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长玻纤增强PP材料在汽车上的应用
摘 要： 长玻纤增强聚丙烯（LGFPP）是一种高强度、轻质的复合材料,同时具有较好的机械性能、耐热性、耐候性.长玻纤增强聚丙烯材料可以替代部分结构件、金属件材料用于汽车零部件,满足零件各项性能指标的同时,对整车减重降本有明显的贡献,因此在提倡轻量化的整车上具有广泛应用前景.
关键词：长玻纤增强聚丙烯（LGFPP）；轻量化；汽车零部件
1 引言
随着国家节能减排、环保法规的日益严苛、能源危机的社会背景下,汽车零部件的轻量化成为重要的课题.目前传统刚、铁、铜等的应用越来越少,新型铝合金、镁合金、高强刚、纤维增强塑料材料应用越来越多,其中以塑代钢降重最为明显,是目前行业研究最为活跃的课题.玻纤增强复合材料可以明显提升原有材料的耐久性、刚性、韧性、蠕变性等,目前玻纤增强复合材料在汽车零部件上的应用越来越广泛.LGF 聚丙烯复合材料能解决传统短玻纤增强的材料易翘曲、低温韧性差、耐疲劳性一般等缺点,LGF 聚丙烯复合材料中玻纤保留长度较长,具有比强度高、比模量高、抗冲击性强、尺寸稳定性和翘曲度低等显著特点,因此采用LGF 聚丙烯材料替代传统PA-SGF PBT-SGF 等材料生产零件可以进一步实现重量、成本的降低.
2 长玻纤增强材料制备方式
目前,连续长玻纤增强PP 复合材料制备工艺大致分为5 种,熔融浸渍、溶液浸渍、粉末浸渍、纤维混编工艺、薄膜叠层工艺,目前可以实现工业化的制备方式主要为熔融浸渍法和粉末浸渍法.
熔融浸渍技术是采用一种特殊结构模头,让充分分散、预加一定张力的玻纤通过充满高压熔体的模头时,使玻纤与熔体强制性的渗透,通过一定浸润剂的辅助达到理想的浸润效果,此种生产方式效率高,应用最为广泛.
粉末浸润是将粉末状树脂基体,与玻纤相互复合浸渍的方法.粉体浸渍工艺首先将树脂基体及浸润剂分散在浸渍室中形成悬浮液,使连续玻纤通过树脂悬浮液,树脂粉末均匀分散在玻纤表面,然后脱除溶剂后干燥,最后加热熔融、冷却、切粒形成长玻纤增强的粒料.
3 长玻纤材料性能
目前,汽车塑料结构件上应用较多纤维增强材料有PA630%,PA6630%,PPLGF30%,PPLGF40%,PPLGF50% 等材料.通过图1数据比较我们能发现PPLGF 材料能在部分结构件上替换PAGF 材料.
4 长玻纤增强PP 复合材料应用举例LGFPP 符复合材料由于制备成本较低,力学性能、耐热性能较高,因此主要应用于对力学性能、尺寸稳定性要求较高的部分结构件,从而实现降本,LGFPP 材料在整车上的应用如图1 所示.
4.1 发动机罩盖
发动机罩盖位于发动机本体正上方,工作环境温度高达120℃左右,最低使用温度为-35℃,位于机舱内零部件还应具有耐刹车油、发动机冷却液、汽油等化学介质侵蚀,承受行驶过程中的高频率的颠簸震动.发动机装饰罩盖最长用的材料为PA6+GF30,在上汽通用五菱某车上实现了PP-LGF30 替代PA6-
GF30,成本降低30% 左右,重量降低22%左右.
4.2 前端模块
采用PP+30%LGF 注塑成型前端支架,将散热器、喇叭、冷凝器、托架等前端部件整合成为一个零件,相比传统金属件更耐腐蚀,密度小,重量减轻约30%,具有更加高的设计自由度,实际生产过程中具有明显的降本、减重优势.目前,大众、福特、上汽车用车FC-883 项目、长安逸动、奇瑞艾瑞泽7 前端模块上已经实现长纤维增强PP 材料的应用.
4.3 仪表板骨架
对于包覆仪表板的塑料骨架, 采用LGFPP 复合材料比传统矿物填充PP 材料强度更高、弯曲模量更高、流动性更好,在满足相同技术边界下可以采用更薄的壁厚达到相同的效果,减重约为20%.目前福特KUGA仪表板采用PP-LGF20 材料通过Mucell 工艺生产,实现单个零件降重0.45KG,将本月20元,宝马、奔驰、奥迪、标致也有车型有类似应用.
4.4 尾门
塑料尾门发展基本经历了两个阶段.第一阶段,尾门由C 或GMT 材料模压制成,代表案例有标致508sw,雪铁龙、DS6、荣威E50 等车型.该技术采用模压成型工艺进行生产,模具费高、零件生产周期长、不适用形面复杂件的生产,与目前环保理念相悖,应用组件减少.第二阶段,由LGFPP 材料做内板,矿物增强PP 为外板通过粘接方式构成.相比传统C 塑料尾门,LGFPP 塑料尾门设计自由度更高、减重效果更明显、环保性更优.目前,东风标致308s、日产奇骏、福特KUKA、雷诺Clio 等车型均已实现应用,吉利、众泰、奇瑞又有车型采用此方案设计.
4.5 蓄电池托架
蓄电池托架位于机舱内部,应用环境与发动机装饰罩盖类似.传统蓄电池托架一般采用钢板冲压成型,质量较重.长玻纤增强PP 材料应用于汽车蓄电池托盘,可以减轻零件质量、降低蓄电池振动噪声并减少蓄电池托盘的腐蚀,此外还方便了包装运输和生产装配,具有良好的实用价值.
4.6 车门内衬板模块
采用LGFPP 取代金属门内板,设计自由度高,耐腐蚀、降低噪音,目前马自达J48C、Ford 嘉年华采用了此种设计.采用PP+LGF30% 材料生产的门模块可以集成多个原件,例如门锁、车门玻璃升降器、扬声器、防盗装置等,相比传统设计可以减重达30%5 结语
汽车工业充分发展带来诸多社会问题,资源能源枯竭、环境的污染都是目前必须面临的问题.随着国家油耗、排放及环保法规的出台,汽车轻量化成为每个主机厂必须面临和解决的问题,长玻纤增强PP 复合材料具有优异的综合性能,是当今复合材料发展的趋势之一,在汽车多个部件上具备应用的可能.合资品牌车在此方面的应用相对走在前列,自主品牌对长玻纤增强聚丙烯复合材料也有一定研究和预言,但研究应用仍需要深入和扩大,只有解决好长玻纤增强聚丙烯复合材料先进制备技术、零件设计和成型技术才能更好推动中国汽车轻量化的快速发展.
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