长玻纤增强PP材料在汽车轻量化材料上的应用

发布时间：2022-09-19 14:16

信息摘要：

汽车轻量化已经成为当今新车研发的焦点，要达到轻量化目标，除了优化结构与工艺设计之外，大多围绕在材料的选取上。

一般塑料的比重在0.9~1.6，玻纤增强复合材料的比重也大多在2.0以内。而钢的比重为7.6，铜的比重为8.4，铝的比重为2.7。这些金属材料比重都远大于塑料。所以塑料的轻量化效果最较好，是汽车轻量化的必选材料。使用塑料可以减轻零部件约40%的是重量，汽车的动力、舒适性及安全性却得以提升。

一些大牌汽车品牌目前已经大规模使用高性能工程塑料和塑料复合材料。未来汽车的车门、车顶、座椅部件、以及汽车周边结构件。采用纤维增强复合材料生产的车身与钢制车身相比，可降重35%。
短玻纤增强工程塑料具有比通用塑料更好的机械性能，目前已在汽车部分结构件和功能件上获得了广泛应用，如短玻纤增强PA66和PBT的应用已相当成熟。但这两种短玻纤增强制品仍存在一些问题，如：容易发生翘曲、低温韧性较差、耐疲劳性一般；从材料角度而言，PA易吸水，PBT遇热水易发生水解；另外，短玻纤增强工程塑料还存在密度大和成本相对较高等劣势，而长玻纤增强聚丙烯恰好可以很好地解决这些问题。LGFPP具有密度低、比强度高、比模量高、抗冲击性强、尺寸稳定和翘曲度低等明显特点。与钢、铝等金属材料和热固性复合材料相比，LGFPP能为设计人员提供更大的设计灵活性，可以成型形状复杂的汽车部件，降低制品中的零部件使用数量，节约模具成本。

一、长玻纤增强PP的生产工艺

目前生产长玻纤增强PP常用方法是熔体浸渍法。此法已经形成了工业化生产，在汽车领域得到了广泛的应用。该浸绩技术的工艺流程如图所示，其特点是首先将纤维束分散开，在分散的同时对热塑性树脂基体进行加热溶融，然后等基体馆融后对分散的纤维进行浸渍。对纤维进行分散所采用的手段一般是对连续的纤维束施加一定的张力，然后紧接着通过一连串無系组合达到分散的目的，到后面让加热后溶融的树脂基体流动于棍系之间。此技术的要点就是如何解决溶融树脂的高點度和纤维束的分散。

熔融浸渍工艺流程示意图

1—料斗 2—挤出机 3—玻璃纤维束 4—张力辊 5—浸润装置 6—冷却槽 7—牵引辊 8—切粒机 9—长玻纤粒料

三、长纤PP在汽车部件上的应用案例

(1)长玻纤增强PP在汽车蓄电池托盘上的应用

蓄电池托盘一般位于汽车前舱内，通过支架固定在前纵梁上；蓄电池托盘承载重达16 kg的蓄电池，在运行过程中要承受经常的颠簸振动，以及加速、减速或转向等的侧面受力；工作环境极限温度约为120 ℃ ，极限低温本土一般设置-40 ℃；蓄电池托盘容易接触到水或机油等介质，要注意防腐。另外，从汽车零部件设计原则方面还要尽量考虑轻量化、可回收性和低成本的要求。

蓄电池托盘

长玻纤增强PP汽车蓄电池托盘的一些测试结果情况（点击查看大图）

由上表可以看出，40%玻纤增强PP制备的蓄电池托盘经过环境试验、振动试验和道路耐久等试验后，无异常及缺陷，产品性能可靠，而且减重50%以上，达到了预期设计目标。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。目前已在北汽股份两款自主品牌车型上获得批量应用。长玻纤增强PP材料可以在满足高强度和高刚性要求的基础上大幅减重;与工程塑料相比，在成本上更具优势，因此在未来汽车轻量化中必将扮演重要角色。

(2)长纤PP在车门拉手底座上的应用

车门拉手底座原来使用的材料为短玻纤增强工程塑料PA66-GF30。由于PA66-GF30和长玻纤增强聚丙烯PP-LGF30、PP-LGF40的成型收缩率十分接近，以下表所示，使用长玻纤含量为30%和40%的长纤PP替代短玻纤增强工程塑料PA66-GF30制作的车门拉手底座，在外观、尺寸、机械性能和热性能等方面均符合要求。说明LGFPP车门拉手底座满足成型要求，且符合各项性能指标要求。