。而加工設(shè)備方面，除了常規(guī)的密煉機(jī)、雙螺桿、單螺桿擠出造粒機(jī)組的研發(fā)應(yīng)用，近年來(lái)新型特種專用設(shè)備也層出不窮，如德國(guó)克勞斯瑪菲貝爾斯托夫集團(tuán)最新開發(fā)的Performance 系列擠出機(jī)——ZE型Performance52x 48D就是專門針對(duì)無(wú)機(jī)填料高填充PP需求而研發(fā)的新型加工設(shè)備。

3.2 玻璃纖維增強(qiáng)改性PP

玻璃纖維增強(qiáng)改性PP材料尤其是LGFPP材料在汽車部件上的研究與應(yīng)用(如在前端模塊、儀表板骨架、車門模塊等典型部件的應(yīng)用)是多年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。 LGFPP制品指含有長(zhǎng)度為10～25 mm的玻璃纖維改性的PP復(fù)合材料經(jīng)過(guò)注塑等工藝形成的三維結(jié)構(gòu)。10～25 mm的長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚合物相比普通4～7 mm的短玻璃纖維增強(qiáng)聚合物具有更高的強(qiáng)度、剛度、韌性，以及尺寸穩(wěn)定性好、翹曲度低等優(yōu)勢(shì)。此外，LGFPP材料比短玻璃纖維增強(qiáng)PP(GFPP)有著更好的抗蠕變性能，即使經(jīng)受100 ℃的高溫也不會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變。與金屬材料和熱固性復(fù)合材料相比，LGFPP的密度低，相同部件的質(zhì)量可減輕20 %～50 %；LGFPP能為設(shè)計(jì)人員提供更大的設(shè)計(jì)靈活性，可成型形狀復(fù)雜的部件、提高集成汽車零部件的能力、節(jié)約模具成本(一般長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚合物注塑模具的成本約為金屬?zèng)_壓模具成本的20 %)、減少能耗(長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚合物的生產(chǎn)能耗僅為鋼制品的60 %～80 %，鋁制品的35 %～50 %)、簡(jiǎn)化裝配工序。汽車部件用礦物纖維增強(qiáng)PP的新產(chǎn)品，具有強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、阻燃性能好、低浮纖、低翹曲、低收縮等特點(diǎn)。

基于LGFPP材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其在汽車中的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛，在主流新車型上，越來(lái)越多的部件采用了該材料，且其常被用于轎車的儀表板本體骨架、電池托架、前端模塊、控電盒、座椅支撐架、備胎盤、擋泥板、底盤蓋板、噪音隔板、后車門框架等。大眾、福特等外資品牌的汽車前端模塊塑料化已成功應(yīng)用LGFPP材料多年；寶馬、奧迪等中高端軟質(zhì)儀表板骨架，大多采用LGFPP材料制造。轎車儀表板骨架采用LGFPP材料時(shí)，可使儀表板成品的質(zhì)量比傳統(tǒng)材料降低20 %，同時(shí)LGFPP材料可與整體發(fā)泡注塑技術(shù)相兼容，采用較少的原材料就能實(shí)現(xiàn)更高的強(qiáng)度和剛度，并能使儀表板具有更優(yōu)良的性能，中級(jí)以上乘用車的儀表板骨架也正在逐步采用LGFPP材料。用GFPP材料替代玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺材料制造的進(jìn)氣歧管，可減重15 %，且具有更優(yōu)異的聲學(xué)性能和更低的成本[9]。全塑料前端模塊能將22個(gè)金屬零部件組成一個(gè)注射成型部件，極大地簡(jiǎn)化了前端結(jié)構(gòu)，并可使該部件減重達(dá)30 %～40 %。

在加工設(shè)備方面，國(guó)內(nèi)最新開發(fā)出了全自動(dòng)直接在線長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料模壓(LFT-D)生產(chǎn)線[10]、長(zhǎng)玻璃纖維浸潤(rùn)包覆全套雙螺桿生產(chǎn)線機(jī)組以及長(zhǎng)纖維在線混煉注塑工藝。采用長(zhǎng)纖維在線混煉注塑工藝取代長(zhǎng)纖粒料注塑工藝，可使連續(xù)纖維在雙螺桿中自由切斷，且與聚合物混合后可直接注入模具，從而可降低纖維受到的剪切作用，使得制品中纖維長(zhǎng)度在5 mm以上的含量達(dá)到70 %。

