汽車保險(xiǎn)杠材料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

田　永，方　瑛，劉龍飛，盧麗娟

汽車保險(xiǎn)杠材料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

田永，方瑛，劉龍飛，盧麗娟

（廣汽菲亞特汽車有限公司，長(zhǎng)沙410100）

介紹汽車保險(xiǎn)杠材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和選擇原則，論述常用材料PP的性能特點(diǎn)以及保險(xiǎn)杠制造材料的發(fā)展趨勢(shì)，最后著重分析TPO、PP/GF、PC/PBT等保險(xiǎn)杠制造新材料的性能特點(diǎn)。

保險(xiǎn)杠材料；聚丙烯；TPO；PC/PBT

汽車前后保險(xiǎn)杠與進(jìn)氣格柵、前后大燈等一起構(gòu)成了整車前臉和尾部最主要的特征［1］。汽車保險(xiǎn)杠的材料經(jīng)歷了由金屬到塑料的變化歷程。早期的前后保險(xiǎn)杠是以金屬材料為主，與車架縱梁鉚接或焊接在一起，與車身有一段較大的間隙，好像是一件附加上去的部件，質(zhì)量大，外觀不良。當(dāng)今的汽車前后保險(xiǎn)杠除了保持原有的保護(hù)功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化，所以，目前汽車的前后保險(xiǎn)杠材料多采用工程塑料。它既具有良好的強(qiáng)度、剛性，又有良好的可加工性，可以制作成不同的造型，起到裝飾的作用。

1　保險(xiǎn)杠材料的現(xiàn)狀

塑料由于質(zhì)輕、耐腐蝕、設(shè)計(jì)自由度大等特點(diǎn)在汽車制造中得到廣泛應(yīng)用。目前汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的汽車塑料用量已達(dá)到10%～15%，有的甚至達(dá)到20%以上。按照使用數(shù)量從大到小排列，德國(guó)是PVC、PU、PP，美國(guó)是PU、PP、PE，日本是PVC、PP、PU。我國(guó)汽車塑料的應(yīng)用還比較落后，單車平均用量基本與發(fā)達(dá)國(guó)家上世紀(jì)90年代水平相當(dāng)，約為100～130 kg/輛［2］。我國(guó)汽車用塑料的品種按用量排列依次為PP、PVC、PU、不飽和樹脂、ABS、PF、PE、PA、PC和復(fù)合材料，其中主要以PP（聚丙烯Polypropylene）為主，約占所用塑料總質(zhì)量的28%，其中80%以上用于保險(xiǎn)杠生產(chǎn)［3］。這不僅因?yàn)镻P成本低，更由于輕量化、可循環(huán)再用等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使PP成為汽車保險(xiǎn)杠材料的主流。

保險(xiǎn)杠總成一般包括蒙皮、格柵、吸能塊等三大部分，如圖1所示。蒙皮面積大，造型要求高，材料一般采用性價(jià)比高的PP類材料。格柵一般要鍍鉻，多采用PC/ABS材料（聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物復(fù)合材料），吸能塊則多采用發(fā)泡材料制成。

1.1保險(xiǎn)杠材料選擇的原則

由于保險(xiǎn)杠是重要的外觀零件，一般采用噴涂處理，長(zhǎng)期受到風(fēng)吹、日曬、雨淋。在碰撞時(shí)，首當(dāng)其沖，工況惡劣，所以其材料有以下要求：

1）良好的抗沖擊性能。碰撞時(shí)有良好的彈性，為乘客提供保護(hù)。

2）良好的耐候性。防止在高溫暴曬下變形、老化等。

3）良好的油漆附著能力。保證油漆不脫落、變色。

4）良好的流動(dòng)性。滿足注塑加工工藝的要求。

5）良好的加工性能。便于注塑模具設(shè)計(jì)。

6）價(jià)格相對(duì)低廉。保險(xiǎn)杠材料用量大，可以有效降低使用成本。

1.2保險(xiǎn)杠常用材料的性能

根據(jù)以上材料的選擇原則，PP類材料無疑成為性價(jià)比最優(yōu)的選擇，聚丙烯PP是由丙烯聚合而成的非極性結(jié)晶型塑料。2010年，我國(guó)汽車PP消費(fèi)量超過50萬噸［4］，聚丙烯的形式主要有無規(guī)、間規(guī)、等規(guī)和立體嵌段四種。大多數(shù)工業(yè)聚丙烯為等規(guī)物，其分子鏈上所有的甲基皆位于分子鏈一側(cè)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示［5］。一般聚丙烯的等規(guī)度為90%～95%，具有高度的結(jié)晶性，屬于結(jié)晶型塑料［6］。PP材料無毒、無味，密度小，電絕緣性能良好，力學(xué)性能好，有良好的延伸性和抗彎曲疲勞性能，對(duì)酸堿的耐受效果好，但純PP材料的耐低溫沖擊性能較差，不耐磨，易老化，所以不直接用來制造汽車保險(xiǎn)杠。實(shí)際汽車保險(xiǎn)杠制作中，多采用聚丙烯復(fù)合材料，即以PP為主材，并加入一定比例的橡膠或彈性體材料、無機(jī)填料、色母粒、助劑等經(jīng)過混煉加工而成［7-8］。

2　保險(xiǎn)杠材料的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)今社會(huì)，隨著主機(jī)廠要求的提高和塑料改性技術(shù)的發(fā)展，原有PP保險(xiǎn)杠材料的線膨脹系數(shù)表現(xiàn)過高。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，也表現(xiàn)出諸多不理想的地方，主機(jī)廠提出零段差、尺寸穩(wěn)定性高的要求，所以，新材料也在不斷地應(yīng)用于保險(xiǎn)杠的制造。目前應(yīng)用于保險(xiǎn)杠的新材料主要有TPO（2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦）、PP/Glass Fiber（玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯材料）、PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）、PBT復(fù)合材料等。

