汽車輕量化關鍵材料:TPV、TPO、POE,EPDM

新型工程塑料越來越多地應用在汽車工業中。在眾多工程塑料中，熱塑性彈性體是最為適用於汽車輕量化的材料之一，近年來被更多的汽車製造商為採用 。

熱塑性彈性體（TPE）已經成為廣泛替代傳統橡膠和部分塑料的極具發展前景的新型材料。目前已經發展到十幾個品種。常見的主要有苯乙烯類（TPS）、聚烯烴類（TPO）、聚氨酯類（TPU）、聚酯類（TPEE）、聚醯胺類（TPAE）等。全球消費穩增，中國需求強勁。

熱塑性彈性體的發展回顧

聚烯烴類熱塑性彈性體

POE作為改性劑，既可以改性橡膠，也可以改性塑料。由於POE 的加工溫度較低，因而與非極性橡膠，特別是EPR、EPDM、NR、SBR 及BR 等的混合較為容易。

POE 的最大應用還是在塑料製品上。用POE 改性PP，對其缺口衝擊強度提高很大；將馬來酸酐接枝POE 後的彈性體用來改性PA6，可使材料的吸溼性減小、衝擊強度大幅提高。

TPO主要包括乙烯-α-烯烴共聚熱塑性彈性體（POE）和動態硫化熱塑性彈性體（TPV）。迄今為止，中國仍未能商業化生產POE，產品均需進口。

目前國內企業，如道恩、北化新橡科技等已躋身於全球TPV行業前列。TPV的主要應用領域為汽車行業，隨著汽車輕量化和綠色環保趨勢日益凸顯，TPV將得到更為廣泛的應用，或將成為增長最快的TPE品種之一。

茂金屬聚烯烴彈性體乙烯

聚烯烴類熱塑性彈性體（TPO）主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物和共混物3種類型，其中採用茂金屬催化劑合成的聚烯烴熱塑性彈性體乙烯—辛烯共聚物（POE）和動態硫化法製備的熱塑性動態硫化膠是兩種主要的聚烯烴類熱塑性彈性體。

茂金屬聚烯烴彈性體乙烯—辛烯共聚物茂金屬催化劑與一般傳統的Ziegler-Natta 催化劑相比，具有理想的單一活性中心，因而能精密控制相對分子質量分布、共聚單體含量及其在主鏈上的分布和結晶結構。合成的聚合物是高立構規整聚合物，相對分子質量分布很窄，從而能準確控制聚合物的物理機械性能和加工性能。

茂金屬催化聚烯烴類TPE最早由美國Dow化學公司採用Insite技術開發而成，並於 1994年推向市場，是近幾年發展較快的TPE品種。茂金屬催化劑具有催化活性高、單活性中心的特點，其催化製備的聚合物具有相對分子質量分布窄、聚合物結構可控等優點，已成為繼Ziegler-Natta 催化劑之後的新一代烯烴聚合催化劑。

商業化茂金屬催化劑聚烯烴彈性體品種

動態硫化法製備的熱塑性動態硫化膠

TPV是熱塑性彈性體(TPE)的一種特殊類型，與具有彈性的嵌段共聚物不同，而是由彈性體—熱塑性聚合物共混物的協同作用生成，具有比簡單共混物更好的性質。

製備熱塑性硫化橡膠的關鍵技術是動態硫化技術，這一技術的進步之一是採用低成本的現有加工方法，通過將現有的聚合物進行共混來製備新產品。與傳統的、資金投入強度高的生產新材料的工藝相比，該工藝還能滿足對大型聚合裝置的環保要求。TPV 技術的另一些優於作為熱塑性彈性體來源的嵌段共聚物的地方是：上限使用溫度高、耐烴類介質和壓縮永久變形小。

TPO成汽車工業新寵兒

聚烯烴熱塑性彈性體是一種高性能聚烯烴產品，其在高溫下可以像熱塑性塑料一樣加工，而在常溫下又呈現橡膠彈性，並且價格低、密度小、彎曲彈性模量高、低溫抗衝擊性能好、流動性好、易加工、可重複使用，這些特性又使其在汽車內外飾領域大有可為。據相關數據顯示，使用TPO可以使車重減輕20%~25%，被認為是汽車輕量化的理想材料，未來開發和應用值得業內期待。

1.聚烯烴熱塑性彈性體在汽車上的應用

聚烯烴熱塑性彈性體 (TPO)在高溫下可以像熱塑性塑料一樣加工，而在常溫下又呈現橡膠彈性，且具有價格低、密度小、彎曲彈性模量高、低溫抗衝擊性能好、流動性好、易加工和可重複使用等性能，因此已得到廣泛的應用。

聚烯烴熱塑性彈性體作汽車外裝件主要用於： 保險槓、 散熱器格柵、 車身外板 ( 翼子板、後側板、車門面板 ) 、車輪護罩、擋泥板、車門檻板、後部活動車頂、車後燈、車牌照板、車側鑲條及其它保護膠條、擋風膠條等；作內飾件主要用於：儀錶板、儀錶板蒙皮、內飾板蒙皮、安全氣囊外皮層材料等；作底盤、轉向機構用於：等速萬向節保護罩、等速萬向節密封、齒條和小齒輪防護罩、軸架懸置防護罩；作發動機室內部件及其它方面：空氣導管、燃料管防護層、電氣接線套等。1998年全世界TPO在汽車上的用量約為 45.36萬噸 ，其中90%用於汽車外裝件。

