研究顯示，汽車整車質(zhì)量每減少100kg，每百公里燃料消耗量可降低0.3～0.6L。我國(guó)頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》，要求到2020年乘用車的百公里平均燃料消耗量降至5.0L，節(jié)能型乘用車的降至4.5L以下。因此，汽車輕量化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用勢(shì)在必行。

 1、汽車輕量化帶來(lái)哪些改性PP新機(jī)遇？

改性PP因?yàn)槠涑杀据^低、綜合性能優(yōu)異，早已在汽車保險(xiǎn)杠和汽車內(nèi)飾里得到了應(yīng)用。近些年來(lái)，隨著汽車輕量化的快速發(fā)展，在改性塑料廠商和各科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量研究測(cè)試后，LGFPP和微發(fā)泡PP的生產(chǎn)技術(shù)也取得了突破性進(jìn)展并實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)化。

以塑代鋼趨勢(shì)下LGFPP的市場(chǎng)化

近日，奇瑞推出的eQ1電動(dòng)汽車尾門板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減重40%。據(jù)悉，成功減重的背后，是因?yàn)椴捎昧松程鼗A(chǔ)工業(yè)公司（SABIC）的工程聚烯烴材料。雖說(shuō)是塑料，但這款STAMAX樹脂為長(zhǎng)玻纖填充聚丙烯（LGFPP），與鋼材相比這種低密度材料可以在減輕內(nèi)尾門板重量的同時(shí)，達(dá)到所需的剛度。

在尾門板部件、前端模塊、車門模塊、座椅結(jié)構(gòu)和儀表板等結(jié)構(gòu)件中用輕量化材料替代金屬已成為汽車行業(yè)的重要趨勢(shì)，同時(shí)也推動(dòng)著熱塑性塑料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，使用STAMAX樹脂可使這些部件的重量減少多達(dá)50%。

降低車用PP重量的需求促進(jìn)了LGFPP和微發(fā)泡PP的應(yīng)用

車用PP輕量化主要有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，一方面是使汽車零部件薄壁化，不僅要求產(chǎn)品薄壁、高強(qiáng)度，同時(shí)還需要保證高效率的生產(chǎn)；另一方面是使汽車零部件在原有性能不變的前提下具有更低的密度。針對(duì)這兩個(gè)發(fā)展方向，改性塑料廠商分別在PP-LGF和微發(fā)泡PP進(jìn)行了大量研究并使其市場(chǎng)化。

在2017年廣州國(guó)際橡塑展上，金發(fā)科技帶來(lái)的PP-LGF40、PP+LGF30、微發(fā)泡PP以及PP+EPDM+T20等改性PP產(chǎn)品為替代傳統(tǒng)改性以為汽車減重提供了較好的解決方式。除此之外，北歐化工也會(huì)在今年將原有的3000噸PP-LGF生產(chǎn)線擴(kuò)大到10000噸。看來(lái)，汽車輕量化也為改性PP的發(fā)展帶來(lái)了新的春天。

2、什么是LGFPP？

長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料（LGFPP）是由聚丙烯（PP）與連續(xù)長(zhǎng)玻纖經(jīng)過特殊工藝復(fù)合而成，根據(jù)實(shí)際成型需要，一般切成12 mm左右的長(zhǎng)塑料顆粒，玻璃纖維在樹脂中基本保留了與顆粒相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，相比普通的短玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料（玻纖長(zhǎng)度集中在1 mm 以下），LGFPP 具有密度低、比強(qiáng)度高、比模量高、抗沖擊性強(qiáng)、尺寸穩(wěn)定和翹曲度低等顯著特點(diǎn)；而與鋼、鋁等金屬材料和熱固性復(fù)合材料相比，LGFPP能為設(shè)計(jì)人員提供更大的設(shè)計(jì)靈活性，可以成型形狀復(fù)雜的汽車部件，降低制品中的零部件使用數(shù)量，節(jié)約模具成本（LGFPP注塑模具的成本僅為金屬?zèng)_壓模具成本的10%-20%），減少能耗（LGFPP的生產(chǎn)能耗僅為鋼制品的60%-80%、鋁制品的35%-50%），簡(jiǎn)化組裝/精加工工序。因而，LGFPP正在成為替代部分短纖維增強(qiáng)工程塑料和部分金屬材料的熱門材料。

