车用“绿色”塑料的研发及其加工成型技术

车用“绿色”塑料的研发及其加工成型技术

刘道春

据日前媒体报道称，美国非营利组织生态学中心发布的“2012年消费者导购指南”报告，对11种汽车内饰部分做了测试，包括方向盘、仪表板、脚垫、仪表盘、扶手、座位以及各种软硬装饰，一些知名度高的汽车其塑料内饰件材料含有有毒化学物质，由此联想到汽车塑化进程中“汽车有毒”已是不容忽视的生态健康问题。汽车塑化不但是实现轻量化达到降耗节能和减少碳排放的目的，更重要的是达到可持续发展实现一种最佳的生态系统以支持生态的完整性、使人类的生存环境得以持续的生态绿色化。汽车塑料“绿色化”的成型加工技术是将其成型技术与汽车塑料化无缝结合起来，创造新的成型技术，可以推动汽车塑料件绿色化进程。成型加工技术由通用化转移到功能化、专业化，由粗犷式转移到低能耗、低污染、低排放、清洁化、洁净化、高速高效化、资源节约化、控制智能化等绿色技术。开发最经济的成型加工技术达到最佳的性能、最低的成本、最高的效率的新技术，满足汽车塑料件绿色化的发展。

1.汽车塑料件绿色化的内涵及其科技创新研发理念

绿色化汽车塑料件解决方案主要是指制品整个生命周期内能保护和提高生态环境、减少污染、降低能耗的技术体系，汽车塑料件绿色化是实现可持续发展的科学战略，根据环境价值并利用现代科技的全部潜力的技术，全套方案是实现汽车塑料件整个生命周期绿色化的科学发展观。绿色化汽车塑料件至今尚无统一的定义和评审标准，但其内涵的主要内容有：一是生态健康化。汽车塑料件应用环境比家居塑料件更复杂，一些塑料在高温环境下易析出有毒物质，影响生态环境，所以成型加工材料应无毒无害，不应含有重金属或含有量应控制在有关标准以下。生态健康化是绿色化汽车塑料件的核心。轻量化间接减少碳排放，生态健康化直接洁净人类生存的环境；二是环保化。产品在整个生命周期，均不应对环境产生污染，即从原材料的制作、产品加工制造和使用、报废件回收再生利用，不造成对人体及环境的损害，直至最终处理的生命全过程中均不应造成污染；废弃物可降解腐化，在大自然中自行消融，不污染环境；三是资源利用率最大化。即利用可再生自然资源或以最少不可再生的塑料原材料通过与可再生的自然资源采用改性、增强、共混等措施研发生产新材料；报废件易于回收再生制品，实现资源循环利用率最大化。

汽车塑料件绿色化是一个系统工程，其研发要树立全套方案的研发理念，才能有所创新创造。我国汽

车塑料件研发大大落后于汽车制造强国，单台汽车塑料的平均用量不到发达国家的2/3，基本上不能自主开发出高端塑料件，代表塑料件应用技术最高水平的跑车至今仍是一个梦。究其原因的一个重要方面，国内在汽车塑料件研发上，材料、制品开发、加工制造及成型设备、废弃物回收利用等研究机构各自为政，互不往来，没有一个创新的全套解决方案的理念。研发人员缺乏解决汽车塑料件全套方案的能力，从事开发的不了解汽车塑料件的特有性能和发展趋势，等等，所以我国汽车塑料件始终处于国际价值链的低端。

国际上汽车塑料件走在价值链的高端，主要原因是他们具有提供全套解决方案的能力和完善的机制，历年的橡塑工业展览会，外商向我们展示了汽车塑料件的新材料、新技术、新产品。国外塑料原料供应商按汽车部件组织研发团队，与汽车制造商及供应商之间紧密合作，不但开发专业原料，而且用自己的新材料研发汽车塑料件，供汽车制造企业使用和应用，不但为汽车企业提供了最佳的全套解决方案，而且也为本企业的发展取得了新的增长点。例如杜邦工程塑料在汽车上的应用包括动力总成、燃油供给、底盘、车身内外饰件、空调、电子、电气等系统。拜耳材料科技自视为国际汽车产业的研发合作伙伴，汽车团队专家服务整个加工链，可独立为未来汽车提供创新动力。

绿色汽车塑料件原材料的创新创造研发为绿色汽车塑料件的开发创造了基础。高性能的尼龙、聚丙烯等及其复合材料必将取代不可回收利用的热固性塑料；装饰件、板体件等实体结构件转向发泡复合件、微孔复合件；简单小型件成型转向复杂大型件成型；单一功能件转向多功能件，等等。多型式、多品种汽车塑料件的迅猛发展给回收利用带来了新的课题，同时也给创新创造回收利用技术提供了机遇和良好的发展前景。汽车塑料件的回收利用技术是汽车塑料件绿色技术的一个重要组成部分。

