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EPP在汽車(chē)內(nèi)飾用環(huán)保型材料性能與應(yīng)用

聚丙烯泡沫（Expanded Polypro?pylene，EPP）是使用高熔體強(qiáng)度聚丙烯（HMSPP）作為樹(shù)脂基體，通過(guò)物理的氣體發(fā)泡而制得的一種閉孔泡沫材料，它具有力學(xué)性能優(yōu)異、耐熱性好、發(fā)泡倍數(shù)范圍大、密度可調(diào)、無(wú)毒無(wú)味、可100%回收利用等特點(diǎn)，同時(shí)，EPP是一種純粹的碳?xì)浠衔铮缓魏卧鏊軇┖桶l(fā)泡劑等添加物質(zhì)，因此被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化和提升車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的優(yōu)選材料。

EPP材料特性

EPP材料是一種性能卓越的高結(jié)晶型泡沫材料，它是高熔體強(qiáng)度聚丙烯樹(shù)脂以CO2氣體為發(fā)泡劑在高溫高壓條件下制得的，通過(guò)改變發(fā)泡溫度和壓力可以制備密度不同的EPP材料。由于聚丙烯自身的特性以及獨(dú)特的發(fā)泡成型工藝使得EPP材料具有一系列優(yōu)異的性能。

1. EPP的散發(fā)性能

有研究發(fā)現(xiàn)，車(chē)內(nèi)氣味及揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）很大一部分來(lái)源于泡沫材料，因此，降低泡沫材料的小分子散發(fā)可以有效提升車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量。與汽車(chē)用其它泡沫材料相比，EPP泡沫在發(fā)泡及成型的過(guò)程中均未添加任何助劑，這使得其具有良好的氣味性和低VOC散發(fā)性能。如表1所示，是汽車(chē)內(nèi)飾中常用的原生PUR泡沫、再生PUR泡沫、化學(xué)交聯(lián)聚乙烯泡沫（XPE）、聚苯乙烯泡沫（EPS）、乙烯-醋酸乙烯共聚物泡沫（EVA）以及EPP泡沫的氣味性測(cè)試數(shù)據(jù)（1L瓶式法）對(duì)比，從表中可見(jiàn)，EPP泡沫的氣味性要明顯低于其他幾種泡沫材料；表2所示為汽車(chē)內(nèi)飾中常用的幾種泡沫材料的VOC散發(fā)數(shù)據(jù)（10L袋式法）對(duì)比，從表中可以看出，EPP泡沫和XPE泡沫的VOC散發(fā)特性要明顯優(yōu)于其他幾種泡沫，同時(shí)，EPP泡沫的氣味性要優(yōu)于XPE泡沫，因此通過(guò)對(duì)EPP材料的應(yīng)用代替其它泡沫材料可以更好地改善車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量。

2. EPP的綜合性能

EPP材料具有聚丙烯優(yōu)異的耐熱性，其最高使用溫度可以達(dá)到120℃，同時(shí)兼具較好的隔熱、隔聲、吸能減振等性能。EPP材料具體的綜合性能見(jiàn)表3。作為硬質(zhì)泡沫材料，EPP發(fā)泡倍數(shù)范圍大，密度可調(diào)，其力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度和50%壓縮強(qiáng)度）隨密度的增加有較大的變化，因此可以適用于汽車(chē)不同部位和不同功能的使用條件，同時(shí)，其100%可回收利用的特點(diǎn)也使其滿(mǎn)足當(dāng)前一再加強(qiáng)的環(huán)保法規(guī)。基于這些優(yōu)勢(shì)，EPP材料在汽車(chē)零部件上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

注：表中的50%壓縮載荷是指前3次壓縮到試樣初始厚度的70%，第四次壓縮到初始厚度50%時(shí)的載荷。

EPP材料在汽車(chē)內(nèi)飾件中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增加，各主機(jī)廠(chǎng)對(duì)整車(chē)車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的控制也越來(lái)越嚴(yán)格，這就對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾用非金屬材料提出了更高的要求。EPP材料散發(fā)揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）較少，材料本身的氣味較小，同時(shí)具有優(yōu)異的綜合性能和較輕的質(zhì)量，這使其在汽車(chē)內(nèi)飾件中的應(yīng)用越來(lái)越多。目前已開(kāi)發(fā)應(yīng)用的內(nèi)裝零部件有汽車(chē)內(nèi)飾用墊塊、座椅系統(tǒng)、行李箱工具盒、方向盤(pán)、遮陽(yáng)板、重型車(chē)臥鋪以及臥鋪下工具箱等。

圖1 不同材料墊塊

1. 汽車(chē)內(nèi)飾用墊塊

目前的汽車(chē)內(nèi)飾用墊塊材料多為三元乙丙橡膠（EPDM）、再生PUR泡沫、EVA泡沫、EPS泡沫等，主要應(yīng)用在頂棚、包裹架護(hù)板、備胎倉(cāng)、地板通道和地毯等部位，起減振和支撐作用。然而，這幾種材料普遍存在密度大、氣味大、VOC散發(fā)大等問(wèn)題，因此不能滿(mǎn)足當(dāng)前對(duì)汽車(chē)輕量化和提升車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的要求。EPP材料具有較好的能量吸收性能和抗沖擊性能，較寬的密度范圍可以使其滿(mǎn)足不同部位的使用條件，因此成為了內(nèi)飾墊塊優(yōu)選的替代材料。圖1所示為紅旗車(chē)中EPP泡沫墊塊替代EPDM墊塊和再生PUR泡沫墊塊的應(yīng)用案例，由于具有較好的成型性，EPP材料可以制備不同形狀的墊塊制品。圖2為包裹架護(hù)板墊塊的質(zhì)量對(duì)比，從圖中可見(jiàn)，EPP墊塊總重為8.8 g，而同樣體積的PUR泡沫墊塊總重達(dá)51.9 g，所以使用EPP材料將具有非常好的輕量化效果。同時(shí)，由于EPP泡沫質(zhì)量較輕，所用原材料相對(duì)較少，因此EPP泡沫還具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，表4所示是圖1紅旗車(chē)用3種墊塊在EPP材料替換前后降重及降成本情況，從表中可見(jiàn)，EPP材料相對(duì)于其它墊塊材料具有非常明顯的輕量化和成本優(yōu)勢(shì)。