3.3 發(fā)泡改性PP

PP發(fā)泡材料是通過(guò)提高PP的熔體強(qiáng)度，從而提高發(fā)泡倍率而制成的低密度物質(zhì)，其具有質(zhì)輕、耐熱、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。隨著汽車輕量化的發(fā)展，選用PP發(fā)泡材料已成為汽車減重的重要途徑，目前其在汽車內(nèi)飾上的應(yīng)用也越來(lái)越多，其中PP發(fā)泡材料在各種汽車上的使用占比為轎車占45 %，卡車、工程機(jī)械車占20 %，客車、商務(wù)車占35 %。汽車用PP發(fā)泡材料主要為化學(xué)微發(fā)泡材料，因?yàn)槠胀ㄎl(fā)泡PP制品的表觀質(zhì)量很不理想，僅適合于需要表面覆皮的高端車，不僅增加了制造成本，也限制了PP發(fā)泡材料的推廣和應(yīng)用；而化學(xué)微孔發(fā)泡是以熱塑性材料為基體，化學(xué)發(fā)泡劑為氣源，通過(guò)自鎖工藝使得氣體形成超臨界狀態(tài)，注入模腔后氣體在擴(kuò)散內(nèi)壓的作用下，使制品中間分布著直徑從十幾到幾十微米的封閉微孔泡，且其理想的泡孔直徑應(yīng)<50 μm，但目前國(guó)內(nèi)行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的微發(fā)泡PP的微泡孔直徑約為80～350 μm。對(duì)于微孔發(fā)泡主要有注塑微發(fā)泡、吹塑微發(fā)泡和擠出微發(fā)泡等，注塑微發(fā)泡適用于各種汽車內(nèi)外飾件，如車身門板、尾門、風(fēng)道等；擠出微發(fā)泡適用于密封條、頂棚等；吹塑微發(fā)泡適用于汽車風(fēng)管等。利用微發(fā)泡技術(shù)可使PP制品的質(zhì)量減少約10 %～20 %，較傳統(tǒng)材料在部件上可實(shí)現(xiàn)最高50 %的減重，注射壓力降低約30 %～50 %，鎖模力降低約20 %，循環(huán)周期減少10 %～15 %，同時(shí)還能提高汽車的節(jié)能性，較傳統(tǒng)材料可實(shí)現(xiàn)最高30 %的節(jié)能，并且能改善制品的翹曲變形性，使產(chǎn)品和模具的設(shè)計(jì)更靈活，在一些部件中，如汽車風(fēng)管、風(fēng)道，還可實(shí)現(xiàn)隔熱、降噪的效果，減少后道工序的成本。密度為0.06 g/cm3的輻射交聯(lián)PP高發(fā)泡片材具有良好的力學(xué)性能，作為汽車車頂，可降低汽車的質(zhì)量，同時(shí)其還可用于汽車的內(nèi)飾件，有利于汽車的輕量化。

微發(fā)泡PP可應(yīng)用于汽車風(fēng)道、門板等，它很好的解決了普通發(fā)泡PP產(chǎn)品表觀質(zhì)量的缺陷問(wèn)題，微發(fā)泡制品不需要覆皮即可滿足產(chǎn)品的表觀使用要求，從而降低了制造成本，也為該技術(shù)從高端應(yīng)用向中低端的普及應(yīng)用提供了解決方案。微發(fā)泡注塑PP材料采用先進(jìn)的“三明治”結(jié)構(gòu)(發(fā)泡結(jié)構(gòu)的芯層和堅(jiān)實(shí)的上下皮層構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu))，具有孔徑小、體積泡孔密度高、內(nèi)應(yīng)力小、成型周期短等優(yōu)點(diǎn)，且其不僅具有優(yōu)異的外觀質(zhì)量、性能損失小、可實(shí)現(xiàn)5 %～20 %的減重效果，而且在加工階段能縮短材料的注塑周期、降低10 %～30 %的能耗、減少碳排放，并可應(yīng)用于填充PP體系和玻璃纖維增強(qiáng)PP體系，增強(qiáng)汽車的安全性。在汽車輕量化、低成本的發(fā)展趨勢(shì)下，未來(lái)的汽車用塑料的發(fā)展必將促進(jìn)PP微發(fā)泡技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。