我国塑料报废件的回收利用技术落后，尚未建立完善的社会回收系统，而且没有一套比较完善的法律法规。目前，我国塑料报废件的回收利用基本上仍停留在回收率低、易产生二次污染的能量回收法和热解法。实行物理法回收利用是实现绿色循环经济的可持续发展的必须研发的技术，为创新创造物理法回收利用设备提供了广泛的发展空间。汽车保险杠、散热格栅、照明灯、仪表板、座椅、车门内板、顶棚、杂物箱、燃油箱等大型塑料零部件的回收利用的技术难度较高，而且随着复合化的发展，技术难度越来越高。其回收技术的难点的是去除表面的油漆、涂膜、金属、玻璃等，以及各种材料的分选和分别利用。

塑料是实现汽车轻量化的首选原料。绿色循环经济的发展，对汽车用塑料赋予新的含义，不但要达到回收的要求，而且必须能够再生利用。资源短缺的今天，对利用也赋予了更高的要求，不但要求利用率高，而且要达到资源的再生循环应用。汽车塑料件用塑料原料的研发必须符合无毒无害、生态健康型及循环经济型的绿色技术。发达国家汽车塑料件的回收利用技术走在国际前列，而且有一套健全的法律法规，例如欧盟规定，到2015年，汽车塑料件的回收利用必须达到58%。荷兰Foma Engineering公司开发了可用于PMMA和ABS分离的离心分离系统，利用该分离系统可以获得精细分离的塑料，为生产高附加值的制品创造了条件。韩国的GAR AMT E CH 公司将回收的报废车灯整体粉碎后，去除金属成分同ABS新原料混合后用于制造新的灯壳。Toshino等开发一套PP仪表板回收再利用的技术，将废旧的PP仪表板粉碎，添加由70%～92%的石蜡聚合物和8%～30%的无机填料组成的混合物，之后加热熔融和捏炼，生产出PP占45%～64%、乙烯橡胶占10%～20%、无机填料占20%～40%的合成树脂，将该树脂合成物用作生产新仪表板的基体。

绿色经济的发展给汽车塑料件的回收利用带来了新的含义，回收是一个方面，更重要的是利用，而利用必须有利于资源的第二次应用的绿色循环经济的发展。面对我国自然资源日益短缺和生态环境恶化的状况，回收利用应从绿色经济及可持续发展的角度出发，研究报废汽车典型塑料零部件的回收利用技术，对节约资源和保护环境，推动社会、经济、环境的协调发展具有重要的现实意义。

2.汽车轻量化需要健康环保安全型塑料制品

当下，人类所处的汽车环境比家居环境的生态健

康状况更复杂，汽车塑料件引发的对人类健康的侵害更严重。汽车塑料内饰件健康水平直接影响车内人员的健康，汽车外饰件和结构件的健康水平影响生态环境，根据汽车塑料件使用的不同环境制定其相应的健康标准，是实现塑料件绿色化的重要一环。当今，汽车塑料件鱼龙混杂，其成型加工的材料及装饰性涂装的健康水平得不到保证，特别是车厢内饰件有害物质的排放成为人类健康的又一直接杀手，乘坐人员缺少健康安全感。奶瓶双酚A事件给我们对健康标准的重要性敲响了警钟，汽车的健康水平很可能成为我们今后出口贸易的壁垒。汽车塑料件的健康水平，取决于成型加工的材料和工艺、制品后处理（涂装、组装等），需要从这些方面制定健康标准。研究制定汽车制造的原材料健康标准，是减少和消除车企使用有毒材料的有效方法。

目前借鉴室内检测标准制定的车内空气检测标准，不符合汽车实际状况。人们在汽车内所接触到的化学物质比在家或者办公室等其他室内接触的多得多；汽车长期暴露在高温环境下，装饰件析出有毒化学物质的几率成倍、甚至成数量级增加。因此需要制定比室内更为严格的检测标准，以保护车内安全健康。

纯PC塑料车窗过于坚固，因此在发生事故时，车内的乘客不容易通过车窗逃生。表面PMMA吹塑薄膜、基体为PC的复合注射层压玻璃，薄膜的防红外线和紫外线功能可以减少空调的使用从而节约能源，还能够降低汽车内饰件材料的成本；当PMMA薄膜受到相反方向（汽车内部）的冲击处于张力状态下时，易于从此处断裂，能够使乘客在遭遇事故时打破车窗，提高了安全性能。

