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汽车中的材料学:聚丙烯的逆袭
发布:haige__   时间:2015/4/23 22:57:00   阅读:425 
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在如今这个汽车成为女婿标配的年代,如笔者这样的年轻穷二代,也奔向车展希望发现一辆经济实用又有逼格的小车。

当然,这篇文章不是给教你何如选购汽车的,而是希望简单的科普一下汽车材料。

说到材料,如今最常见的应该就是塑料。虽然塑料因为廉价的质感,在许多行业中都被当做是低档的象征,但不可否认的是,这种材料正在越来越广泛的被汽车厂商所采用。

厂商的出发点很简单,塑料价格便宜、易加工,更轻的车身也可以降低油耗,对于厂商和消费者来说,这都是更佳的选择。

如今,平均每辆车上塑料用量达到了150kg,占汽车总重量的10%以上。其中,用量最大也最为重要的就是聚丙烯(PP)。2003年下半年,美国通用汽车公司和福特汽车公司相继推出了装备聚丙烯复合材料底盘的皮卡;在2008年,戴姆勒-克莱斯勒投产了第一辆采用聚丙烯来制造全塑车身的商业化车型smart fortwo,在欧洲取得了非常好的销售成绩。

一、聚丙烯是什么

聚丙烯是一种非常常见的高分子材料。它由丙烯聚合而成,有不同的形态,当然这要牵扯到比较专业的高分子材料范畴,在这里不多做赘述。

这种材料在我们的生活中应用很广泛。各位可以拿起家中的微波餐具,看一下底部是否有一个写着PP的三角形符号,如果有,恭喜你,这是聚丙烯材料的。

事实上,市场上绝大多数微波容器都是聚丙烯塑料。除此之外,香烟盒的最外层薄膜,医院中的点滴管材等,都是这种塑料。澳大利亚和加拿大甚至采用了聚丙烯制作钱币。这种材料就在你身边,只是你没有注意到而已。

从发展上来说,聚丙烯材料出现的比较晚,但自从二十世纪五十年代第一代齐格勒-纳塔催化剂被发现并投入生产以来,聚丙烯已成为世界塑料工业发展最快的品种之一。

发展快的原因自然是性能优良。

聚丙烯又有一个俗称叫做百折胶,顾名思义,它能在常温下弯折一百次以上而不断裂,同样的弯折情况下,金属早就断成渣了,这也是其能作为钱币使用的重要原因。除此之外,它的化学稳定性以及物理性能也非常好,无色、无味、无毒同时不易被腐蚀,因此它能作为餐具材料来使用。

当然,这些优异的性能也使得聚丙烯成为了汽车零部件轻量化、低成本化发展的主流材料。它成功的逆袭了PVC、ABS、PU等工程塑料,成为汽车上应用最广的塑料材料。

目前聚丙烯材料在汽车上的用量每辆车达20-50公斤,零件品种多达几十种,被广泛的应用在汽车内饰件、空调系统配件发动机配件、保险杠等部位。
 
 
二、汽车上为何要使用聚丙

现代汽车工业除了追求速度与操控外,也越来越注重油耗与绿色环保问题。一个众所周知的道理是,汽车越轻,往往也越省油,同时速度与操控体验也越佳。

因此,汽车厂商开始寻求密度远小于钢铁同时又有很好的强度的材料来代替传统的钢铁。其中一个选择是采用合金,而这其中又经过了从铝合金到镁合金的演进;另外一个选择是采用高强度的有机材料,如碳纤维树脂。但可惜的是,这些材料价格要高于之前的传统材料,例如镁合金板材的成本大概是铝合金的三到四倍,换句话说,汽车的重量下来了,成本却上去了,所以这些材料只能在比较高端的车型上使用,兼具了提升性能与提高逼格双重功效。

而在中低端汽车的生产中,聚丙烯无疑成为了最佳的选择。

首先,这种材料是密度最低的高分子材料之一,它的重量只有相同大小的铁的九分之一,但这却没有妨碍其拥有比较好的强度和硬度。聚丙烯的强度和硬度得益于其高结晶度以及规整的结构,打个比方来说明,其他的软质塑料内部分子排列就如同散乱的游客,而聚丙烯的分子结构则像购票大厅队列整齐的旅客,其强度更高。

但其实,普通的聚丙烯强度还达不到作为承力结构的标准,于是材料学家通过进一步提高其分子规整性以达到更好的机械强度。比如日本丰田公司推出的新一代具有高取向结晶性的聚丙烯HEHCPP产品,其内部的分子结构排列十分整齐,可以看做是纪律严谨的军队,强度很高,可以作为汽车仪表板、保险杠。同时,高强度也可以通过增强改性来实现,如采用玻璃纤维进行改性的聚丙烯。它就像是夹心饼干,中间是一层透明的高强度的玻璃纤维编织物,外面是聚丙烯树脂。这样的材料强度可以超过一般的工程塑料。

其次,聚丙烯价格十分低廉,来源充足,是五大通用塑料之一。制备聚丙烯的原料是丙烯,这种小分子烯烃是石油化工产业中的产品之一,产量相当大,近两年甚至供过于求,价格不断下滑。使用这种价格低廉的材料,可以使汽车的成本下降一大截。

最后,与其它通用塑料相比,聚丙烯价低而质不低。除了高机械强度外,聚丙烯没有毒性,易于加工成型,耐油污而且清洗方便。同时,聚丙烯材料质感比较细腻,体感比较舒适,用来做汽车内饰件还能起到减震、隔音和隔热的作用,不仅能提高汽车的舒适性,还能在车辆发生碰撞时为乘员提供充分的保护,综合来说,不论质感、舒适性还是安全性,聚丙烯都比其他的工程塑料要强上一个档次。

因此,越来越多的厂商选择聚丙烯材料来做汽车的内饰以及防护材料,它正在取代传统材料在汽车上的应用。

三、聚丙烯在汽车上的使用还有很大的改进空间

完美的材料在当今时代是不存在的,尽管聚丙烯物美价廉,但仍有巨大的改良空间。

首先,聚丙烯材料的强度受温度影响较大。在低温下,这种材料会变脆,在北方城市,这是一种非常大的缺陷。而在高温,光和氧的作用下,这种材料又会老化,而且最关键的是其易燃烧。这使得其在一些高温城市中也受到一定的限制。

除此之外,随着汽车作为交通工具的普及,人们停留在车内的时间越来越长,车内空气质量就直接关系到乘车人的身体健康。


来源:新浪新闻
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