國(guó)內(nèi)能夠制造PP發(fā)泡用的單螺桿擠出生產(chǎn)機(jī)組、超臨界CO2發(fā)泡成套裝備和微發(fā)泡注塑機(jī)，MuCell?微孔發(fā)泡技術(shù)的全球獨(dú)家供應(yīng)商美國(guó)Trexel 股份有限公司也向中國(guó)提供微發(fā)泡生產(chǎn)設(shè)備。

3.4 低總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的PP材料

隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)塑料用品的要求越來(lái)越高。汽車和家電中的塑料，尤其是處于相對(duì)封閉空間的汽車內(nèi)飾件，要求綠色環(huán)保、健康安全和低TVOC，因而低TVOC的 PP材料受到了配件商和材料商的關(guān)注和青睞。PP作為汽車內(nèi)飾的主要材料之一，其在生產(chǎn)和成型改性過(guò)程中使用的各種助劑極易殘留在制品內(nèi)部并釋放出來(lái)，造成車內(nèi)空氣的污染，因此必須重視PP材料的TVOC揮發(fā)量對(duì)于整車TVOC的影響。目前主要從以下幾個(gè)方面對(duì)PP材料進(jìn)行低TVOC的技術(shù)改進(jìn)：(1)添加活性炭、多孔氧化鋁、硅藻土等多孔物質(zhì)，特別是多孔的鋁硅酸鹽無(wú)機(jī)物質(zhì)，這種添加劑對(duì)低分子有機(jī)化合物具有很強(qiáng)的吸附能力，并且在較高溫度下也不會(huì)解吸附，從而使得材料的TVOC含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；(2)采用自然脫揮、真空脫揮相結(jié)合的方式，使用專業(yè)的脫揮設(shè)備與工藝在PP改性過(guò)程中進(jìn)行處理，該辦法效率較高，但成本也相對(duì)較高。在PP中添加大比表面積的填充劑可制備揮發(fā)性有機(jī)化合物排放量很低的改性PP汽車內(nèi)裝飾材料[11]；添加氣味吸附劑可制備低散發(fā)的汽車內(nèi)飾用PP復(fù)合材料[12]9-12；玻璃纖維增強(qiáng)PP材料的主要?dú)馕秮?lái)源是相容劑馬來(lái)酸酐接枝PP，可加入納米氧化鋅和納米二氧化鈦?zhàn)鳛闅馕兜奈談13]。在汽車飾件注塑時(shí)，一方面噴了過(guò)量的脫模劑會(huì)引入雜味，另一方面注塑溫度過(guò)高，將導(dǎo)致材料及助劑部分分解產(chǎn)生異味，最終出現(xiàn)改性PP粒子氣味性合格，但最終塑料件氣味不合格的情況，因此要徹底解決塑料件的氣味性，還需汽車廠、零部件企業(yè)、原材料商三方共同努力。

3.5 耐刮擦PP

相對(duì)于工程塑料來(lái)說(shuō)，PP、橡膠改性PP、熱塑性聚烯烴和熱塑性彈性體等聚烯烴材料具有可回收、質(zhì)輕、成本低的優(yōu)勢(shì)，因而被越來(lái)越多地應(yīng)用于汽車以及其他領(lǐng)域，然而聚烯烴材料的耐刮擦性能明顯較差，而這一性能卻是儀表板、操控臺(tái)和門板表皮等汽車內(nèi)部應(yīng)用部件的關(guān)鍵性能，也是汽車外部應(yīng)用部件、全地形車輛(ATVs)的重要性能之一，而且表面性能提高的聚烯烴能很好地代替金屬和工程塑料，同時(shí)還有利于涂色，因此積極尋找提高聚烯烴材料耐刮擦性能的解決方案十分重要。通過(guò)添加涂層、無(wú)機(jī)礦物和某些功能助劑可提高聚烯烴的耐刮擦性能，例如添加耐刮擦劑可制備耐刮擦汽車內(nèi)飾用PP復(fù)合材料[12]9-12，硅酮及酰胺類耐劃傷劑能提高車用PP內(nèi)飾材料性能的耐劃傷性能[14-15]。使用耐刮擦助劑的成本效益比添加涂層或?qū)訅翰牧细鼮槊黠@，因此被越來(lái)越多地用于提高聚烯烴材料的耐刮擦性能。此外，耐刮擦性能還取決于其他很多因素，如樹脂的類型、填料含量、助劑、顏料、加工條件和表面粗糙度等。