碳纤维复合材料件可节约大量的不可再生的炼钢原料及材料，是汽车结构受力件轻量化的最佳复合材料。Dodge Viper运动车的整个防护板支架系统的两个较小的支架和两个大灯支座应用碳纤维复合材料模压成型后，总重量只有13.5磅，但它们却取代了15～20个金属零件，使重量减轻了40磅；2mm壁厚的支架支承了整个车体的前端，并为34个部件提供了附着点，前端的刚度提高了22%。美国Morison公司为Dcna公司生产汽车传动轴，采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴，简化成单件，与钢材料相比，可减重60%，供通用汽车公司用。碳纤维复合材料件的回收利用是重点研究课题。国际上已有公司展开碳纤维复合材料件回收利用研究，取得了初步成绩，但用于工业化的回收利用还有相当的距离。

塑料离不开增塑剂。健康型增塑剂是实现健康型塑料的关键。增塑剂是世界产量和消费量最大的塑料助剂之一。近年来，我国已成为亚洲地区增塑剂生产量和消费最多的国家。随着世界各国环保意识的提高，医药及食品包装、日用品、玩具等塑料制品对主增塑剂DOP等提出了更高的纯度及卫生要求。但目前国内企业生产的主增塑剂在许多性能上特别是卫生、低毒性等都难以满足环保的要求。长期以来增塑剂主要以邻苯类产品为主，但随着DOP在食品、医药工业上的应用越来越广泛，人们对它的毒性也越来越重视。有人发现，当人们输入在聚氯乙烯塑料袋内贮存的血液后，在人体内，特别在肺部内发现有DOP产品存在。

目前国内使用的80%的增塑剂都是已被国外淘汰的对人体健康有害的价格低廉的DOP、DBP(邻苯二甲酸二丁酯)等增塑剂。塑料原料的健康卫生标准得不到保证。加快淘汰有毒增塑剂和开发推广新型无毒增塑剂已成为一种必然趋势。国内生产企业要下大力气研究新的催化、分离工艺，尽快将性价比更高、安全性更可靠、对环境友好的新一代增塑剂产品推向市场。柠檬酸酯类产品作为一种新型绿色环保塑料增塑剂，无毒无味。美国、欧盟等发达国家已先后出台规定，允许柠檬酸酯类产品作为与人体密切相关产品且卫生要求较高的塑料助剂的一种。虽然该助剂国内已有生产，但由于价格高，得不到推广应用。

新型环保型增塑剂应用领域比较窄，由于属性特点和价格原因，取代不了邻苯类增塑剂。新型环保型增塑剂性价比不高也让其暂时不会成为市场主流。虽然在很长一段时间内，增塑剂行业还得由邻苯类产品当家，西欧国家邻苯类增塑剂增长率只有2.1%，而环氧酯类增塑剂增长率达到89.6%，柠檬酸酯类的增长率达到87.2%;在美国，环氧酯类增塑剂的消费量也已占到其消费总量的第三。这说明新型环保型增塑剂是日后全球的发展趋势，邻苯类增塑剂可能会退出一些与人有直接接触的应用领域。而且，随着欧盟、日本、美国、阿根廷、加拿大等国家和地区近几年对邻

苯类增塑剂相关限制的出台，我国在这方面的相关要求也会更加严格。从目前国家相关部门出台的规划中，也能看出对新型环保型增塑剂的支持。因此，国家主管部门应加大研发投入，加快对环保增塑剂的发展与新品种的开发研究。同时，业内企业应该顺势调整产品结构，降低增塑剂产品结构中邻苯类增塑剂的工业化生产比例。

3.市场应用带动车用绿色化的生物塑料开发

生活中人们对塑料制品的需求时刻存在，从去超市购物用的塑料袋到精密的工业部件，塑料制品几乎无孔不入。巨大的需求促使全球的塑料产业不断扩张。全球塑料产品市场需求量估计在两亿吨左右，而且每年正以5%的速度在递增。人们逐渐意识到了塑料制品对环境带来危害。人们开始使用塑料时，并没有意识到它对人类生活环境的影响，在过去10年以来，由于是塑料垃圾越来越多，人们才开始意识到这个严重的问题，利用生物塑料制成的塑料产品，是塑料行业未来的发展目标。

生物塑料是指以生物质(生物资源)为主要原料的塑料。也称为生物质塑料。聚乳酸(PLA）和源自生物质的聚乙烯(PE）、聚丙烯(PP）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯 （PC），以及所含原料源自蓖麻油的聚氨基甲酸乙酯（PU)、聚酰胺（PA）等均属此类。生物塑料充分利用可再生的自然资源，并且具有可降解性，符合资源可持续发展的战略。目前已有公司利用聚乳酸和洋麻的复合材料研制开发汽车轮胎罩和车垫，未来的一些通用塑料件将有可能全部采用生物塑料件替代，是今后汽车用材料的一大发展方向。

