汽车保险杠材料的现状与发展趋势

田　永，方　瑛，刘龙飞，卢丽娟

汽车保险杠材料的现状与发展趋势

田永，方瑛，刘龙飞，卢丽娟

（广汽菲亚特汽车有限公司，长沙410100）

介绍汽车保险杠材料的应用现状和选择原则，论述常用材料PP的性能特点以及保险杠制造材料的发展趋势，最后着重分析TPO、PP/GF、PC/PBT等保险杠制造新材料的性能特点。

保险杠材料；聚丙烯；TPO；PC/PBT

汽车前后保险杠与进气格栅、前后大灯等一起构成了整车前脸和尾部最主要的特征［1］。汽车保险杠的材料经历了由金属到塑料的变化历程。早期的前后保险杠是以金属材料为主，与车架纵梁铆接或焊接在一起，与车身有一段较大的间隙，好像是一件附加上去的部件，质量大，外观不良。当今的汽车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化，所以，目前汽车的前后保险杠材料多采用工程塑料。它既具有良好的强度、刚性，又有良好的可加工性，可以制作成不同的造型，起到装饰的作用。

1　保险杠材料的现状

塑料由于质轻、耐腐蚀、设计自由度大等特点在汽车制造中得到广泛应用。目前汽车工业发达的德国、美国、日本等国的汽车塑料用量已达到10%～15%，有的甚至达到20%以上。按照使用数量从大到小排列，德国是PVC、PU、PP，美国是PU、PP、PE，日本是PVC、PP、PU。我国汽车塑料的应用还比较落后，单车平均用量基本与发达国家上世纪90年代水平相当，约为100～130 kg/辆［2］。我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP、PVC、PU、不饱和树脂、ABS、PF、PE、PA、PC和复合材料，其中主要以PP（聚丙烯Polypropylene）为主，约占所用塑料总质量的28%，其中80%以上用于保险杠生产［3］。这不仅因为PP成本低，更由于轻量化、可循环再用等独特优势，使PP成为汽车保险杠材料的主流。

保险杠总成一般包括蒙皮、格栅、吸能块等三大部分，如图1所示。蒙皮面积大，造型要求高，材料一般采用性价比高的PP类材料。格栅一般要镀铬，多采用PC/ABS材料（聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物复合材料），吸能块则多采用发泡材料制成。

1.1保险杠材料选择的原则

由于保险杠是重要的外观零件，一般采用喷涂处理，长期受到风吹、日晒、雨淋。在碰撞时，首当其冲，工况恶劣，所以其材料有以下要求：

1）良好的抗冲击性能。碰撞时有良好的弹性，为乘客提供保护。

2）良好的耐候性。防止在高温暴晒下变形、老化等。

3）良好的油漆附着能力。保证油漆不脱落、变色。

4）良好的流动性。满足注塑加工工艺的要求。

5）良好的加工性能。便于注塑模具设计。

6）价格相对低廉。保险杠材料用量大，可以有效降低使用成本。

1.2保险杠常用材料的性能

根据以上材料的选择原则，PP类材料无疑成为性价比最优的选择，聚丙烯PP是由丙烯聚合而成的非极性结晶型塑料。2010年，我国汽车PP消费量超过50万吨［4］，聚丙烯的形式主要有无规、间规、等规和立体嵌段四种。大多数工业聚丙烯为等规物，其分子链上所有的甲基皆位于分子链一侧，其结构如图2所示［5］。一般聚丙烯的等规度为90%～95%，具有高度的结晶性，属于结晶型塑料［6］。PP材料无毒、无味，密度小，电绝缘性能良好，力学性能好，有良好的延伸性和抗弯曲疲劳性能，对酸碱的耐受效果好，但纯PP材料的耐低温冲击性能较差，不耐磨，易老化，所以不直接用来制造汽车保险杠。实际汽车保险杠制作中，多采用聚丙烯复合材料，即以PP为主材，并加入一定比例的橡胶或弹性体材料、无机填料、色母粒、助剂等经过混炼加工而成［7-8］。

2　保险杠材料的发展趋势

当今社会，随着主机厂要求的提高和塑料改性技术的发展，原有PP保险杠材料的线膨胀系数表现过高。在实际的生产过程中，也表现出诸多不理想的地方，主机厂提出零段差、尺寸稳定性高的要求，所以，新材料也在不断地应用于保险杠的制造。目前应用于保险杠的新材料主要有TPO（2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦）、PP/Glass Fiber（玻璃纤维增强聚丙烯材料）、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）、PBT复合材料等。

