汽车用改性塑料的发展概况

钟兴兴

摘 要：在汽车工业中，“以轻代重”“以塑代钢”已经逐渐成为了该行业未来发展的主流方向，特别是聚苯醚（PPO）、尼龙（PA）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）和聚甲醛（POM）这5类材料改性塑料的应用。简要探讨了与这些材料有关的最新研究成果和其在汽车零部件上的最新应用情况，并分析了改性塑料行业的技术发展趋势和行业应用趋势。

关键词：汽车工业；改性塑料；节能环保；轻量化

中图分类号：U465.4+1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.037

目前，汽车工业的轻量化、节能环保和舒适度是人们最关注的，也是其未来发展的主要方向。在该工艺不断发展的过程中发现，塑料有着很好的综合性能，而且价格实惠，逐渐被应用于汽车行业。随着我国汽车业“以轻代重”“以塑代钢”的快速发展，对汽车节能、高速、安全等要求越来越高，对塑料的要求也越来越高。因此，市场上出现了较多的新型树脂和通过共混、共聚、复合等改性方法得来的高性能改性塑料，其应用性能十分高、应用范围也更广。本文主要阐述了聚苯醚（PPO）、尼龙（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车中的应用。

1 聚苯醚（PPO）

聚苯醚（PPO）有良好的耐热性、电气绝缘性和物理机械性等特点，而且强度高、吸湿性低、尺寸稳定性好，可以说，它是所有热塑性工程使用性最好的。在解决聚苯醚（PPO）树脂熔融流动性差和玻璃化温度高的过程中，通常使用抗冲聚苯乙烯“合金化”或者掺混聚苯乙烯的方法对聚苯醚（PPO）树脂进行改性。因为PPO合金解决了聚苯醚（PPO）中开裂的缺点，使得其PPO的加工性能更加完善，而且也更好地展示了其电性能、热性能和机械性能，使其被广泛应用于各个领域，比如电器零件、汽车的仪表板、机械器具和内外装饰零件等。

李丽等人研究了国产聚苯醚（PPO）和高抗冲聚苯乙烯（HIPS）合金工程，分析了其中PPO含量与PPO/HIPS合金的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度的关系。研究之后发现，（丁烯/苯乙烯—苯乙烯/乙烯）共聚物（SEBS）对其合金有增韧的效果，并且SEBS可以很好地改善PPO/HIPS合金材料的韧性。因为PPO/PA合金有良好的耐热性、尺寸稳定性和耐磨等特点，所以，其在汽车工业中占有重要的位置。

2 尼龙（PA）

近年来，为了保护自然环境，汽车业着重改善了汽车CO2的排放量和其耗油量，这样就使得汽车业对耐热材料的要求更高。平常使用的塑料在耐久性、耐热性和耐药品性都存在一定的不足，而传统的PA6T、PA9T、PA46等耐高温PA塑料也存在吸湿且耐高温性能不完善的情况。因此，为了满足各大领域对材料耐高温性的要求，开发人员在PA材料耐高温方面作了很大的改进，特别针对半芳香尼龙中共聚改性和新型的半芳香PA的合成方面作了改进。同样，这也是当前耐高温PA材料的研究重点。DSM公司在PA46耐高温材料的生产和研究中始终处于领先地位，其拥有当前唯一的丁二胺工业化方案。丁二胺作为PA46中的重要原料，DSM公司先行研发出了以丁二胺为原料的PA4T。PA4T是21世纪第一个新聚合体材料，它有着超强的无铅焊接兼容性、空间稳定性和高熔点特性，并且在温度升高时还具有相当高的机械强度和硬度，这也是电子产品集中化和市场小型化对材料提出高要求的表现之一。

在杜邦公司新开发的耐高温尼龙（HTN）中，有54G、53G、52G、51G4个系列。在这4个系列中，54G、52G、51G是属于PA6T的改性产品，也是属于半芳香族尼龙PPA。然而，53G系列因为中苯环含量因子较少，所以，杜邦则把它划为高性能PA。这些高性能的PA系列都有着高耐热性、低吸水性、高耐化学药品性、高流动性、高韧性、高结晶性和高尺寸稳定性等强大的综合性能，是最具有发展前途的新品种，也是最早应用在汽车零部件和表面贴装技术中的材料。