目前的绝大部分塑料均以石油为原料，但石油是有限资源。通过将源自石油的塑料换成生物塑料，可减轻极端依赖石油的状况。而且，以植物为原料的生物塑料还可为减排二氧化碳做出贡献。这一概念以称为碳中和的观点为基础。该概念认为，植物在生长过程中会从大气中吸收二氧化碳使之固定，因此即便焚烧由植物制造的生物塑料，所排放的二氧化碳也被视为原本在大氧中就有的，并未排放多余的二氧化碳。不过，有的生物塑料也使用源自石油的原料，并且在制造工序中还会消耗能源。考虑到这些因素，实际上也不能笼统地说生物塑料就有助于减排二氧化碳。

生物塑料中实用化顺利的是PLA。PLA通过使糖质乳酸发酵、形成乳酸后化学聚合而成。目前一般以玉米及甘薯等含淀粉的作物为原料，大多使用从中提取的糖质。不过，目前业界还在研究从不可食用资源——纤维素中高效提取糖质的技术，将来还有望以纤维素为原料。PLA原来就存在耐水解性、耐热性、阻燃性、抗冲击性及成型性等方面的课题。不过，通过与PP、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、PC等其他聚合物合金化，加入添加剂及纤维，或者采用“立体复合构造”，便可解决课题，目前其应用范围正朝着汽车内装部件及复合一体机外装部件等原来难以应用的领域扩展。

近来引起关注的是将已有石油性塑料的原料换成生物质的塑料。源自生物质的PE、PP、PET（生物PE、生物PP、生物PET）就是其中的代表。除了巴西Braskem公司已开始全面利用源自甘蔗的生物乙醇来制造高密度PE之外，三井物产公司也打算与美国陶氏化学公司（Dow Chemical）在巴西合资开展从甘蔗农场的运营到生物PE等生物化学品制造的一条龙业务。生物PE的应用范围正逐渐扩大，三菱汽车公司还将其用在了与永大化工公司、MRC Pylen公司及丰田通商公司共同开发的地垫上。

在生物PET方面，东丽公司将从2013年开始供货原料100%源自生物质的样品。PET可通过对乙二醇和对苯二甲酸实施脱水冷凝处理来获得。东丽已与美国Gevo公司签订一定数量的对二甲苯采购合同，将以对二甲苯为原料制造对苯二甲酸。而乙二醇则使用源自生物乙醇的产品。

诸如聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯和淀粉基共混物等可降解塑料在消费品包装和食品服务领域的应用越来越普遍。与此同时，耐用塑料市场也迎来越来越多由可再生原料制备的新型材料。据美国市场研究公司Freedonia集团的预测，到2013年全球生物塑料需求将翻四番增至90万t。德国贸易组织欧洲生物塑料集团预计，到2011年全球生物塑料产量将从2010年的约30万t增至l50万t，到2013年甚至将增至230万t。数家可再生化工公司都在紧盯市值13000亿美元的全

球可降解聚合物市场。这些可降解聚合物由丁二酸、丙烯酸、乙酰丙酸、山梨醣醇、乙烯、乙二醇、丁二醇、己二酸、呋喃、丙二醇和丙三醇等化学品聚合生成。耐用塑料的一些特性是可降解塑料不具备的，因此目前生物塑料的消费仅占全球23000万t/a塑料消费量的1%。目前普通石油基塑料价格相对较低，如果国际油价稳定在90美元/桶，生产生物塑料的技术就大有可为。但在未来几年内生物塑料将越来越多地应用于更多领域，其中消费品和汽车领域的应用需求潜力巨大。如果原料来源得以解决，生物塑料的价格可望达到与普通塑料相当的水平。

巴西聚合物公司Braskem的Triunf0石化综合厂新近建成投产20万t／a的绿色聚乙烯生产工厂。新建工厂生产的产品80%已经发往欧洲、美国和亚洲的客户。在高度竞争的普通塑料市场中，绿色聚乙烯的性能优势如果不能高出与普通聚乙烯生产成本之问的差距，绿色聚乙烯的市场竞争力就难以有进一步提高。寻找成本较低的石油基聚合物替代品已经成为开发可再生化学品单体的焦点。虽然“绿色”因素可以提供附加值，但可再生化学品，尤其是塑料，必须具有成本竞争力，甚至为了在市场中获得更大空间需要把价格定的比普通塑料还低。美国生物己二酸开发商Verdezyne and Ren- novia正将目标锁定在尼龙66市场，尼龙66市场占北美己二酸总需求的85%。生物丁二烯生产商Myriant、DNP Green Technology和帝斯曼都在开发可再生、低成本的聚丁二酸丁二醇酯和聚氨酯的市场潜力。目前，从石化产品衍生的聚丁二酸丁二醇酯全球需求量约为3000t/a。如果现在采用的丁二酸单体被生物基产品代替，聚丁二酸丁二醇酯的需求预计将增至5万t/a。

