随着中国汽车行业在全球地位中的迅速提升,人们对于汽车的造型、结构等各项要求也更加严格。其中,汽车内外饰产品是一个重要的产品亮点。要想满足使用者对汽车舒适性和环保性的要求,除了非凡的整体结构设计之外,汽车内外饰材料的选用也是关键。车用塑料有很多以往传统材料没有的优点,主要表现在重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源,可持续利用等各方面。在汽车外装件上的应用是为了以塑代钢,减轻汽车自重。主要应用包括:保险杠、挡泥板、车轮罩、散热器格栅、扰流板等。在汽车内装件上的应用是为了安全、环保和舒适。主要应用包括:仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱、座椅后护板等。结构件和功能件主要采用高强度的工程塑料。主要应用包括:油箱、散热器水室、空滤器壳体、风扇叶片等。汽车轻量化的主要途径是在生产制造上采用轻质材料、创新加工工艺和优化汽车结构。轻质材料的应用研究表明:采用多材料结构不仅能减轻汽车重量,还能改善其性能。此外,利用微发泡技术,还可以进一步降低材质的密度,使汽车的轻量化应用更上一层楼。
对于安全性来说,选用环保材料提高整车空气质量,减少VOC气体对人体的危害;而针对舒适性来讲,主要是实现内饰的高级化、软饰化、个性化。此外,新型的内外饰材料还应当在保证满足安全、舒适的前提下,还能降低成本、废弃后易回收,符合绿色环保的社会要求。汽车内饰不仅是用户完成驾驶任务的空间,也是实现用户期望的载体,承载着车主的品味、身份、爱好等高级情感需求。出于安全、环保和舒适性等方面的考虑,一般要求内饰材料必须具备以下特点:良好的抗紫外线性和耐候性,可确保10年以上的使用寿命;通常, 在满足基本的力学性能和热学性能的前提下,低气味性和哑光性对于内饰材料尤其重要。这是因为,汽车内饰件长期处在一个相对封闭的环境中,在一定的温度条件下,塑料中的小分子有机物很容易迁移到塑料制品的表面并挥发出来,对人体造成伤害。另外,如果内饰材料的哑光性不好,就容易导致驾驶室内出现强烈的反射光线,不仅影响驾驶人员的视觉,还容易引起不适和疲劳,从而导致交通事故。从内饰材料的种类来看,目前仪表板大多采用PP、ABS、ABS+PC或 SMA+GF等材料,门内板大多选用PP、PP+EPDM、ABS或PC/ABS 等材料,除雾格栅、把手和手套箱等则选用ABS、PC/ABS或PP等材料,空调出风口一般选用ABS、PC/ABS 或 PA/ABS材料。其中,PP有PP长玻纤、PP EPDM 20%MD、PP Talc等材料;ABS有不同耐热级别的,电镀级的、免喷涂低光泽等。结合目前的车内空气质量问题来看,开发出低散发的内饰塑料必然是汽车内饰发展的趋势之一。
在汽车外饰应用领域,工程塑料不仅要能够承受巨大的载荷,而且要具有杰出的抗紫外线和耐化学腐蚀(如清洁剂)性能,同时需要满足外观方面的较高要求。汽车外饰零件是汽车零部件中,应用塑料材料最多的零件系统,主要包括保险杠、后视镜、灯、门把手、进气格栅、天窗等。从外饰材料的种类来看,汽车外饰用塑料主要有PP、PA、ABS、PBT 等。如外后视镜多采用耐热ABS、PC/ABS、ASA、PBT+GF等材料;轮毂盖大多选用PC/ABS、电镀PC/ABS、耐热ABS、电镀ABS、PA/PPE等材料;立柱饰板一般选用PC/ABS、ASA、M-PMMA、AES材料。作为塑料应用量最多的部件之一,保险杠中的塑料量占据车体总量的四成以上。其成分一般是模压塑料板材,常用玻璃纤维来吸塑或者注塑成型。应用了塑料材料的保险杠的显著特性是:低成本、加工简便、可回收、质量轻。散热器格栅的作用是冷却发动机,其位置在车体前部。通常,轿车的格栅材质是ABS,其有利于组件打磨工时的减少与高温承受力的提升。翼子板的作用是防止出现汽车行驶时有泥浆溅至车底, 一般制造时会选用抗老化和抗气候的材料。在制造防撞条时,通常会选用可回收和轻量的材料,譬如,捷达车的防撞条材质就是PP材料。