2.聚烯烴熱塑性彈性體在汽車上的應用開發動向

1998年TPO佔世界汽車保險槓原料市場的85%，其中歐洲佔汽車保險槓原料市場的90%，美國佔75%，日本佔95%。TPO在保險槓市場中份額持續上升的重要原因是材料性能的大幅度改善， 特別是彎曲彈性模量、 低溫抗衝擊性和熔體流動速率的改善， 這些性能的提高有助於降低保險槓壁厚、 減輕質量、減少材料消耗和加工時間，並使保險槓性能保持不變，並降低成本。

（1）TPO在汽車保險槓上的應用開發動向

D&S國際塑料公司推出汽車用新一代TPO，用作汽車保險槓，壁厚可減至 2.5mm(原為3.5mm)，使保險槓質量減輕 31%(1.18kg)，成型周期縮短 15s。與原來的TPO相比，其彎曲彈性模量提高一倍 (1482.4MPa)， 拉伸強度提高60%(27.6MPa)，硬度較高 (75～80洛氏硬度 ) 。熔體流動速率也提高一倍 (15～25g/10min) 。 此外， 新一代TPO的低溫抗衝擊性、 耐化學藥品性和塗裝性也較優越。 該公司推出的混合型TPO產品， 具有較低的線脹係數， 尺寸穩定性好，能滿足汽車配件對尺寸偏差日益嚴格的要求， 具有較低的收縮率、 高的流動性、良好的塗裝性和低溫抗衝擊性 ( 衝擊強度為 3.53MPa)，已用作新的大眾 Beetle車的保險槓。該車在公路安全保險協會進行的小型汽車碰撞試驗中性能最佳。Montell 公司生產的高彎曲彈性模量TPO已被用於該車保險槓，其壁厚從3.2～3.5mm，降為 2.4mm，質量為2.37kg，大大節省了成本和縮短了成型周期，顯示了巨大的應用潛力。Exxon Mobil化學品公司推出一種用茂金屬合成的改性TPO，質量輕並可加工成薄壁保險槓，壁厚減少了25%以上。

（2）TPO在汽車車身外板上的開發動向

TPO能應用於車身外板是由於開發了尺寸穩定的TPO配混料，解決了熱膨脹問題。通過配混礦物和玻璃填料與各種橡膠，已將TPO的熱膨脹係數降低 50%～75%，並且剛度、光澤度、耐衝擊性和耐擦傷性也都很高。高模量低線脹係數TPO還可作汽車其它外裝飾件，包括散熱器格柵、車輪護罩、 車門檻板等。D&S國際塑料公司推出的低線脹係數TPO系列的彎曲彈性模量為552～2275MPa ，線脹係數僅為通用TPO的50%。這對製造尺寸較長的外裝件很有利，可省去為防止彎曲而設計的支撐部分，作側面模塑件和車門檻板。20%礦物增強品級的TPO的彎曲彈性模量為2275MPa ，性能與一種PC/ABS合金相同，而質量要輕7%，可作車身護板、車輪護罩、儀錶板等，滿足耐熱衝擊標準要求。混合型TPO產品，具有高光澤，彎曲彈性模量為550MPa ，主要用於汽車側身彩色模塑件。

（3）TPO在汽車其它部件上的應用

TPO又一較大潛在市場是作機動車身門、窗及其它部件的密封材料。目前機動車身密封都採用三元乙丙橡膠， 一輛車約用12kg。歐洲每年生產 1200萬輛機動車， 總需求量超過15萬t ，而全世界約需44萬t/a 。TPO在車內應用的最大潛在市場是取代PVC作大型部件如儀錶板、 車門內裝飾板等蒙皮。與PVC相比，除了可回收性外， TPO還有如下優點：長期耐紫外線性、顏色穩定性、質量較輕、無增塑劑遷移問題。TPO的一個缺點是缺乏輕質 PVC皮革樣的柔軟觸感，但利用與苯乙烯類彈性體和硫化膠等填充劑摻混的新配混技術，已使PO-T能具有與PVC十分接近的柔軟性。

熱塑性聚烯烴在新車型中應用的典型案例，是尼桑2014款Rogue車型率先採用熱塑性聚烯烴作原料生產汽車後備箱蓋，結果獲得美國塑料工程師協會頒發的「2014汽車創新大獎」。據悉，該汽車後備箱蓋採用熱塑性聚烯烴PP樹脂打造。噴漆A類外門板由裡安德巴塞爾工業(LyondellBasell)具有極高熔體流動性、高剛度、高衝擊性能、礦物填料填充熱塑性聚烯烴(TPO)牌號製造(據說是北美首次在外部提升式門中使用這種材料)。這一罩蓋不僅質量輕(淨重是等體積傳統複合材料的70%)，在性能方面也有很大的改良。

陶氏化學公司也推出了適用於汽車內飾及外飾零件的熱塑性聚烯烴(TPO)材料的新牌號—ENGAGEXLT聚烯烴彈性體，能為複合材料生產商、模製品生產商、汽車生產商以及消費者帶來多種性能優勢。

陶氏將聚烯烴彈性體應用於汽車輕量化

汽車輕量化、節能環保及軌道交通發展，將使交通用塑料需求繼續增長。目前，歐美等國的汽車塑料用量已佔10%~15%，中國在10%左右。隨著聚烯烴的生產、加工以及催化、填充等改性技術的不斷進步，聚烯烴在汽車行業的應用越來越多，尤其是在當下汽車輕量化、節能環保趨勢下，車用聚烯烴改性材料更是發揮了巨大作用。

目前汽車行業愈加追求輕量化、高性能屬性的材料，通過減少汽車的整體重量，達到節省燃油目的，從而促進企業銷售的增長。汽車輕量化已然成為汽車行業重要發展趨勢之一，而在此趨勢的推動下，眾多輕量化材料的需求正迎來強勁增長。

來源 |汽車新技術資訊