4.汽车塑料制品的绿色加工成型技术

注射成型是将注射机熔融的塑料，在柱塞或螺杆推力作用下进入模具，经过冷却获得制品的过程。热塑性塑料的注射成型包括加料、塑化、注射、保压、冷却、脱模等过程。热固性塑料和橡胶的成型也包括同样过程，但料筒温度 较热塑性塑料的低,注射压力却较高，模具是加热的,物料注射完毕在模具中需经固化或硫化过程，然后趁热脱膜。注塑成型是一门工程技术，它所涉及的内容是将塑料转变为有用并能保持原有性能的制品。注射成型的重要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度，压力和相应的各个作用时间塑料在注塑机加热料筒中塑化后，由柱塞或往复螺杆注射到闭合模具的模腔中形成制品的塑料加工方法。此法能加工外形复杂、尺寸精确或带嵌件的制品，生产效率高。大多数热塑性塑料和某些热固性塑料（如酚醛塑料）均可用此法进行加工。用于注塑的物料须有良好流动性，才能充满模腔以得到制品。后来出现了一种带有化学反应的注射成型，称为反应注射成型，发展很快。

注射压缩成型是传统注塑成型的一种高级形式，它能增加注塑零件的流注长度/壁厚的比例；采用更小的锁模力和注射压力；减少材料内应力；以及提高加工生产率。注射压缩成型适用于各种热塑性工程塑胶制作的产品，如：大尺寸的曲面零件，薄壁、微型化零件，光学镜片，以及有良好抗袭击特性要求的零件。注射压缩成型的主要特点与传统注塑过程相比较，注射压缩成型的显著特点是，其模具型腔空间可以按照不同要求自动调整。例如，它可以在材料未注入型腔前，使模具导向部分有所封闭，而型腔空间则扩大到零件完工壁厚的两倍。另外，还可根据不同的操作方式，在材料注射期间或在注射完毕之后相应控制型腔空间的大小，使之与注射过程相配合，让聚合物保持适当的受压状态，并达到补偿材料收缩的效果。

成型材料的天然纤维增强复合化、装饰件的多层复合化、结构薄壁件的结构复杂化等汽车塑料件的绿色技术的发展，给注塑成型带来了新课题，同时也为创新创造注塑新技术和新设备提供了发展平台。成型加工设备研发以“潜在需求”的绿色化汽车塑料件为中心，深入到直接的消费市场，不断研究、寻找和发现消费市场的需求，开发和研究“潜在需求”的特性及所需成型原料的组成、成型性能、成型工艺，继而研发成型设备、周边设备，提供从原料、设备、技术培训等的成套技术服务的交钥匙工程的全套解决方案。例如汽车保险杠趋向于的功能化复合件，由单一的PP材料趋向于增强复合材料，原有的普通注塑成型加工技术以不适应新型保险杠成型加工的需要，挤注

复合注塑—压缩成型的复合成型技术亟需开发。

绿色设计和制造已成为塑料模具行业的发展趋势。把塑料模具设计、制造和塑料成型同绿色制造技术有机融合，将在加速塑料成型工业发展的同时，实现高质量、高效率、低成本、低污染的目标。传统的塑料成型工业在设计阶段仅考虑产品的功能、质量、成本和寿命等,而很少考虑其环境属性和对资源、能源造成的浪费。因此，在塑料成型工业中提倡绿色制造尤为重要。绿色制造是产品制造、环境影响和资源优化三方面的有机结合，是一个综合考虑环境影响和资料利用率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对环境的负影响最小,资源使用率最高。

降低汽车塑料件的成型加工能耗是降低整体能耗的一个重要方面，进一步体现出绿色化节能的优势，同时达到降低塑料件成本。恩格尔专门用于成型加工汽车外饰件及内饰件产品的5550/700大型二模板注塑机，配备了ecodrive伺服液压动力驱动系统，与传统液压动力驱动系统相比，节能高达70%，达到全电动的能耗水平，大幅度降低了制品的生产成本。震雄适应于汽车部件的伺服驱动的锁模力650吨～2600吨的大型注塑机系列，配置日本油研Yuken- ASR伺服电机驱动油泵系统，实现了节能环保、高响应速度、高重复精度，适用于汽车前端模组、门板、汽车仪表板、座椅底盘和座椅靠背等。

热流道绿色技术是应用于塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术，是塑料注塑成型工艺发展的一个热点方向。所谓热流道成型是指从注射机喷嘴送往浇口的塑料始终保持熔融状态，在每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔。理想的注塑系统应形成密度一致的部件，不受所有的流道、飞边和浇口水口的影响。相对冷流道来讲，热流道要做到这一点，就必须维持材料在热流道内的熔融状态，不会随成形件送出。热流道工艺有时称为热集流管系统，或者称为无流道模塑。基本来讲，可以把热集流管视为机筒和注塑机喷嘴的延伸部分。热流道系统的作用就是把材料送到模内的每一浇口。大型复杂注塑件在汽车塑料件中的比例越来越大，热流道技术在汽车研发及生产工程中的作用越来越凸显，专用化和功能化成为汽车塑料件注塑成型技术的发展方向。

