聚烯烃发泡材料在汽车上的应用

，材料.工艺.设备.聚烯烃发泡材料在汽车巧的回用长春汽车材料研究所王力中国汽车技术研究中心韩柏 东[Abstract] The polyolefin foamed plastices have thecharacteristics of good tensile strength, siffnes and hard-ness, etc, which leud to its extensive application in automo-bile. The paper introduces the category, performance andmanufacturing enginering method of the polyolefin foamedplastics and the manufacturing technology method of the polyolefin composite sheel. It also presents the developing tendencyof the polyolefin materials' application in automobile.[摘要]聚烯烃泡沫塑料具有较好的拉伸强度、刚度及硬度等特点,在汽车上得到广泛的应用。介绍了聚烯烃泡沫塑料的种类、性能、制造工艺方法及聚烯烃泡沫复合片材的生产工艺方法,并介绍了聚烯轻材料在汽车上的应用发展趋势。Topic words: Foamed plastics, Manufacture, Application主题词:泡沫塑料制造应用中图分类号:U465.4*1文献标识码:A 文章编号 :1000 - 3703(2001)01 - 0025 - 04氯乙烯泡沫和聚烯烃泡沫三大类。泡沫塑料具有质1概述量轻、比强度高、隔热、吸音和吸收冲击能等特点,在90年代以来，各国在汽车材料的选用上,更加汽车上适合于制作衬垫、座垫、保温隔热垫和减振防强调轻量化、无污染、可回收利用等方面的综合效振材料等。能，这给聚烯烃类材料在汽车上的扩大应用提供了从结构上来看,这三种泡沫都是经适当的方法新的机遇和市场。聚烯烃材料具有密度小、力学均使分子交联后,在分子内部形成交联结构,使其较未衡性好、耐化学腐蚀、易加工、制品可回收利用等优交联前具有更好的耐热性和其他优良性能。特别是异性能,因而备受人们重视。聚氨酯泡沫塑料的密度范围很宽，泡沫体的弹性较在汽车外部件方面，聚烯烃材料可用来制造保好,是目前其它泡沫材料无法比拟的,它多用在座垫险杠、挡泥板、防撞条、车轮罩、燃油箱等;在汽车内上;但聚烯烃泡沫具有优良的冲击吸收性、成型加工部件方面,可用来制造空气滤清器外壳、储水器、风性、耐水性、耐化学药品性、热传导率低等性能,在汽扇、风扇护圈、通风管、各类护板、灯具壳、仪表板车除座垫外的其它衬垫和装饰材料应用上，已显示等。随着汽车材料应用技术水平的提高，聚烯烃发出了快速增长的势头。泡材料已开始在更多的汽车内饰件上应用。如汽车聚烯烃泡沫分为聚乙烯泡沫和聚丙烯泡沫两顶棚、仪表板衬垫、车门护板衬垫、保温材料、密封垫种。由于这两种泡沫材料在分子结构上有很大差和包装材料等。世界汽车工业发达国家纷纷看好聚别,所以两者的性能也大不相同。聚乙烯泡沫可以在烯烃泡沫生产过程中产生的废品和使用后的制品可80 C温度下使用,聚丙烯泡沫可以在120 C高温下回收利用的环保优势，早已开始了在汽车上应用的连续使用。技术开发，如美国福特公司、德国宝马公司计划到各种泡沫材料在结构上、性能上的差别比较如2005年,用聚烯烃和聚烯烃发泡材料取代聚氯乙烯表1所列。和聚氨酯泡沫来制作仪表板和车门护板等零件。因交联发泡pp和交联发泡PE的性能比较如表2此,可以预见聚烯烃泡沫材料有着广阔的应用前景。所中国煤化工IYHC N M H G比聚乙烯泡沫塑料2聚烯 烃泡沫塑料的种类和性能具有更好的拉伸强度、刚度、硬度、耐热性.延伸性和汽车中使用的泡沫品种主要有聚氨酯泡沫、聚抗弯曲疲劳性。2001年第1期- -25- -.材料.工艺。设备。表1几种常用泡沫材料的特性比较周期变长。另外,树脂的气体透过率高,形成气孔的材料体)PU泡沫冠泳c |ps泡沫气体易逃出。为克服上述缺点，通常要使分子间相气孔结构团礼T闭孔_(交联)(交联) .开礼闭孔闭孔互交联而增加熔体的粘弹性，使之满足发泡工艺的要求,并提高泡沫塑料的物理机械性能。