影響LGFPP性能的因素

玻纖含量和長(zhǎng)度：纖維的長(zhǎng)度是決定纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品性能的重要因素，LGFPP 中玻纖的長(zhǎng)度在7～12 mm，為使玻纖在材料中起到很好的骨架作用，玻纖的長(zhǎng)度一定要大于臨界長(zhǎng)度，當(dāng)玻纖長(zhǎng)度小于臨界長(zhǎng)度時(shí)，復(fù)合材料受到載荷時(shí)，玻纖很容易被拔出，無(wú)法發(fā)揮其作用。在一定范圍內(nèi)，長(zhǎng)玻纖的含量越高，其作為骨架也就越牢固，復(fù)合材料的力學(xué)性能就越高；當(dāng)含量過高時(shí)，玻纖相互作用增加，纖維的斷裂程度增加，同時(shí)含量過高也會(huì)使部分纖維得不到充分浸潤(rùn)，和PP樹脂基體結(jié)合力變差，成為裂紋增長(zhǎng)點(diǎn)，LGFPP復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。

界面結(jié)合性質(zhì)：作為結(jié)構(gòu)材料，LGFPP中玻纖與PP樹脂基體的物理、化學(xué)和力學(xué)性能相差較大，要想讓兩者作為一個(gè)整體發(fā)揮其最佳性能，玻纖與PP樹脂基體這兩相之間必須要形成有效的界面結(jié)合。因?yàn)镻P 是非極性有機(jī)材料，不存在活性基團(tuán)，玻纖是極性無(wú)機(jī)材料，兩種物質(zhì)結(jié)合時(shí)界面的作用力差，所以，為了有效提升LGFPP 復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能，改善玻纖與PP樹脂基體之間的界面粘結(jié)狀況顯得尤為重要。

玻纖與PP 樹脂基體的粘結(jié)方式主要有兩種：（1）物理結(jié)合。玻纖表面與樹脂基體的相容性直接影響其結(jié)合的強(qiáng)弱。（2）化學(xué)鍵結(jié)合。在玻纖表面引入過氧化物或者在樹脂基體中引入功能化PP活化點(diǎn)，與玻纖表面的偶聯(lián)劑形成化學(xué)鍵，可使界面結(jié)合的強(qiáng)度增大。目前，界面改性能夠有效地改善復(fù)合材料界面性能，包括基體樹脂的改性和玻纖的表面處理。向PP基體中引入功能化PP是PP樹脂基體改性的一種，例如PP接枝處理，為基體提供富含活性的極性基團(tuán)從而與玻纖表面的極性基團(tuán)形成化學(xué)鍵，提高界面強(qiáng)度，得到力學(xué)性能優(yōu)良的LGFPP復(fù)合材料。合理地應(yīng)用偶聯(lián)劑也可以改善PP與玻纖之間的界面作用，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

加工工藝：在加工過程中，因?yàn)長(zhǎng)GFPP中樹脂基體的熔體黏度較大、玻纖長(zhǎng)度較長(zhǎng)、流動(dòng)性不好，所以注塑時(shí)充模不夠充分。在注塑時(shí)一般采用增加注塑壓力而且選用直徑較大的流道和澆口、提高模具和料筒溫度的方式來(lái)提高預(yù)浸料的充模性。在注塑過程中，螺桿剪切作用會(huì)使玻纖折斷并且受到一定程度的損傷，這種情況一般發(fā)生在熔融–固態(tài)界面處和模穴充模過程中流動(dòng)層和固體層的界面處，一般采用改變澆口和流道尺寸或者調(diào)整工藝的方法盡量規(guī)避。

LGFPP在完全滿足成型要求和各項(xiàng)性能要求的同時(shí)，還在輕量化和降低成本等方面有明顯的效果，在汽車零部件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近些年來(lái)，LGFPP復(fù)合材料的研究取得了很大進(jìn)步，但諸如玻纖浸漬技術(shù)優(yōu)化、加工工藝的進(jìn)一步優(yōu)化、玻纖在制品中的取向和分布的研究與控制等仍需進(jìn)一步研究探索，以期建立起LGFPP產(chǎn)品質(zhì)量和微觀結(jié)構(gòu)之間的橋梁，更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量管控。

3、什么是微發(fā)泡PP？

聚丙烯微孔發(fā)泡新材料（MPP），是特指泡孔尺寸小于100微米的聚丙烯多孔發(fā)泡材料（更嚴(yán)格地定義是泡孔尺寸小于10微米，泡孔密度大于10的9次方個(gè)/cm3）。和普通改性PP相比，由于材料內(nèi)部大量微米級(jí)泡孔的存在，MPP集增強(qiáng)、隔熱和降噪為一體，特別適用于對(duì)材料輕量化要求較高的領(lǐng)域，如汽車、軌道交通，船舶，風(fēng)機(jī)葉片等，而在汽車制造中，可應(yīng)用于各種內(nèi)外飾件，如車身門板、尾門、風(fēng)道等；汽車風(fēng)管等；密封條、頂棚等。