在国外，许多塑料模具厂生产的模具50%以上采用热流道技术，有的甚至达80%以上，效果十分明显。热流道在国内也已用于生产，但目前总体不足10%，这个差距相当巨大，但也意味着这个行业在国内有着相当大的发展空间。近年来，热流道技术在中国的逐渐推广，在很大程度上是由于国产模具向欧美公司的快速出口带来的。在欧美国家，注塑生产已经相当依赖于热流道技术。可以这样说，基本不使用热流道技术的模具现在已经很难出口。但由于很多进口热流道模具价格较贵，国内很大一部分厂家接受不了，所以就出现了一些国产的商品化热流道模具，这对于热流道技术在中国的推广有很大的好处。

无污染物理发泡绿色技术：塑料的发泡方法根据所用发泡剂的不同，可分为物理发泡法和化学发泡法两大类。发泡剂可简单粗分为物理发泡剂与化学发泡剂两类。对物理发泡剂的要求是：无毒、无臭、无腐蚀作用、不燃烧、热稳定性好、气态下不发生化学反应、气态时在塑料熔体中的扩散速度低于在空气中的扩散速度。常用的物理发泡剂有空气、氮气、二氧化碳、碳氢化合物、氟利昂等；化学发泡剂是一种受热能释放出气体诸如氮气、二氧化碳等的物质，对化学发泡剂的要求是：其分解释放出的气体应为无毒、无腐蚀性、不燃烧、对制品的成型及物理、化学性能无影响，释放气体的速度应能控制，发泡剂在塑料中应具有良好的分散性。应用比较广泛的有无机发泡剂如碳酸氢钠和碳酸铵，有机发泡剂如偶氮甲酰胺和偶氮二异丁腈。物理发泡法简单地讲，就是利用物理的方法来使塑料发泡，一般有三种方法：先将惰性气体在压力下溶于塑料熔体或糊状物中，再经过减压释放出气体，从而在塑料中形成气孔而发泡；通过对溶入聚合物熔体中的低沸点液体进行蒸发使之汽化而发泡；在塑料中添加空心球而形成发泡体而发泡等。物理发泡法所用的物理发泡剂成本相对较低，尤其是二氧化碳和氮气的成本低，又能阻燃、无污染，因此应用价值较高；而且物理发泡剂发泡后无残余物，对发泡塑料性能的影响不大。但是它需要专用的注塑机以及辅助设备，技术难度很大。化学发泡法是利用化学方法产生气体来使塑料发泡：对加入塑料中的化学发泡剂进行加热使之分解释放出气体而发泡；另外也可以利

用各塑料组分之间相互发生化学反应释放出的气体而发泡。采用化学发泡剂进行发泡塑料注塑的工艺基本上与一般的注塑工艺相同。塑料的加热升温、混合、塑化及大部分的发泡膨胀都是在注塑机中完成的。不论选取哪一种塑料原料，也不论采用哪一种发泡方法，其发泡过程一般都要经过形成气泡核，气泡核膨胀，泡体固化定型等阶段。

发泡材料在塑料件中占到较大的比例，物理发泡取代化学发泡，实现无毒无害化清洁生产。日本马自达汽车公司开发超临界流体（SCF）发泡技术与核心反向扩展成型工艺相结合，可生产多层部件，并能更好地控制泡沫结构，改进塑料的热绝缘和声学性能。该技术让超临界流体与塑料在分子层面上相混合，提高其流动性，从而使其在模具中更快地扩散，达到减少原材料用量的目的。所用的超临界流体（SCF）可从惰性氮气或二氧化碳气体制取。与常规发泡技术相比，应用新技术制造的部件更容易回收利用，且应用范围广。该技术可以使汽车轻量化，减少对树脂的消费量，其节约增产率高达30%。

汽车塑料制品的无污染振动摩檫焊接：振动焊接是摩擦焊接过程，其间被焊接的制件在压力下摩擦到一起，直到生成的摩擦和剪切热量使头蚧面达到充分熔融状态。一旦熔融膜已经形成渗入到足够深的沓接区域，相对运动停止，在压力作用下焊缝冷却并固化。振动焊接适用几乎所有的热塑性塑料，往复运动方向上具有允许的无约束运动焊缝的制件，中型或大型制件。振动焊接的材料因素与超声焊接类似：无定形材料比半结晶聚合物更适合采用振动焊接的类似。环形振动焊接可连接焊区尺寸与焊区到旋转轴的距离近似相等的制件。线性振动焊接用在允许一个方向上线性振动的成套制件上。接头当被连接的整个表面是平的或稍向平面外弯曲时，对制件来说振动焊接工艺是最理想的。