厚度/mm9.84 4.8 5.2无论是采用化学交联发泡原理，还是采用辐射密度0.05 0.300.02 0.14 0.03交联发泡原理进行发泡，都要选择好树脂与发泡剂拉伸强度0.80.40.09| 1.0(交联剂)并混合均匀。混合中要注意各种材料的分/MPa伸长串/%[ 240204179111解温度、水分含量、颗粒大小等因索对发泡过程的耐老化性优空好-般影响。耐试剂性一般好差3.1挤出发泡工艺耐水性-般采用挤出后常压交联化学发泡的方法，各吸音性-般I种材料的基本配方如下(质量比): LDPE(MI.0)耐热温度120801006070100,过氧化二异丙苯0.5,偶氮二甲酰胺10,白油/心_耐候性一般般0.5。将配方中的各组分投入高速捏合机混合后挤热加工性- -般出,挤出机料简的温度控制在135 C-143 C,在此减振性_温度下，聚乙烯树脂不会发生交联。再将片材进行表2交联发泡 PP和交联发泡PE的性能比较红外线辐射加热:第-段在200心温度下加热S项目方向Pmin,此时片材表面发生交联;第二段在230心温度密度/g.em’0. 035下加热3 min,片材整体交联和发泡同时完成。拉伸强度/MPa MD/TD0.56/0.38 I 0.32/0.20也可以不使用化学交联剂，而完全使用离子化伸长率/%MD/TD 300/200110/ 120学照射的交联方法，同样可以制得较厚的连续发泡压缩强度/MPaO. 0580. 042玉缩水久变形/%7.0片材。吸水率/%0.300.33.2模压发泡工艺热传导事/W.0. 0330. 03模压发泡法是将预混好的可发性烯烃配料定加热尺寸变化率(m.K)-MD/TD|-2.1/-1.07 (100 C)-5.0/-2.0量加人模具中，加热成型后直接制得所衢的泡沫塑/%(120)料模塑制品。一般采用化学发泡剂和化学交联剂相耐药品性良结合的制造工艺,工艺过程示例如图1所示。加热时拉伸强度MD/TD |0.07/0.035 0.022/0.013C聚烯烃/MPa_ (120 C)化学发泡剂混合门一[混拣]一成型胚门加热时伸长率/%| MD/TD 250/200 150/200化学交联剂(120C)[发泡模塑制品一模内交联发泡图1模压发泡工艺过程3聚烯烃泡沫塑料的制造工艺此种工艺可以直接制成形状复杂的制品。发泡聚烯烃泡沫从结构上可分为交联发泡和非交体的交联度在30% ~ 80 %时，可制得泡孔均匀的联发泡泡沫。聚烯烃泡沫塑料的制造方法，一般可泡沫塑料。高发泡体的交联度应在30% -60%。模分为挤出发泡、模压发泡、注射发泡、可发性粒料发压发泡体的密度最低可达到0. 038 g/ cm’。泡、旋转成型发泡和溶液涂覆发泡等。聚乙婼泡沫3.3发泡塑料的配方和材料选择塑料可以采用化学交联法和辐射交联法生产;由于通常，HDPE(高密度聚乙烯)制成的泡沫柔软聚丙烯在结构上存在亚甲基，因此不能使用辐射交性差,不单独用做发泡原料。高发泡倍率的泡沫,常联法。汽车上使用得较多的聚烯烃泡沫塑料属于交采用LDPE(低密度聚乙烯)为原料。最常用的是联泡沫。HDPF和IPE的混合料.由此制成的泡沫柔软而聚烯烃与其它热塑性塑料相比，其发泡工艺较中国煤化工PE与PP混合、填加.难控制。当树脂熔融后,融体粘度很低,在发泡过程[YHCNMHG中很难截留住发泡气体而形成泡孔。此外，树脂从发泡剂、交联剂的品种和加入量对泡沫的性能熔融态到结晶冷却时要放出大量的热，使融体固化有很大的影响。聚乙烯泡沫常用的化学发泡剂有偶汽车技术-26- -.材料.工艺.设备.氮二甲酰胺(AC)、4, 4'-氧代双笨磺酰胺(OBSH)、-定的温度, 门板的基材可选用木纤维板、树脂板、二亚硝基五甲基四胺(DNPT) ,最常用的是偶氮二甲纤维复合板等;表皮材料可以用PVC膜、TPO膜、织酰胺(AC)。加入铅、锌.镉盐可以降低其分解温度,物等。PP泡沫的发泡倍率可以选择在10~ 30倍之物理发泡剂使用的惰性气体有氮气和二氧化碳。低间。适用的成型方法也很多,如真空吸塑成型、模压沸点液体如戊烷和氟利昂等,正在逐渐被淘汰。贴合法成型和低压注射一体法成型。门内板用真空化学交联剂的选用必须注意其分解温度高于聚吸塑成型时,先将底层的木纤维板成型,然后将基材乙烯的熔点，并低于化学发泡剂的分解温度。通常泡沫层 和表皮材铺展、加热,真空吸塑到骨架上,再用于聚乙烯发泡的交联剂有过氧化二异丙苯、2, 5-进行加热模压成制品，取下后修边成为门内板总二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)三烷。成。