3.6 汽車用改性PP的回收利用

塑料作為一種環(huán)保材料，因其可塑性強(qiáng)、質(zhì)輕、回收再利用率高等特性，在汽車工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，無(wú)論是內(nèi)飾件、外飾件還是功能性結(jié)構(gòu)件，都越來(lái)越多地用到了塑料。我國(guó)汽車保有量達(dá)到1.75億輛，對(duì)應(yīng)用于汽車的塑料的粉碎再回收無(wú)疑變得越來(lái)越重要，且汽車塑料的回收將會(huì)形成一個(gè)巨大的市場(chǎng)，是一個(gè)前景廣闊的領(lǐng)域，學(xué)術(shù)界和企業(yè)在這方面都有很多的研究和實(shí)踐[16-17]。以汽車內(nèi)飾用廢舊聚烯烴材料為主要原料，以玻璃纖維為增強(qiáng)體，通過(guò)熱壓制板工藝可制備出熱塑性聚合物/玻璃纖維復(fù)合材料[18]；利用天然竹、麻纖維比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，與PP基體結(jié)合，可制備出從易于回收利用到可完全生物降解的天然纖維復(fù)合材料，用作汽車用綠色復(fù)合材料[19]；利用塑料噴丸表面除漆與在保險(xiǎn)杠除漆回收料中添加PP新料、納米蒙脫土和馬來(lái)酸酐接枝PP改性再生的技術(shù)可對(duì)退役汽車保險(xiǎn)杠進(jìn)行同級(jí)回收利用[20]。用于制造保險(xiǎn)杠、儀表盤等尺寸較大構(gòu)件的PP，選用的是增強(qiáng)型改性PP，這些部件會(huì)以添加玻璃纖維或無(wú)機(jī)填料的方式來(lái)增強(qiáng)物料的強(qiáng)度，所以在粉碎回收時(shí)，對(duì)粉碎機(jī)刀具及粉碎腔內(nèi)壁的耐磨性要求比較高；另外這些部件尺寸較大，在粉碎時(shí)為提高效率，目前大多會(huì)選用自動(dòng)喂料—粉碎—輸送—自動(dòng)分離粉塵—裝袋的一站式生產(chǎn)線設(shè)備。對(duì)于方向盤、車內(nèi)拉手、車門內(nèi)飾板、門窗密封件、擋泥板等部件的改性PP，大多是動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體，其特性是有彈性、變形大、手感好，在粉碎回收時(shí)，這些物料難以切斷，遇熱粘刀、結(jié)塊，不下料，必須采用彈性體專用粉碎機(jī)。針對(duì)專用于回收改性開發(fā)PP材料的造粒機(jī)，其結(jié)合了單螺桿和雙螺桿造粒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)PP再生料的回收、改性、填充、共混的所有功能，其產(chǎn)量大、效率高。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車的普及推廣及對(duì)其輕量化、阻燃、高強(qiáng)度、環(huán)保等方面的追求，“三高一低” PP樹脂及改性PP材料必將會(huì)進(jìn)一步得到拓展應(yīng)用。減小產(chǎn)品比重(如LGFPP和碳纖維增強(qiáng)PP可代替金屬、玻璃纖維聚酰胺材料)、 降低TVOC、減小噪音、特別的內(nèi)飾件表觀(例如金屬效果，透光半透明材料)及經(jīng)濟(jì)的加工方法將是未來(lái)汽車用PP改性材料的發(fā)展重點(diǎn)[21]，尤其是隨著對(duì)乘用車空氣質(zhì)量要求的提高，低TVOC 的PP內(nèi)飾材料的開發(fā)與應(yīng)用將越來(lái)越被重視；同時(shí)，耐熱氧老化、耐光氧老化、耐刮擦性、免噴涂性、抗白痕性、抗發(fā)黏性等也均是未來(lái)汽車用PP改性材料研發(fā)的重點(diǎn)方向；隨著環(huán)保和節(jié)能理念的深入人心，對(duì)于廢舊汽車拆解下的PP材料的回收利用也將越來(lái)越受重視。汽車用PP材料的開發(fā)是綜合系統(tǒng)工程，需結(jié)合配方設(shè)計(jì)、原材料選用、加工工藝、后處理工藝等綜合考慮來(lái)滿足汽車件的性能要求。

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