2.1TPO材料

材料廠家研發(fā)了加有礦物填料的TPO材料，以滿足保險(xiǎn)杠市場(chǎng)要求。這類材料的特點(diǎn)是通過添加具有片狀結(jié)構(gòu)的礦物，可以降低材料的線膨脹系數(shù)，同時(shí)可以提高材料彎曲模量和強(qiáng)度、降低材料的收縮率，所生產(chǎn)的保險(xiǎn)杠壁厚可以降低到3～4 mm［9］。TPO觸感溫和，易著色，耐化學(xué)性能好，抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率好，電絕緣性和防滑性強(qiáng)，耐磨性和耐候性能優(yōu)良。在TPO分子中，大量高度膠連的橡膠粒子呈分散結(jié)構(gòu)，少量塑料相結(jié)構(gòu)包覆在教練橡膠粒子周圍形成連續(xù)相，使TPO既具有硫化橡膠的高彈性，又具有塑料材料的熱塑流動(dòng)性和可加工性。表1為意大利API生產(chǎn)的TPO材料性能參數(shù)。

表1　意大利API生產(chǎn)的TPO材料性能參數(shù)

2.2PP/Glass Fiber

繼續(xù)深化PP材料的改性研究，對(duì)保險(xiǎn)杠制造材料有著重要的意義。通過不同體系的改性，可以達(dá)到不同的效果，如玻璃纖維增強(qiáng)PP（PP/Glass Fiber），即可以有效地減輕重量，又可以增加材料的強(qiáng)度和硬度。

玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯材料具有優(yōu)良的性價(jià)比，它保持了PP成本低的特點(diǎn)。在玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料中，它的密度是最小的，因而在重量方面也占有優(yōu)勢(shì)。玻璃纖維對(duì)聚丙烯在靜態(tài)下的結(jié)晶形態(tài)沒有影響，聚丙烯的球晶穿過玻璃纖維，而沒有在界面上形成過渡晶型。在纖維拉伸過程中，會(huì)在聚丙烯與玻璃纖維界面上產(chǎn)生明顯的過渡晶型（橫晶）。這是因?yàn)樵诶熳饔孟?，界面產(chǎn)生應(yīng)力，促使過渡晶型的生成。在共混過程中加入馬來酸酐，馬來酸酐的接枝會(huì)使聚丙烯的球晶尺寸明顯減小，增加共混的牢固程度［10］。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯的流動(dòng)性大，成型條件范圍寬，耐水性、耐化學(xué)腐蝕性好，電性質(zhì)好，力學(xué)性能好［11-14］，非常適合作為保險(xiǎn)杠的制造材料。表2是某廠生產(chǎn)的滑石玻璃纖維增強(qiáng)PP的性能參數(shù)。此外，PP與聚乙烯共混，PP與聚酰胺（PA）共混等都可以作為深化PP應(yīng)用的研究方向。

2.3PC/PBT

PBT的結(jié)晶速度快，適合于高速成型的零部件。它具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的耐熱性能，可以長(zhǎng)期在高于100°C的環(huán)境下工作；吸水率低，線膨脹系數(shù)小，耐彎曲蠕變性能優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好；高溫下不易燃燒；電性能優(yōu)良，幾乎不受濕度和溫度的影響；耐化學(xué)性能優(yōu)良；加工性能好，成型周期短，適合形狀復(fù)雜或者壁厚較薄的零部件。PC/PBT合金機(jī)械性能高，沖擊強(qiáng)度尤其遠(yuǎn)超PP制的保險(xiǎn)杠。美國(guó)GE公司生產(chǎn)的Xenoy系列PC/PBT合金不僅能承受碰撞，而且車體與保險(xiǎn)杠經(jīng)過涂裝（以使保險(xiǎn)杠與車體保持同一色澤）時(shí)，能耐155℃/30 min的烘烤干燥；巴斯夫的Ultrablend系列PBT/PC合金不僅具有PBT的耐化學(xué)藥品性、耐油性及流動(dòng)性，而且還具有PC的低溫韌性，耐熱性及高機(jī)械性能，非常適合保險(xiǎn)杠的生產(chǎn)和制造［15］。

表2　滑石玻璃纖維增強(qiáng)PP的性能參數(shù)

3　結(jié)束語

綜上所述，目前常用的保險(xiǎn)杠材料為性價(jià)比較高的PP復(fù)合材料，不僅機(jī)械性能優(yōu)良，而且成型性好，易于加工。但隨著新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn)，除PP之外，TPO、PP/GF、PC/PBT等材料由于其優(yōu)良的性能也開始成為保險(xiǎn)杠制造的選擇。

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修改稿日期：2014-11-10

Current State and Development Trend for Auto Bumper Materials

Tian Yong，F(xiàn)angYing，Liu Longfei，Lu Lijuan
（GACFIATAutomotives Co.，Ltd，Changsha 410100，China）

The authors introduce the current use state and choice principle ofthe autobumper materials，then elalorate the performance properties of the common material PP and the development trend of the auto bumper materials. At last，they emphatically analyze the performance properties of the newmaterials TPO、PP/GF、PC/PBT，which are used tomake autobumpers.

bumper material；polypropylene；TPO；PC/PBT

U463.32+6

A

1006-3331（2015）01-0004-03

田永（1981-），男，碩士研究生；工程師；主要從事外飾與開閉件系統(tǒng)的開發(fā)和國(guó)產(chǎn)化工作。