0 前言

汽车塑化由传统的轻量化的“旧常态”理念拓展到全方位绿色化的“新常态”的科学发展观，满足“健康安全化、生态环保化、轻型节能化、美观个性化”等“新常态”的汽车绿色消费，构建“新常态”的竞争力和经济活力增长点的“红利”。绿塑创新驱动在“新常态”汽车塑料工程战略中扮演愈来愈重要的角色。近年来，国内汽车塑料工程发展取得了较为明显的成效，但受经济发展水平、经济发展惯性等因素的制约，塑料成型技术及工艺、塑料制品的质量控制、原材料的优选和先进装备等汽车塑料工程产业链的各个环节明显滞后于欧美等汽车工业发达国家，作为衡量汽车技术水平的主要标志之一的汽车塑化率较大幅度低于国际同行。本文提出了基于“新常态”战略的汽车工程绿塑创新驱动的科学技术体系，研究了汽车的热塑性塑料、生物基塑料、弹性体塑料、纤维复合材料塑料等四个方面塑料工程及废旧塑料回收利用的绿塑创新驱动，研究了汽车塑料工程清洁生产绿塑创新驱动的技术要素，提出了全套绿塑创新驱动的解决方案的科学发展观，指出基于新常态战略的绿塑创新驱动是“以塑代钢”“旧常态”走向“以塑胜钢”“新常态”，实现塑料应用于汽车领域的历史性跨越及汽车低碳排放的革命。

1  基于新常态战略的汽车塑料工程绿塑创新驱动的科学技术体系

基于新常态战略的汽车塑料工程绿塑创新驱动是实现一种最佳的生态系统以支持生态的完整性、使人类的生存环境得以持续的生态环境保护的可持续发展的持续发展理念。

1.1 汽车新常态绿塑创新驱动的科学发展原则

汽车新常态绿塑创新驱动的科学发展原则，整合生态环境保护原则与科学的有效的现代科学技术集成，在制品设计、原料、设备、成型工艺、物流、后处理、回收利用等生命周期的各个环节，根据生态环境价值并利用现代科技的全部潜力，以现代能源技术、材料技术、生物技术、污染治理技术、资源回收技术、环境监测技术、清洁生产技术、网络技术、数字技术等科学技术为指导，以先进的生态环境标准为准绳，预先防止对生态、环境、能耗、资源、清洁等产生负作用，作在线无缝结合的全套解决方案，实现从根本上保护生态环境、防止污染、节约资源和能源，最终达到对资源和能源的最大利用、环境污染和排放的最小化，实现汽车塑料工程与人、自然环境、社会环境的和谐关系，引领汽车“新常态”可持续发展。

1.2 汽车新常态绿塑创新驱动的科学发展内涵

绿色经济、循环经济、低碳经济、生态经济、环境经济、能源经济等都属于汽车塑料工程的新常态绿塑创新驱动的科学发展内涵，具体表现为：

1）新常态生态环境保护化

生态环境保护优先策略。塑料工程从原材料、成型加工、直至废弃物再生利用的整个制造工程中，直至最终处理的生命周期全过程，运用整体预防的环境战略，均不应对环境产生污染和对生态环境的破坏，洁净人类生存环境的健康化，以期增加生态效率并降低人类和环境的风险。汽车塑料外饰件、外露件在生命周期内不得释放有损生态环境的有害物质。

2）新常态清洁健康化

汽车塑料化进程中“汽车有毒”已是不容忽视的清洁健康化问题。据Autonews来自底特律的报道称，美国非营利组织生态学中心（The Ecology Center）发布“2012年消费者导购指南”报告，对11类汽车内饰件做了测试，包括方向盘、仪表板、脚垫、仪表盘、扶手、座位以及各种软硬装饰，一些知名度高的汽车其塑料内饰件材料含有有毒化学物质。

新常态绿塑创新驱动实现车内空气质量“汽车无毒”清洁健康化。车内空气质量问题引起中国汽车工业协会的重视。国家环保部去年开始启动《乘用车空气质量评价指南》强制性标准修订工作。环保部标准处发布了标准修订路线图，据悉新修订的车内空气质量标准将于2015年年底发布。中国环保产业协会也开启了绿色之星车内空气质量认证工作。汽车塑料乘员室塑料内饰件、内露件在生命周期内不得释放有害车内人员的健康的受禁物质、有害物质，不得迁徙有害安全健康的有毒物质，杜绝有损安全健康的接触危害。

3）新常态资源利用率最大化

降低不可再生资源石油基塑料消耗，开拓可再生资源生物基塑料的应用。利用可再生的自然资源或以最少的不可再生的塑料原材料通过与可再生的自然资源进行改性、增强、共混等措施研发生产的新材料。提高对可再生资源的应用领域，进而从源头节约不可再生资源。