一些汽车塑料件结构复杂、强度要求高，目前一些塑料直接成型加工设备还不能达到要求，往往需要塑料焊接而成。在传统的塑料件热板焊接工艺中，高温使塑料件的焊接面的材料容易发生降解，大大降低了塑料件的强度，并且在高温焊接情况下极易产生变形，往往变成不合格品，并且产生环境污染。

无污染振动摩檫焊接通过运动摩檫产生热量达到焊接所要求的熔融温度，使两塑料件紧密地固化在一起而成为一个整体。振动摩檫焊接不受焊接面宽度、长度、材料的限制，不会使焊接件的材料产生降解，保持焊接件本体的强度，在汽车焊接塑料件上得到广泛应用。包括线性振动摩檫焊接和轨道式振动摩檫焊接。中空挤吹成型不能成型内部结构复杂汽车油箱，德国机械制造企业Ctdnnon公司成功开发出双片中空热成型法加工内部结构复杂汽车塑料油箱设备和工艺。双片成型油箱由多层共挤成型的上下两片组成，片材由HDPE(白色)/(E／VAL)/LLDPE/(E／VAL)/回收料/ HDPE(黑色)6层组成，上下两片分别经热成型为各自一定形状的油箱上下两部分后，根据油箱结构特点在内侧附装其它部件，经摩檫振动焊接为整体油箱，因而能生产多层共挤吹塑法难以成型的内部复杂结构油箱。美国初期采用型芯法成型汽车歧管，后改为先注塑两片部件，然后振动摩檫焊接成型，降低了成本，提高了效益。振动摩檫焊接使结合面产生内应力，上、下两个工件在焊接面内应力作用下产生变形，破坏原本的形状和尺寸。如何通过焊接件的设计，使工件焊接后达到整体工件的要求，焊接工艺符合整体工件的形状和尺寸的要求，仍需进一步研究。

5.车用“绿色”塑料的发展和趋势

从现代汽车工业发展的趋势来看，对於材料性能的要求在不断提高，而由此得出结论：结构材料技术也正在向高强度、高刚度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、高弹、高阻尼等性能大幅度提高的方向发展。高性能结构材料的不断出现和广泛应用，将会有力地促进新产品向体积小、重量轻、资源省、低能耗、低成本、高效率、高利润的方向发展。目前，国外当前研究的方向有以汽车热塑性塑料复合材料为主要课题之一。树脂材料研究的重点是不断提高材料的物理、力学性能；材料开发已从昂贵的特殊专用树脂转向低成本的普通树脂新品种体系；自增强树脂也是当前材料研发的一大热点（如SR－PP），欧洲重点放在连续层压成形和模压成形材料上，而北美关注的是注塑成型材料。纳米复合材料的研究和开发受到广泛关注，主要有纳米层状二氧化矽、纳米碳管来增强PA、PE、PVC，介面特性改善等等。纳米增强纤维复合材料是

目前新近兴起的一种纳米复合材料。欧洲目前正在研究利用纳米碳管作增强体，开发阻燃、自增强SR－PP等高性能复合材料，如聚合物、钢纤维等其他类型的增强体也受到关注。

出於环保的需要，天然纤维增强热塑性复合材料也是当前世界各国汽车塑料的一个重要研究领域。近年来,日本各大汽车厂商、材料生产商、相关研究机构和汽车部件厂商投入了大量的人力和资金,用於新型材料的研发。经常在国际展览会上展示能够大幅减轻重量的部件、新材料和新技术。他们基本上都是通过改变材料、形状、加工方法这三个途径,减轻零部件品质。不久前则提出了改用树脂和泡沫等材料,在维持刚性的同时削减多余厚度，通过改进模具和思考新接合法节省现有部件的技术。日本东丽开发出了在车辆骨架等部分采用碳纤维强化树脂(CFRP)大幅减轻了车重的电动汽车(EV)概念车“TEEWAVEAR1”。TEEWAVEAR1概念车为可上路行驶的车辆配置，各部件在制造时非常注重实用化。该车共计采用了160kg的CFRP，由此将钢板用量减轻了550kg，是“适合量产的为热可塑性树脂”，该公司的目标是“在汽车设计领域掀起一场革命”。东丽公司将碳纤维定位为“战略性扩大业务”，汽车是最有望大量应用这种材料的领域。计画通过概念车扩大汽车厂商对碳纤维的应用。日本帝人公司开发出了采用热可塑性树脂，用1分钟时间便可成型CFRP(碳纤维强化树脂)车辆骨架部件的量产技术,并公开了采用该技术制造的车体骨架。用CFRP成型的车体骨架为轻型车尺寸，重量降低到了采用钢板时的约1/5，即47kg。部件个数为20多个。确保了骨架所必需的碰撞安全性及刚性。由於车辆地板下部确保了足够的刚性，因而省去了中柱。帝人公司与美国通用汽车公司（GM）签署了合作开发用於量产车的热可塑性CFRP(碳纤维强化塑料)部材产品的协定。