2.1TPO材料

材料厂家研发了加有矿物填料的TPO材料，以满足保险杠市场要求。这类材料的特点是通过添加具有片状结构的矿物，可以降低材料的线膨胀系数，同时可以提高材料弯曲模量和强度、降低材料的收缩率，所生产的保险杠壁厚可以降低到3～4 mm［9］。TPO触感温和，易着色，耐化学性能好，抗张强度和断裂伸长率好，电绝缘性和防滑性强，耐磨性和耐候性能优良。在TPO分子中，大量高度胶连的橡胶粒子呈分散结构，少量塑料相结构包覆在教练橡胶粒子周围形成连续相，使TPO既具有硫化橡胶的高弹性，又具有塑料材料的热塑流动性和可加工性。表1为意大利API生产的TPO材料性能参数。

表1　意大利API生产的TPO材料性能参数

2.2PP/Glass Fiber

继续深化PP材料的改性研究，对保险杠制造材料有着重要的意义。通过不同体系的改性，可以达到不同的效果，如玻璃纤维增强PP（PP/Glass Fiber），即可以有效地减轻重量，又可以增加材料的强度和硬度。

玻璃纤维增强聚丙烯材料具有优良的性价比，它保持了PP成本低的特点。在玻璃纤维增强热塑性塑料中，它的密度是最小的，因而在重量方面也占有优势。玻璃纤维对聚丙烯在静态下的结晶形态没有影响，聚丙烯的球晶穿过玻璃纤维，而没有在界面上形成过渡晶型。在纤维拉伸过程中，会在聚丙烯与玻璃纤维界面上产生明显的过渡晶型（横晶）。这是因为在拉伸作用下，界面产生应力，促使过渡晶型的生成。在共混过程中加入马来酸酐，马来酸酐的接枝会使聚丙烯的球晶尺寸明显减小，增加共混的牢固程度［10］。玻璃纤维增强聚丙烯的流动性大，成型条件范围宽，耐水性、耐化学腐蚀性好，电性质好，力学性能好［11-14］，非常适合作为保险杠的制造材料。表2是某厂生产的滑石玻璃纤维增强PP的性能参数。此外，PP与聚乙烯共混，PP与聚酰胺（PA）共混等都可以作为深化PP应用的研究方向。

2.3PC/PBT

PBT的结晶速度快，适合于高速成型的零部件。它具有较高的强度和优良的耐热性能，可以长期在高于100°C的环境下工作；吸水率低，线膨胀系数小，耐弯曲蠕变性能优良，尺寸稳定性好；高温下不易燃烧；电性能优良，几乎不受湿度和温度的影响；耐化学性能优良；加工性能好，成型周期短，适合形状复杂或者壁厚较薄的零部件。PC/PBT合金机械性能高，冲击强度尤其远超PP制的保险杠。美国GE公司生产的Xenoy系列PC/PBT合金不仅能承受碰撞，而且车体与保险杠经过涂装（以使保险杠与车体保持同一色泽）时，能耐155℃/30 min的烘烤干燥；巴斯夫的Ultrablend系列PBT/PC合金不仅具有PBT的耐化学药品性、耐油性及流动性，而且还具有PC的低温韧性，耐热性及高机械性能，非常适合保险杠的生产和制造［15］。

表2　滑石玻璃纤维增强PP的性能参数

3　结束语

综上所述，目前常用的保险杠材料为性价比较高的PP复合材料，不仅机械性能优良，而且成型性好，易于加工。但随着新材料和新工艺的不断涌现，除PP之外，TPO、PP/GF、PC/PBT等材料由于其优良的性能也开始成为保险杠制造的选择。

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修改稿日期：2014-11-10

Current State and Development Trend for Auto Bumper Materials

Tian Yong，FangYing，Liu Longfei，Lu Lijuan
（GACFIATAutomotives Co.，Ltd，Changsha 410100，China）

The authors introduce the current use state and choice principle ofthe autobumper materials，then elalorate the performance properties of the common material PP and the development trend of the auto bumper materials. At last，they emphatically analyze the performance properties of the newmaterials TPO、PP/GF、PC/PBT，which are used tomake autobumpers.

bumper material；polypropylene；TPO；PC/PBT

U463.32+6

A

1006-3331（2015）01-0004-03

田永（1981-），男，硕士研究生；工程师；主要从事外饰与开闭件系统的开发和国产化工作。