3 聚丙烯（PP）

在汽车塑料使用中，聚丙烯（PP）塑料是用量最大的一种材料，几乎占据了汽车塑料总用量的55%.如今，汽车业所用的聚丙烯（PP）塑料也正在快速向专用材料的高性能、多样化的方向发展，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）和相关工程塑料的趋势。聚丙烯（PP）改性主要是加入一定比例的弹性体和橡胶材料、色母粒、无机填料等材料之后，再混炼加工而成的。当前，汽车业中聚丙烯（PP）材料的主要研究方向是低散发、抗刮擦和长玻纤等，而已经开发出来的新PP产品主要有低挥发性有机化合物（VOC）、低密度玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）和长玻纤增强聚丙烯（LGFPP）等。

韩琛等利用双螺杆挤出机，使用熔融共混工艺制备了微型汽车保险杠改性PP专业料，并且研究了线性低密度聚乙烯（LLDPE）和填料添加剂对复合材料的影响。结论表明，以均聚PP的共聚PP是其基本树脂、质量分数为7%的LLDPE7042是增韧剂，而质量分数为15%的经活化处理过后的无机复合矿粉是增强剂制备汽车保险杠的最好材料，它能在满足各种性能的前提下，降低生产成本。

4 聚碳酸酯（PC）

聚碳酸酯（PC）是塑料产品中具有透明性能的改性产品，其还有相对较好的耐热性能、机械强度、耐紫外线辐射等。同时，其性价比较好，具有用化学修饰物理改性的潜力，是其综合能力最好的体现。因为其具有独特的隔音性、轻量化、抗冲击性、隔热性、透光度和强度高等特性，所以，聚碳酸酯（PC）被广泛应用于汽车车灯、车窗、内外饰、新型薄层车顶原型和车身等方面。当前，PC塑料正在向高功能化和合金化的方向发展。在发展过程中，PC/ABS合金是发展速度最快、应用范围最广的，很多公司都相继推出了可电镀、耐紫外线、阻燃和玻纤增强等多个PC/ABS合金新品种。其中，PC/聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）合金有着很好的透明性，完全能够代替玻璃材料。

郑成钢等在采用亚氧混合低能离子束进行PC表明改性的研究中，通过观测改性前后水解触角的不同变化，得出了低能离子束影响PC板表面润湿性的结果，还研究了PC板表面的形貌与元素成分之间的关系，最终得出，经过改性后的PC表面润湿性有明显的改善，而改性后PC表面的粗糙度则先减小后增大。

5 聚甲醛（POM）

POM在汽车行业中有很大的潜在市场。POM具有生产成本低廉、加工成型简便、质轻、材料性能与金属性能相接近等优点。但是，因为其具有缺口敏感性太大、抗冲击强度不好和低温过脆等原因，所以，不能被广泛应用。改性后的POM则具有刚性强、耐磨系数低等特点，所以，其适用于把手、汽车泵、安全带扣、万向节轴承、输油管、汽化器部件、仪表板、动力阀、曲柄、汽车窗升降机装置和电开关等的制造中，它是制造齿轮、轴套等耐磨零件的最佳选择。因为POM的抗磨性高，很大程度上减少了润滑油的用量，增加了零部件的使用寿命，所以，可以用其代替锌、铜等金属，进而降低生产成本。

辛敏琦等利用有很强热塑性的聚氨酯作为增韧弹性体。为了提高POM与热塑性聚氨酯弹性体之间的相容性，特在其中添加了含异氰酸酯基低聚物（Z）和聚醚，对分析了POM/TPU/Z、POM/TPU/Z/ 聚醚、聚氨脂（TPU）这3种POM/热塑性材料的共混物力学性能。结果表明，共混物的缺口冲击强度是随着TUP含量而变化的，Z和聚醚能够有效地提高共混物的断裂伸长率和缺口冲击强度。

6 结束语

综上所述，改性塑料的目前发展是未来汽车业对其需求的体现和发展的必然趋势。虽然改性塑料在汽车业已经取得了较大的成就，但是，仍然有许多工程塑料需要改善其性能。由此可想，在不久的将来，改性塑料甚至有可能全面代替金属，被广泛应用于汽车业中。

参考文献

[1]李丽，王成国，李同生，等.聚碳酸酯及聚碳酸酯合金导热绝缘高分子材料的研究[J].材料热处理学报，2013，28（04）：252-254.

[2]钟艳莉，梁瑞胜，张洪峰，等.聚碳酸酯光学零件用紫外光固化耐磨涂料研究[J].现代涂料与涂装，2013，18（07）：134-136.

〔编辑：白洁〕