路虎已計(jì)劃在2017年所有車型上都采用微發(fā)泡技術(shù)，計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量100萬(wàn)臺(tái)車成功應(yīng)用微發(fā)泡聚丙烯。采用該技術(shù)，塑料部件的設(shè)計(jì)在壁厚方面將能夠?qū)崿F(xiàn)功能最優(yōu)化，而不是受到模具的限制。結(jié)果既能減輕密度和重量，帶來(lái)功能化設(shè)計(jì)，還能節(jié)省20%的材料。除了路虎，上海大眾、長(zhǎng)安馬自達(dá)、全新英朗等汽車的全套門板，都在進(jìn)行微發(fā)泡技術(shù)測(cè)試推廣中。

微發(fā)泡PP的開發(fā)進(jìn)展

用于PP微發(fā)泡原料改性的進(jìn)展：PP是結(jié)晶性聚合物，其發(fā)泡行為只有在結(jié)晶熔點(diǎn)附件進(jìn)行，溫度達(dá)到熔點(diǎn)之后，熔體強(qiáng)度立即降低，無(wú)法支持氣核的生長(zhǎng)，而且普通PP的熔體粘度很低，抗熔垂性很差，從而使發(fā)泡變性變得非常困難。自從高熔體強(qiáng)度聚丙烯（HM-SPP）問世以來(lái)這個(gè)問題得到了解決。

迄今為止，改善通用聚丙烯熔體粘彈性的主要技術(shù)包括： 增加相對(duì)分子質(zhì)量與分子量分布，與其他支化聚合物共混，在通用PP線形主鏈上接枝長(zhǎng)側(cè)鏈等。其中， 增加相對(duì)分子質(zhì)量與分子量分布可以提高熔體強(qiáng)度，但對(duì)于熔體粘度的提高卻并不顯著；而得到長(zhǎng)支鏈支化的PP則可以同時(shí)提高拉伸粘度和熔體強(qiáng)度， 長(zhǎng)支鏈支化可使PP具有顯著的應(yīng)變硬化現(xiàn)象和較高的熔體強(qiáng)度。

PP微發(fā)泡工藝的開發(fā)進(jìn)展：PP發(fā)泡方法通?？梢苑譃榛瘜W(xué)發(fā)泡和物理發(fā)泡兩種方法，用化學(xué)發(fā)泡法可以按類似聚乙烯的發(fā)泡工藝， 采用普通的擠出法制造； 而物理發(fā)泡法一般需要設(shè)置專用的發(fā)泡劑計(jì)量、加壓和注人系統(tǒng)。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)、回收和再利用等要求不斷提高，采用CO2、N2和丁烷氣體等物理發(fā)泡劑為主的物理發(fā)泡法得到了廣泛的重視。目前以超臨界CO2作為發(fā)泡劑的開發(fā)最受關(guān)注，超臨界CO2流體具有與液體類似的溶解度， 同時(shí)也具有氣體相近的粘度， 較大的傳質(zhì)系數(shù)。超臨界流體技術(shù)為泡沫材料的制備提供了廣闊的前景。

生產(chǎn)PP微發(fā)塑料，主要有兩種加工工藝，一種是反應(yīng)釜式發(fā)泡，主要是生產(chǎn)發(fā)泡珠粒；另一種是擠出發(fā)泡，可生產(chǎn)發(fā)泡珠粒和發(fā)泡板材。采用的發(fā)泡劑多是丁烷、CO2、N2等物理發(fā)泡劑。

生產(chǎn)PP微發(fā)塑料的兩種加工工藝流程圖

PP微發(fā)塑料的兩種加工工藝對(duì)比

近些年來(lái)，改性PP在汽車工業(yè)的應(yīng)用為汽車輕量化的發(fā)展起到了舉足輕重的作用，其相關(guān)改性工藝也日益成熟，除了利用LGFPP和微發(fā)泡PP不斷提高其比強(qiáng)度，降低其壁厚之外，關(guān)于如何在維持優(yōu)異性能的同時(shí)降低其改性成本仍是工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，而對(duì)于其VOCs釋放量的進(jìn)一步降低和表面硬度的提高也被越來(lái)越多的汽車生產(chǎn)商和消費(fèi)者所考慮。小編相信，改性PP必將在汽車輕量化的發(fā)展過程中發(fā)揮出更大的能量。