2. 汽車(chē)座椅系統(tǒng)

EPP材料在汽車(chē)座椅系統(tǒng)中主要應(yīng)用于頭枕、座椅坐墊以及座椅靠背等部位。EPP材料本身具有非常好的彈性和抗沖擊性能，因此，在受到?jīng)_擊時(shí)EPP座椅頭枕可以較好地保護(hù)駕乘人員的頭部和頸部安全。目前的汽車(chē)座椅坐墊主要應(yīng)用的是PUR泡沫材料，在PUR泡沫中間配備鋼絲骨架，從而起到支撐作用，防止乘員下陷。然而這種結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致了座椅坐墊質(zhì)量大，氣味大，并有大量小分子有害物質(zhì)散發(fā)等問(wèn)題，不利于汽車(chē)輕量化和車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的提升。使用EPP泡沫部分替代PUR泡沫后，由于EPP是一種硬質(zhì)泡沫材料，具有很好的抗壓性能和強(qiáng)度支撐，所以材料自身具有防止乘員下陷的作用，這就減少了座椅坐墊中鋼絲骨架的使用，以塑代鋼具有非常好的減重效果，同時(shí)由于EPP材料較好的氣味和低VOC散發(fā)性能，其大面積的應(yīng)用對(duì)車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的提升也有較大的幫助。圖3是目前已開(kāi)發(fā)的EPP座椅坐墊。

表4 EPP墊塊降重及降本情況

圖3 EPP座椅坐墊

3 .重型車(chē)臥鋪下工具箱

在重型車(chē)中，使用高密度EPP材料制造的臥鋪下工具箱替代傳統(tǒng)的鋼板焊接工具箱，在力學(xué)性能滿(mǎn)足使用要求的條件下，減重效果非常明顯。有文獻(xiàn)報(bào)道，使用EPP材料后，整個(gè)工具箱的質(zhì)量比原工具箱降低了約10 kg。同時(shí)，EPP材料較好的隔熱隔聲性能和吸能減振性能可以有效地阻隔重型車(chē)大功率發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的熱輻射和噪聲，并改善車(chē)內(nèi)震動(dòng)，這使得駕駛室內(nèi)部具有更好的駕乘環(huán)境。圖4是目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的EPP臥鋪下工具箱。

4. 汽車(chē)行李箱工具盒

如圖5所示為EPP汽車(chē)行李箱工具盒，由于EPP材料具有較好的耐油性、耐磨性和防振緩沖性能，它可以將隨車(chē)工具較好的嵌裝在其內(nèi)部，具有非常好的固定作用，同時(shí)，目前工具盒使用的EPP材料密度多為20～30 kg/m3，質(zhì)量小，輕量化效果好，因此，目前EPP材料已經(jīng)在汽車(chē)隨車(chē)工具盒中大規(guī)模應(yīng)用。

圖6 EPP遮陽(yáng)板填充層

5 .其它內(nèi)裝件

基于低氣味、低散發(fā)、輕量化、綜合性能好等優(yōu)勢(shì)，EPP材料還廣泛應(yīng)用于汽車(chē)方向盤(pán)、車(chē)門(mén)內(nèi)板、車(chē)門(mén)扶手、后備箱蓋等內(nèi)裝部件中。EPP材料的最高使用溫度可以達(dá)到120℃，在溫度較高的工況條件下，EPP泡沫比其它泡沫材料更有優(yōu)勢(shì)，因此，EPP也常用于遮陽(yáng)板、儀表板保溫層等受陽(yáng)光直射的部件。圖6為EPP遮陽(yáng)板填充層。

與其他泡沫材料相比，EPP材料具有優(yōu)異的氣味性和較低的VOC散發(fā)性能，同時(shí)兼具比重輕、緩沖性好、耐熱溫度高、可100%回收利用等特點(diǎn)，因而，EPP材料在汽車(chē)輕量化的發(fā)展以及車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的提升方面具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，EPP還將進(jìn)一步取代汽車(chē)內(nèi)飾中質(zhì)量重、氣味大的材料，進(jìn)而提高EPP材料在汽車(chē)內(nèi)飾件中的比重。目前，EPP材料在內(nèi)飾件中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，然而，由于泡沫材料的特有屬性（低強(qiáng)度和外觀質(zhì)量差等），其與結(jié)構(gòu)件和外觀件的使用要求仍有很大差距。隨著成型工藝和模具技術(shù)的進(jìn)步，目前已有EPP表面塑化技術(shù)、塑化皮紋技術(shù)、表面包覆技術(shù)等，結(jié)合這些技術(shù)，相信EPP材料在未來(lái)的輕量化和健康座艙中將進(jìn)一步發(fā)揮其特有優(yōu)勢(shì)，從而擴(kuò)大其在汽車(chē)內(nèi)飾中的應(yīng)用范圍。

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