一文了解玻纤增强PP材料在汽车上的应用及制备方法！

随着世界汽车保有量的持续增加，能源短缺、环境污染等一系列问题日益突出，节能、环保成为世界汽车工业有待解决的两大问题。

为应对这些问题，世界各国相继出台了严格的乘用车油耗与排放标准。面对节能减排的巨大挑战，如何降低汽车能耗以及缓解其所造成的环境污染，已成为汽车行业必须解决的难题。 

“汽车轻量化”作为解决这一难题的关键技术之一，是现代汽车技术的重要发展方向。

当前汽车车身轻量化的重要途径之一便是采用轻质高效的复合材料零部件。

复合材料是由两种或两种以上不同的材料，通过物理或化学的方式制备而成的具有优于自身组成材料特性的新材料。各种材料在性能上相互取长补短，产生协同作用，使最终成型的复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

目前，市面上有不少厂家采用酚醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂等热固性材料或相关的注塑成型产品来制作汽车相关零部件。这类热固性材料虽然密度小，质地较硬，能在一定程度上解决汽车轻量化、隔音降噪、降低能耗等问题，但由于其自身材料特性使得其所制成品皆为一次性成型产品，不具备回收性，对于汽车行业的长远发展来说其实是不利的。

因此，一种性能优越、质量比较小、可回收利用且成本低廉的热塑性复合材料（聚丙烯、尼龙、涤纶、聚氯乙烯、聚碳酸酯、 聚甲醛、聚苯乙烯等）被推广到汽车应用领域的最前沿。

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料（PP 复合材料）作为一种十分典型的热塑性复合材料，拥有韧性好、强度高、密度小、保存期长、可回收利用及价格低廉等优点。

长玻纤增强 PP 产品是一种改性塑料材料。该材料一般为长度 12 毫米或 25 毫米，直径 3 毫米左右的柱状粒子。在这种粒子中，玻璃纤维有着和粒子同样的长度，玻璃纤维的含量可以从 20% 到 70% 不等，粒子颜色可以根据客户要求进行配色。该粒子一般可以用于注射及模压工艺，可以生产结构件或半结构件，应用的领域包括汽车、建筑、家电、电动工具等等。

汽车工业的应用：前端框架、车身门板模块、仪表盘骨架、冷却风扇及框架、蓄电池托架等，用于替代增强 PA 或金属材料。

由于其较为广泛的应用面，关于 PP 复合材料的制作工艺与性能方面的研究工作变得尤为重要。针对不同的性能要求、产品结构、工艺特点等条件，PP 复合材料的制作要求充满了多样性。

一方面，若生产一般性的汽车相关零部件：下护板、座椅骨架、仪表盘等，则需要 PP 复合材料能为产品提供较高的美观性能和力学性能。另一方面，若生产汽车发动机底护板等隔音部件时，由于需要部件能够拥有一定的厚度与孔隙率，以保证底护板的降噪、隔音性能，则需要 PP 复合材料能够在一定程度上有效控制产品结构的孔隙率与疏密程度等。

由于热塑性复合材料一般都是在加热后进行流动成型的，针对不同的工艺特点，生产过程中成型设备加热温度、设备保温温度、设备加热时间、保温时间以及层合板材的预热温度、预热时间、生产过程中的温降冷却控制等工艺条件都是充满着变化的。

因此对于 PP 复合材料而言，优越的半成品制作工艺及成型工艺对于最终产品的制作工作来说，有着特别重大的意义。

由于玻纤增强聚丙烯复合材料在汽车领域日益广泛的应用，在汽车轻量化研究方向上十分具有潜力，与车用 PP 复合材料有关的产品性能、力学特性的研究工作也相当重要。

由于具有良好的抗冲击性、吸能性，使得 PP 复合材料被合理地应用到前防撞梁、吸能盒等重要的汽车零部件上，较优的拉伸、弯曲性能可有效提高仪表盘、座椅骨架、尾箱等车用零部件的安全可靠性，合理的板材疏密程度与较大的孔隙率能使汽车发动机底护板获得更好的隔音、降噪性能。 

作为一种新型复合材料，热塑性复合材料的发展起源于上世纪 80 年代，主要分为长纤维增强粒料（LFP）、玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）、连续纤维增强预浸渍带 （MITT）等。

我国针对热塑性树脂基复合材料的研究起步相对较晚，开始于 20 世纪 80 年代末期，而到上世纪 90 年代中期，国家才开始将汽车用 GMT 复合材料的研究应用列为国家级相关的高科技计划项目。

自 2003 年以来，国内先后有多家科研院所、科研单位及企业开始进行 GMT 板材制备工艺的研究工作，其中华东理工大学以及个别企业的研究最为前列，其相关研究与实验产品已部分成功投产或得到实践应用。

总体来说，我国在热塑性复合材料领域的研究工作尚未取得显著性突破，与发达国家之间仍存在一定的差距。

作为应用最为广泛的热塑性树脂基复合材料，玻纤增强聚丙烯复合材料的发展也到了相当高的成熟阶段，最为主要的就是三大类型中的 GMT 复合材料，GMT 复合材料最早问世于 20 世纪 60 年代，并于 20  世纪 80 年代发展起来。现如今已被各国各行业，如航空航天、建筑、汽车、医疗、化学电子等广泛地应用。

1999 年美国 Azdel 公司开发出一款新型的 SuperLite 轻质 GMT 板材，标志着轻量化 GMT 板材的真正面世。2003 年，瑞士同样制作出性能一致的轻质 GMT 板材 ——Symalite 板材。紧接着，2005 年，Owens-coming（欧文斯科宁）公司也公布了其公司的轻质 GMT 板材。

就目前而言，市面上品质最高、质量最好的 GMT 类 材料都以此三大公司生产的为主。我国 GMT 材料的发展由于起步相对较晚，在基础材料、工艺方法、设备研发上仍然落后于此类发达国家。

另外，随着纳米技术逐渐地引起人们的关注，与纳米技术有关的复合材料研究开发工作也成为新时代的研究热点。以纳米技术改性基体树脂，可使基体树脂的结晶形态和聚集态发生一定程度的改变，从而使之产生新的性能，能够有效克服传统材料韧性与刚性难以相容的矛盾，同时，也能大大提高材料的综合性能。

长玻纤增强聚丙烯作为一种热塑性树脂基复合材料，目前在车身上的应用现出快速发展的趋势。相关研究者、汽车制造者及立法者已将更多的目光投向轻量化复合材料在车身零部件上的应用。

此前的一些研究针对车身零部件制造，已采用纤维增强复合材料来取代传统金属材料。

早在上世纪 80 年代，ICI 公司就实现了长纤维增强热塑性粒料的工业化生产，随后 Ticona、RTP、北欧化 工等公司也开始相继成为长纤维增强热塑性粒料的生产商。长纤维增强热塑性粒料采用注塑成型加工为最终制品，由于其相较于短玻纤复合材料力学性能有明显改善，因此其开始大量应用于汽车车身。

Jeep 公司牧马人系列最早使用长玻纤增强聚丙烯材料作为车门护板及前端模块；Rieter 公司提供的长纤粒料应用于大众 PQ35 系列的前端模块；RKT 公司采用长玻纤增强聚丙烯材料进行发动机罩、隔音罩及前端模块的生产。

雷诺及通用汽车公司将一种片状模压料应用于乘用车的防撞梁中。诸多研究已将玻纤增强聚丙烯广泛应用于汽车零部件中，例如：车门、车身外板、地板、框架部分、电池检修门及座椅系统