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EPP在汽車內飾用環保型材料性能與應用

聚丙烯泡沫（Expanded Polypro?pylene，EPP）是使用高熔體強度聚丙烯（HMSPP）作為樹脂基體，通過物理的氣體發泡而制得的一種閉孔泡沫材料，它具有力學性能優異、耐熱性好、發泡倍數范圍大、密度可調、無毒無味、可100%回收利用等特點，同時，EPP是一種純粹的碳氫化合物，它不含任何增塑劑和發泡劑等添加物質，因此被認為是實現汽車輕量化和提升車內空氣質量的優選材料。

EPP材料特性

EPP材料是一種性能卓越的高結晶型泡沫材料，它是高熔體強度聚丙烯樹脂以CO2氣體為發泡劑在高溫高壓條件下制得的，通過改變發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特的發泡成型工藝使得EPP材料具有一系列優異的性能。

1. EPP的散發性能

有研究發現，車內氣味及揮發性有機物（VOC）很大一部分來源于泡沫材料，因此，降低泡沫材料的小分子散發可以有效提升車內空氣質量。與汽車用其它泡沫材料相比，EPP泡沫在發泡及成型的過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散發性能。如表1所示，是汽車內飾中常用的原生PUR泡沫、再生PUR泡沫、化學交聯聚乙烯泡沫（XPE）、聚苯乙烯泡沫（EPS）、乙烯-醋酸乙烯共聚物泡沫（EVA）以及EPP泡沫的氣味性測試數據（1L瓶式法）對比，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所示為汽車內飾中常用的幾種泡沫材料的VOC散發數據（10L袋式法）對比，從表中可以看出，EPP泡沫和XPE泡沫的VOC散發特性要明顯優于其他幾種泡沫，同時，EPP泡沫的氣味性要優于XPE泡沫，因此通過對EPP材料的應用代替其它泡沫材料可以更好地改善車內空氣質量。

2. EPP的綜合性能

EPP材料具有聚丙烯優異的耐熱性，其最高使用溫度可以達到120℃，同時兼具較好的隔熱、隔聲、吸能減振等性能。EPP材料具體的綜合性能見表3。作為硬質泡沫材料，EPP發泡倍數范圍大，密度可調，其力學性能（拉伸強度和50%壓縮強度）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，其100%可回收利用的特點也使其滿足當前一再加強的環保法規。基于這些優勢，EPP材料在汽車零部件上的應用越來越廣泛。

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%時的載荷。

EPP材料在汽車內飾件中的應用現狀

隨著人們環保意識的增加，各主機廠對整車車內空氣質量的控制也越來越嚴格，這就對汽車內飾用非金屬材料提出了更高的要求。EPP材料散發揮發性有機物（VOC）較少，材料本身的氣味較小，同時具有優異的綜合性能和較輕的質量，這使其在汽車內飾件中的應用越來越多。目前已開發應用的內裝零部件有汽車內飾用墊塊、座椅系統、行李箱工具盒、方向盤、遮陽板、重型車臥鋪以及臥鋪下工具箱等。

圖1 不同材料墊塊

1. 汽車內飾用墊塊

目前的汽車內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，主要應用在頂棚、包裹架護板、備胎倉、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散發大等問題，因此不能滿足當前對汽車輕量化和提升車內空氣質量的要求。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，因此成為了內飾墊塊優選的替代材料。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為包裹架護板墊塊的質量對比，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51.9 g，所以使用EPP材料將具有非常好的輕量化效果。同時，由于EPP泡沫質量較輕，所用原材料相對較少，因此EPP泡沫還具有一定的價格優勢，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材料相對于其它墊塊材料具有非常明顯的輕量化和成本優勢。

2. 汽車座椅系統

EPP材料在汽車座椅系統中主要應用于頭枕、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，在受到沖擊時EPP座椅頭枕可以較好地保護駕乘人員的頭部和頸部安全。目前的汽車座椅坐墊主要應用的是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。然而這種結構直接導致了座椅坐墊質量大，氣味大，并有大量小分子有害物質散發等問題，不利于汽車輕量化和車內空氣質量的提升。使用EPP泡沫部分替代PUR泡沫后，由于EPP是一種硬質泡沫材料，具有很好的抗壓性能和強度支撐，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，同時由于EPP材料較好的氣味和低VOC散發性能，其大面積的應用對車內空氣質量的提升也有較大的幫助。圖3是目前已開發的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的鋼板焊接工具箱，在力學性能滿足使用要求的條件下，減重效果非常明顯。有文獻報道，使用EPP材料后，整個工具箱的質量比原工具箱降低了約10 kg。同時，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動機所發出的熱輻射和噪聲，并改善車內震動，這使得駕駛室內部具有更好的駕乘環境。圖4是目前已經開發的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部，具有非常好的固定作用，同時，目前工具盒使用的EPP材料密度多為20～30 kg/m3，質量小，輕量化效果好，因此，目前EPP材料已經在汽車隨車工具盒中大規模應用。

圖6 EPP遮陽板填充層

5 .其它內裝件

基于低氣味、低散發、輕量化、綜合性能好等優勢，EPP材料還廣泛應用于汽車方向盤、車門內板、車門扶手、后備箱蓋等內裝部件中。EPP材料的最高使用溫度可以達到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勢，因此，EPP也常用于遮陽板、儀表板保溫層等受陽光直射的部件。圖6為EPP遮陽板填充層。

與其他泡沫材料相比，EPP材料具有優異的氣味性和較低的VOC散發性能，同時兼具比重輕、緩沖性好、耐熱溫度高、可100%回收利用等特點，因而，EPP材料在汽車輕量化的發展以及車內空氣質量的提升方面具有更強的優勢。可以預見，EPP還將進一步取代汽車內飾中質量重、氣味大的材料，進而提高EPP材料在汽車內飾件中的比重。目前，EPP材料在內飾件中已經廣泛應用，然而，由于泡沫材料的特有屬性（低強度和外觀質量差等），其與結構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的進步，目前已有EPP表面塑化技術、塑化皮紋技術、表面包覆技術等，結合這些技術，相信EPP材料在未來的輕量化和健康座艙中將進一步發揮其特有優勢，從而擴大其在汽車內飾中的應用范圍。

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