新兴材料已广泛应用于各种工艺的制造与生产中,小到日常生活的物件制造,大到汽车等交通工具的使用,优质的汽车新兴材料都在其中发挥着重要作用。毫无疑问,新兴材料(例如纳米复合材料、LGF-PP 以及环保性能超强的生物塑料等)的开发与应用,使得汽车内外饰的塑料应用有了更为广泛的范围。且新兴材料的反光特性、优质的柔滑触感、吸收撞击的能力以及强烈的舒适体验等特点,都使内外饰的制作更趋向于塑料的融合与应用。纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相,以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其它无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相,通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中,形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系,这一体系材料称之为纳米复合材料。在三大合成材料领域纳米复合材料是由聚合物、纤维、橡胶与纳米材料组合而成的。与传统材料相比,纳米复合材料性能优异。如聚合物纳米复合材料,由于纳米粒子具有出色的表面界面效应、小尺寸效应及量子尺寸效应,它与聚合物密度小、耐腐蚀易加工等优良特性结合后,呈现出不同于常规聚合物复合材料的性能。由于加工简便,效果明显,业界对聚合物纳米复合材料的市场前景持乐观态度。目前世界各国都在积极研发纳米复合材料,纳米技术在塑料、化纤、橡胶原料领域的应用引人注目。在纳米塑料领域,聚合物纳米复合材料的崛起为提升传统塑料产业注入新活力。与传统塑料材料相比, 聚合物/纳米复合材料表现出更优异的综合性能。在我国塑料材料的研发与发展中,纳米材料的研制时间较长,且技术已有了历史性的突破,成绩显著。在使用时,纳米材料的使用特性包括:成本较低、性能优越、使用范围广等。而后又发明了新型的纳米复合材料,其主要由有机聚合物基体和最少有一维不高于100纳米的纳米无机分散相所构成,这种材料的优异特性包含:强度较高、色泽平稳、抗紫外线度高、阻燃能力佳、质量轻便、阻隔性优异以及加工性能良好等。此外,因纳米技术生产的塑料有着较高的可塑性,且光泽度和透明度也较强,其已被广泛应用于汽车的散热器以及底盘等部件中。LGF-PP(长玻璃纤维增强聚丙烯)是一种高弹性模量的复合材料,其玻璃纤维长度在12~25纳米之间,显著特性是:密度较低,强度、韧性、模量等都较高,抗低温和抗疲劳的特性都较为优良,且价格实惠、可循环应用的性能优越。此外,LGF-PP的成型加工性能和力学性能都较佳, 愈加受到众多开发商的青睐。作为汽车模块载体材料,该材料不仅能有效地提高制品的刚性、抗冲击强度、抗蠕变性能和尺寸稳定性,而且可以做出复杂的汽车模块制品。长玻纤的增强以及高结晶聚丙烯树脂的加入使材料在 120℃时的高温疲劳强度为普通玻纤增强聚丙烯的2 倍,甚至比以耐热性著称的玻纤增强尼龙高出近17%,因而这种新材料具有作为结构件所需的耐久性和可靠性。LGF-PP的成型加工性能包括注射、挤出、压制以及层压等。LGF-PP能够替代现今的材料,广泛应用于保险杠梁、防溅板、仪表板的托架以及车门等部件中。生物塑料同化学塑料不同的是,生物塑料的一大主要特性就是环保性能较强。根据经济合作与发展组织(OECD)发布的报告显示,自 2015年以来,全球塑料垃圾的产生量持续增加,每年超过3亿吨流入环境中, 预测到2050年将达到约120亿吨。正因此,车用塑料除了考虑扩宽汽车零部件的覆盖率外,还必须考虑"绿色、环保、可再生、易降解等问题。解决这个问题的关键就在生物基可降解塑料,这种材料具有可降解、原材料来源广泛、气味小、VOCs(挥发性有机化合物)含量低等优点。在《中国制造2025》中,生物基可降解塑料就被纳入新材料前沿研究领域。近些年,科技的进步也使得生物塑料的制作成本降低,而生物塑料高强度的耐摩擦性和耐热性,使得生物材料被越来越多得应用到了汽车行业的制造中,目前主要是运用保险杠和操作面板中。生物基可降解塑料未来在汽车行业的发展方向,一是开发达到汽车行业应用性能要求生物基复合材料,推广应用并扩大市场规模;二是开发低成本、高性能的生物基材;三是采用生物基纤维或无机长纤维对生物基可降解塑料进行改性,进一步改善生物基塑料的综合性能,推动其在汽车领域的应用。