模压贴合法的工艺过程是，将表皮材和泡沫层聚丙烯发泡塑料，要选用熔体指数小的树脂品加热到规定的温度后，再通过压机直接加压在门板种。聚丙烯发泡塑料常用的发泡剂是三肼基三嗪骨架.上成型。低压注射一体法成型的工艺过程是:(THT)、二苯磺酰肼(BBSH)、偶氮二羧酸钡、偶氮二先将表皮泡沫复合片材放置在成型模具行腔的上甲酰胺(AC)。化学交联剂最好选用聚磺基疊氮化合部,然后将熔融树脂注射到模腔内,快速合模加压，.物或叠氮化合物,有机过氧化物也可。冷却后取出制品。此种低压注射一体法成型工序过由于聚丙烯结构上的特点,易发生热氧老化,同程简单、自动化程度高、生产效率高,表面层和骨架时要在配料中加入抗氧剂。常用的品种有CA、264、层可以选用同种或不同种的材料(当选用同- -种材1010、1076等;辅助抗氧剂有DSTP, DLTP等。料时,更加有利于废旧材料的回收利用),是最有发3.4聚烯烃泡沫复合 片材的生产工艺展前途的- -种成型方法。将聚烯烃泡沫与各种复合面料熔合或粘接在一4.2汽车顶棚起，制成聚烯烃泡沫塑料复合片材。这种聚烯烃泡使用聚烯烃泡沫来制作车内顶棚，具有优良的沫塑料复合片材可以直接用来生产各种汽车内饰护成型加工性能。可以单独使用聚烯烃泡沫或与PU面材料。典型的聚烯烃泡沫塑料复合片材生产工艺泡沫复 合并用,使顶棚具有更优良的吸音特性,触感如图2所示。更平滑，并有防止变形的能力。顶棚面料可以使用多种材料,如PVC、TPO.织物等。顶棚材料对泡沫的烘干性能要求与门内板泡沫相同。典型的顶棚结构如图3所示。表层PVC或织物PU泡沫泡米复合制品 表皮复合制品.PE泡沫瓦楞纸板图2聚烯烃泡沫塑料复合片材生产工艺树脂熔合玻璃纤维述可以在泡沫的另一面涂上一层胶粘剂，可增强泡沫与制品基材骨架的粘接强度，还可以对泡沫图3顶棚结构进行电晕处理来增加粘接强度，复合片材的厚度在4.3 仪表板 .2 mm~6 mm,密度为0.05 g/cm? ~0.6 g/cm' .应用于汽车仪表板的聚烯烃泡沫要求具有优异4聚烯烃泡沫塑料在汽车上的应用的耐热、耐老化性和成型加工性。以聚烯烃泡沫替代传统的PU泡沫材料,臧振吸音隔热性与PU泡沫聚烯烃泡沫塑料具有可回收性，在汽车行业已材料相同。采用聚丙烯树脂做仪表板的骨架材料,成为今后制作汽车内装饰的首选替代材料，与软化层使用聚烯烃泡沫，表皮层使用TPO材料，是PVC、TPO(聚烯烃类弹性体)、织物等表层材料靠粘90年代去比夹而方终国音相开发的全新结构,整个合剂或加热贴合,经真空成型后可以制作车门板、立中国煤化工板的成型制造工艺柱护板、顶棚、仪表板等。YHCNMHG4.1 车门内装饰板采用低压注塑成型工艺加工仪表板本体，也是用于车门内装饰板时，要有良好的成型性能,耐一种 有前途的成型方法。2001年第1期- -27-4.4其它汽车部件院、上海塑料研究所、齐鲁石化公司等都开展了试验聚烯烃泡沫还可以用来制作汽车行李箱内部研究工作。开发高熔体强度PP是一个主要的课题，防护衬板，车门板中空壁板的减振吸音填充物，汽提高熔体强度可 以考虑如下方法:提高分子量、加宽车遮阳板，以及汽车车厢底部减振垫板等零件。汽分子量分布 和在分子中引人支化结构( 长链支化效车车厢底部减振垫板用的聚乙烯(或聚丙烯)泡沫，果更好)。提高熔体强度的好处是提高了泡孔的稳可以代替传统的木材垫板，这是一种低发泡的微孔定性。如Borerlis公司的Daploy HMS是-一个较好的结构材料,具有比木材更好的减振性和防腐性。发泡PP材料。近年来发展出新型的过滤材料用在各种过滤随着世界范围内环保法规的进一步加强， 对汽零件.上:如汽、机油滤清器芯,空气滤清器芯等,这车 废弃物回收利用率也有了更高的要求。如到2005种芯材具有整体强度高，过滤功效好，完全能够取年后，欧洲汽车材料再循环利用率要达到95 %,日.代传统的纸质和纤维介质,提高过漶效率10%以本 也要达到90 %以上。这就给我们开发可回收利用上。材料提出了紧迫的要求。而聚烯烃泡沫材料正是一种适合汽车轻量化、环保化的新材料。今后采用全:5聚烯烃发泡材料的发 展趋势聚烯烃材料制造的汽车零件将得到广泛的应用(如与其它发泡材料相比，聚烯烃发泡材料的开发TPO系表皮、聚烯烃发泡垫层、聚烯烃树脂骨架的复应用历史较短。美国、日本等国家在60年代开始生中国煤化工现方便质量轻尺寸稳定、产低密度PE材料，而PP泡沫材料在80年代后才三材料将成为-个重要的发MHCNMH G'实现工业化。交联发泡PP的生产技术难度较大，我国是近(责任编辑良文)几年才开始对这方面材料进行开发研究，天津工学原稿收到日期为2000年7月12日。-28-汽车技术