CFRP（碳纤维复合材料）与钢板及铝合金相比，虽可大幅减轻重量，但因为成本高，此前只被用在赛车及超级车上。日本正在开发可快速且低成本制造CFRP的技术，RTM（树脂传递模塑）成型工艺，RTM工艺可使高强度高刚性的热塑性CFRP快速成型。通过成型后再向模具中注入树脂，以及在强化纤维中不使用纺织品的改进措施，来降低成本。采用该工艺每月可生产数千个CFRP部件，成型品的成本也有望降至原来的1/5～1/7。另外，使用原来的预浸料也可在5～10分钟内成型的技术也已诞生。

美国和德国是最重视环保和废气排放的，也是高分子工程塑料在汽车上应用最多和研究最深入的国家。德国戴姆勒（Dai mler）与德国巴斯夫公司（BASF）在法兰克福车展（IAA2011，）上展出了共同开发的概念车“SmartForvision”。车轮采用树脂制造，与采用金属制造相比，每个轮子的重量减轻了3kg。簧下品质的减轻对於提高乘坐舒适性和（燃油经济性）有着重要的意义。它的驾驶室骨架由CFRP（碳纤维强化树脂）制造，基体（Matrix）是环氧树脂。重量比钢制减轻了一半。而且，座椅骨架为树脂一体成形，采用了可集中加热中间部分和腰部的座椅加热器等，从而减轻了座椅的重量。据称通过加长玻璃纤维增强PA（聚醯胺）的强化纤维而增大了强度。强度和耐久性均达到了可应用于量产车的水准。虽然目前汽车新型材料技术水准已经有了质的提高，但新材料技术研发必须解决以下问题，才有可能推动在汽车上的应用： 目前汽车上使用的材料（尤其是由高分子材料组成的塑料）高达上百种，材料生产工艺不同，通用性较差，不利於回收和回圈再利用；因为在汽车上大约有1/4的材料无法回收和再利用；其中：橡胶占1/3、塑料占1/3、玻璃及纤维合占1/3；制约汽车上使用新材料的重要因素就是成本，降低成本才是获得在汽车制造业通往量产的必然趋势；新材料加工工艺相对复杂，加工周期比传统钢制车身长。这也同样是影响和制约汽车制造业采用这些新材料的重要因素。材料的安全性，应该满足无毒、对人体无副作用的要求。基本满足汽车全寿命周期要求，不会出现早期材质变化和老化等现象。

目前，我国汽车工业进入了一个高速增长的发展阶段，汽车产销量均已达到近2000万辆，居於世界第一位。在汽车产业快速增长的拉动下，一个围绕汽车相关的高增长产业群业已形成，以塑料为代表的非金属材料产业就是这个产业群之一。作为汽车上使用的重要材料，车用塑料的产值正在逐步增长，其技术发展趋势日益受到业内的高度关注。在汽车塑料技术应用上,我国已采用如：气体辅助注射成型技术、可熔型芯技术、三维和多层中空成型技术、表面处理技术等等。但国内汽车用塑料材料无论用量、品种还是成

型技术，目前还都处於比较低的水准。我国汽车塑料相关行业存在的问题主要有：自主研发能力差，只能跟在国外企业后面跑；产品水准低、缺乏竞争力；材料标准不一致、专用材料种类少；原材料品质不稳定；供需矛盾突出（需要的供应不上，供应的没有需要）；成型工艺、模具制造等相关工艺、技术问题还没有得到很好的解决。不过，随着新材料及新成型技术的出现，我国汽车工业所用的塑料制品消费量呈直线上升态势。我国的塑料原料科研开发部门、原料生产商和汽车零部件生产商，加强产学研合作，抓住机遇，瞄准汽车塑料这块“巨大的蛋糕”，加大研发深度、速度和力度，增加塑料原料的种类，尤其是开发可用作汽车功能件、结构件的品种，建立自我产品设计团队（汽车零部件），提高模具开发和制造能力，建立高水准的汽车塑料零部件专业生产厂，为汽车制造业提供更多的选择和支援。

6.结束语

汽车塑料件绿色化是在汽车发展过程中，以可持续发展经济为纲，营造健康的生态环境和健康环境，保护资源，合理利用资源，最大限度提高资源的利用率。随着技术进步和社会发展，汽车塑料件绿色化的内涵与外延也在不断地动态变化和发展。特别是由于人们对环境的价值观不断进步，而以之为价值基础的绿色技术也随之而变。研发汽车塑料件必须以“绿色化”为主题，按整个生命周期实行全套方案的创新创造。汽车塑料件绿色化以终端制品的新功能、新特点为出发点，把制品、原料、设备、成型工艺等紧密结合，实现资源节约型、环境友好型的“一条龙”开发，引领汽车可持续发展。