即將開幕的上海車展吸引了不少人的眼球，香車美女，總能讓無數(shù)男同志荷爾蒙分泌的更加旺盛。而在如今這個(gè)汽車成為女婿標(biāo)配的年代，如筆者這樣的年輕窮二代，也奔向車展希望發(fā)現(xiàn)一輛經(jīng)濟(jì)實(shí)用又有逼格的小車。
當(dāng)然，這篇文章不是給教你何如選購(gòu)汽車的，而是希望簡(jiǎn)單的科普一下汽車材料。
說到材料，如今最常見的應(yīng)該就是塑料。雖然塑料因?yàn)榱畠r(jià)的質(zhì)感，在許多行業(yè)中都被當(dāng)做是低檔的象征，但不可否認(rèn)的是，這種材料正在越來越廣泛的被汽車廠商所采用。
廠商的出發(fā)點(diǎn)很簡(jiǎn)單，塑料價(jià)格便宜、易加工，更輕的車身也可以降低油耗，對(duì)于廠商和消費(fèi)者來說，這都是更佳的選擇。
如今，平均每輛車上塑料用量達(dá)到了150kg，占汽車總重量的10%以上。其中，用量最大也最為重要的就是聚丙烯(PP)。2003年下半年，美國(guó)通用汽車公司和福特汽車公司相繼推出了裝備聚丙烯復(fù)合材料底盤的皮卡；在2008年，戴姆勒-克萊斯勒投產(chǎn)了第一輛采用聚丙烯來制造全塑車身的商業(yè)化車型smart fortwo，在歐洲取得了非常好的銷售成績(jī)。
一、聚丙烯是什么
聚丙烯是一種非常常見的高分子材料。它由丙烯聚合而成，有不同的形態(tài)，當(dāng)然這要牽扯到比較專業(yè)的高分子材料范疇，在這里不多做贅述。
這種材料在我們的生活中應(yīng)用很廣泛。各位可以拿起家中的微波餐具，看一下底部是否有一個(gè)寫著PP的三角形符號(hào)，如果有，恭喜你，這是聚丙烯材料的。
事實(shí)上，市場(chǎng)上絕大多數(shù)微波容器都是聚丙烯塑料。除此之外，香煙盒的最外層薄膜，醫(yī)院中的點(diǎn)滴管材等，都是這種塑料。澳大利亞和加拿大甚至采用了聚丙烯制作錢幣。這種材料就在你身邊，只是你沒有注意到而已。
從發(fā)展上來說，聚丙烯材料出現(xiàn)的比較晚，但自從二十世紀(jì)五十年代第一代齊格勒-納塔催化劑被發(fā)現(xiàn)并投入生產(chǎn)以來，聚丙烯已成為世界塑料工業(yè)發(fā)展最快的品種之一。
發(fā)展快的原因自然是性能優(yōu)良。
聚丙烯又有一個(gè)俗稱叫做百折膠，顧名思義，它能在常溫下彎折一百次以上而不斷裂，同樣的彎折情況下，金屬早就斷成渣了，這也是其能作為錢幣使用的重要原因。除此之外，它的化學(xué)穩(wěn)定性以及物理性能也非常好，無色、無味、無毒同時(shí)不易被腐蝕，因此它能作為餐具材料來使用。
當(dāng)然，這些優(yōu)異的性能也使得聚丙烯成為了汽車零部件輕量化、低成本化發(fā)展的主流材料。它成功的逆襲了PVC、ABS、PU等工程塑料，成為汽車上應(yīng)用最廣的塑料材料。
目前聚丙烯材料在汽車上的用量每輛車達(dá)20-50公斤，零件品種多達(dá)幾十種，被廣泛的應(yīng)用在汽車內(nèi)飾件、空調(diào)系統(tǒng)配件發(fā)動(dòng)機(jī)配件、保險(xiǎn)杠等部位。
二、汽車上為何要使用聚丙烯
現(xiàn)代汽車工業(yè)除了追求速度與操控外，也越來越注重油耗與綠色環(huán)保問題。一個(gè)眾所周知的道理是，汽車越輕，往往也越省油，同時(shí)速度與操控體驗(yàn)也越佳。
因此，汽車廠商開始尋求密度遠(yuǎn)小于鋼鐵同時(shí)又有很好的強(qiáng)度的材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵。其中一個(gè)選擇是采用合金，而這其中又經(jīng)過了從鋁合金到鎂合金的演進(jìn)；另外一個(gè)選擇是采用高強(qiáng)度的有機(jī)材料，如碳纖維樹脂。但可惜的是，這些材料價(jià)格要高于之前的傳統(tǒng)材料，例如鎂合金板材的成本大概是鋁合金的三到四倍，換句話說，汽車的重量下來了，成本卻上去了，所以這些材料只能在比較高端的車型上使用，兼具了提升性能與提高逼格雙重功效。
而在中低端汽車的生產(chǎn)中，聚丙烯無疑成為了最佳的選擇。
首先，這種材料是密度最低的高分子材料之一，它的重量只有相同大小的鐵的九分之一，但這卻沒有妨礙其擁有比較好的強(qiáng)度和硬度。聚丙烯的強(qiáng)度和硬度得益于其高結(jié)晶度以及規(guī)整的結(jié)構(gòu)，打個(gè)比方來說明，其他的軟質(zhì)塑料內(nèi)部分子排列就如同散亂的游客，而聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)則像購(gòu)票大廳隊(duì)列整齊的旅客，其強(qiáng)度更高。
