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EPP在汽車內(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)汽車輕量化和提升車內(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)可以有效提升車內(nèi)空氣質(zhì)量。與汽車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，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)廠對(duì)整車車內(nèi)空氣質(zhì)量的控制也越來(lái)越嚴(yán)格，這就對(duì)汽車內(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，這使其在汽車內(nèi)飾件中的應(yīng)用越來(lái)越多。目前已開發(fā)應(yīng)用的內(nèi)裝零部件有汽車內(nèi)飾用墊塊、座椅系統(tǒng)、行李箱工具盒、方向盤、遮陽(yáng)板、重型車臥鋪以及臥鋪下工具箱等。

圖1 不同材料墊塊

1. 汽車內(nèi)飾用墊塊

目前的汽車內(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，因此不能滿足當(dāng)前對(duì)汽車輕量化和提升車內(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，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，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. 汽車座椅系統(tǒng)

EPP材料在汽車座椅系統(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，不利于汽車輕量化和車內(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)車內(nèi)空氣質(zhì)量的提升也有較大的幫助。圖3是目前已開發(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 .重型車臥鋪下工具箱

在重型車中，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大功率發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的熱輻射和噪聲，并改善車內(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)開發(fā)的EPP臥鋪下工具箱。

4. 汽車行李箱工具盒

如圖5所示為EPP汽車行李箱工具盒，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)在汽車隨車工具盒中大規(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)用于汽車方向盤、車門內(nèi)板、車門扶手、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材料在汽車輕量化的發(fā)展以及車內(nèi)空氣質(zhì)量的提升方面具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。可以預(yù)見，EPP還將進(jìn)一步取代汽車內(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)大其在汽車內(nèi)飾中的應(yīng)用范圍。

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