但其實(shí)，普通的聚丙烯強(qiáng)度還達(dá)不到作為承力結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，于是材料學(xué)家通過進(jìn)一步提高其分子規(guī)整性以達(dá)到更好的機(jī)械強(qiáng)度。比如日本豐田公司推出的新一代具有高取向結(jié)晶性的聚丙烯HEHCPP產(chǎn)品，其內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)排列十分整齊，可以看做是紀(jì)律嚴(yán)謹(jǐn)?shù)能婈?duì)，強(qiáng)度很高，可以作為汽車儀表板、保險(xiǎn)杠。同時(shí)，高強(qiáng)度也可以通過增強(qiáng)改性來實(shí)現(xiàn)，如采用玻璃纖維進(jìn)行改性的聚丙烯。它就像是夾心餅干，中間是一層透明的高強(qiáng)度的玻璃纖維編織物，外面是聚丙烯樹脂。這樣的材料強(qiáng)度可以超過一般的工程塑料。
其次，聚丙烯價(jià)格十分低廉，來源充足，是五大通用塑料之一。制備聚丙烯的原料是丙烯，這種小分子烯烴是石油化工產(chǎn)業(yè)中的產(chǎn)品之一，產(chǎn)量相當(dāng)大，近兩年甚至供過于求，價(jià)格不斷下滑。使用這種價(jià)格低廉的材料，可以使汽車的成本下降一大截。
最后，與其它通用塑料相比，聚丙烯價(jià)低而質(zhì)不低。除了高機(jī)械強(qiáng)度外，聚丙烯沒有毒性，易于加工成型，耐油污而且清洗方便。同時(shí)，聚丙烯材料質(zhì)感比較細(xì)膩，體感比較舒適，用來做汽車內(nèi)飾件還能起到減震、隔音和隔熱的作用，不僅能提高汽車的舒適性，還能在車輛發(fā)生碰撞時(shí)為乘員提供充分的保護(hù)，綜合來說，不論質(zhì)感、舒適性還是安全性，聚丙烯都比其他的工程塑料要強(qiáng)上一個(gè)檔次。
因此，越來越多的廠商選擇聚丙烯材料來做汽車的內(nèi)飾以及防護(hù)材料，它正在取代傳統(tǒng)材料在汽車上的應(yīng)用。
三、聚丙烯在汽車上的使用還有很大的改進(jìn)空間
完美的材料在當(dāng)今時(shí)代是不存在的，盡管聚丙烯物美價(jià)廉，但仍有巨大的改良空間。
首先，聚丙烯材料的強(qiáng)度受溫度影響較大。在低溫下，這種材料會(huì)變脆，在北方城市，這是一種非常大的缺陷。而在高溫，光和氧的作用下，這種材料又會(huì)老化，而且最關(guān)鍵的是其易燃燒。這使得其在一些高溫城市中也受到一定的限制。
除此之外，隨著汽車作為交通工具的普及，人們停留在車內(nèi)的時(shí)間越來越長(zhǎng)，車內(nèi)空氣質(zhì)量就直接關(guān)系到乘車人的身體健康。
嚴(yán)格來講，大分子聚丙烯是無毒的，但是由于工業(yè)聚丙烯在大批量生產(chǎn)時(shí)，小分子不可能全都聚合成無毒的大分子，總有一些不太合群的丙烯分子只能找到幾個(gè)朋友，成為寂寞而有毒的短鏈分子；同時(shí)，由于聚丙烯的耐刮擦性能差，部分用作內(nèi)飾的聚丙烯為了提高耐摩擦性會(huì)添加一些有一定毒性的助劑。這些短鏈分子以及耐摩擦助劑在高溫環(huán)境下會(huì)不同程度的釋放出來，成為有害的有機(jī)揮發(fā)物。
當(dāng)車輛停放在停車場(chǎng)上，由于溫室效應(yīng)可以使車內(nèi)溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到90℃-100℃的高溫，這就達(dá)到了有毒揮發(fā)物的逸出溫度。車內(nèi)空間狹小而密閉，聚丙烯材料釋放出的有害氣體難以擴(kuò)散出去，車內(nèi)污染物濃度就會(huì)維持在較高水平上，進(jìn)而影響車主和乘客的身體健康。
這些問題制約了聚丙烯材料在汽車上的應(yīng)用。但我們也要看到，有許多的材料學(xué)家正在嘗試改進(jìn)工藝，用不同的方式生產(chǎn)特種的聚丙烯材料，爭(zhēng)取提高其強(qiáng)度安全性以及阻燃性。聚丙烯材料在汽車上的應(yīng)用，仍然是一個(gè)大趨勢(shì)