资源消耗主要包括：原材料消耗、制造中的物料消耗、包装消耗、运输消耗、使用消耗等。

4） 新常态低碳排放节能化。、

全套绿塑创新方案以降低和减少能耗为主线，达到降低碳排放。

绿色塑料工程能耗包括：使用原材料的能耗、制造过程的能耗、成型加工的能耗、回收处理的能耗、物流的能耗。降低成型加工能耗首先从原材料的流动性能、熔融性能做起，研发既达到成型件的性能要求，又具有流动性能好、熔融温度低的低能耗成型的绿色性能的原材料。

5）新常态轻量化

轻量化贯彻生态环境保护唯一原则，无利于生态环境保护的塑化工程淡出汽车轻量化领域。  

轻量化的深入发展的新障害是如何达到及超过金属件的力学性能的轻量化，从“以塑代钢”“旧常态”走向“以塑胜钢”“新常态”。力学性能包括：强度、刚度、摩擦摩损、应力、蠕变、润滑等。从塑料原材料研发抓起，通过填充、改性、复合等技术提高原材料的力学性能，通过CAD设计优化结构件力学性能，开发多元化多样化的成型工艺提高制品的力学性能，实现汽车轻量化的力学性能的变革，达到塑料件以优异力学性能优势占领汽车结构件、安全功能件等具有力学性能严格要求的应用领域，实现全塑化的轻量化。

6）新常态人车安全和谐化

新常态绿塑创新驱动宗旨突出提高保护乘员特别是桥车驾驶员的安全功能和性能，提高汽车与人的和谐关系。

目前，桥车的抗冲击性能较差，前端碰撞保护驾驶员的安全系数较低，塑料保险杠的装饰功能远大于碰撞的安全功能。事故统计表明，欧盟国家每年大约有7000多名行人在车辆前端碰撞事故中丧生，另有数十万人受伤。通过绿塑创新驱动，使汽车的安全防护性能发挥到新的水平。

7）新常态成型加工清洁化

成型加工排放VOC，污染生态环境。新常态清洁生产是对产品生产过程中产生的污染进行综合预防，以预防为主，使废物减至最少，有效的防治污染物的产生。从源头削减污染，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放。开发少废/无废清洁工艺、排放污染物处置及物料循环等的一项系统工程，重在预防和有效性。

8） 新常态成本绿色化

新常态汽车成本不仅要考虑设计、制造和销售成本的核算，还有考虑包括使用和废弃／回收再生过程中用户和社会所承担的成本、污染物的替代、产品拆卸、环境成本等。

9) 新常态资源循环永续化

新常态绿塑创新驱动以提高汽车塑料件回收利用率为前提，研发和选用成型的高分子原材料。我国规定2016年汽车的可回收利用率达到95%、再利用率达到85%。

扩大能够再生回收利用塑料件的比例，开发资源循环利用率最大化的技术。无再生利用的高分子材料逐步退出汽车塑料工程领域。报废件易于回收再生，多层复合件尽可能采用基于同一材料而具有不同性能的原料加工，便于资源再生回收利用。

2 基于新常态战略的汽车热塑性塑料工程的绿塑创新驱动

热塑性塑料泛指石油基热塑性塑料。绿塑创新驱动对车用塑料也提出了更高的要求，使得车用塑料向成本更低、强度更高、冲击性能更好、可回收和可降解等复合材料及塑料合金方向发展。

汽车绿塑创新驱动内涵主要包括绿色热塑性工程塑料、塑料制品、成型加工及技术。

    汽车设计师面临诸多挑战，包括成本压力、减轻重量、环保责任、外观、工程创新等。热塑性塑料在最大程度上将外形设计自由度和功能综合的完美结合，从而提供符合生态环保战略的绿塑创新驱动。

2.1 绿色汽车热塑性工程塑料原材料及其应用的绿塑创新驱动

现阶段，热塑性塑料是实现汽车轻量化的首选原料。在节能、安全、环保和成本等因素推动下，汽车热塑料工程及其复合材料技术一直在朝着高性能 ( 高弹性模量、高强度、耐热、耐磨、耐火、抗老化)、清洁化、节能环保化的方向发展。

绿色循环经济的发展，对汽车用塑料赋予新的含义，不仅要达到回收的要求，而且必须能够再生利用。资源短缺的今天，对利用也赋予了更高的要求，不但要求利用率高，而且要达到资源的高附加值再生循环应用。

工程塑料通过共混改性可制备高性能的合金材料，用于制造汽车结构部件和动力部件，可以在满足强度等性能要求的同时，还可减少制品的厚度，以减轻制品质量和降低成本。还可通过工程塑料的共混改性改善工程塑料的加工性能，以利于制造大型的汽车部件，也可降低成本。

扩展材料的通用性 为了有效合理地利用能源及原材料、降低汽车成本，不同类型汽车部件采用统一的几种材料类型，不仅可以扩大原料的生产规模，降低成本，还更有利于提高材料质量，同时也有利于废旧车的回收处理。

2.1.1安全健康化热塑性工程塑料及其应用的绿塑创新驱动

绿色工程塑料塑料的首要性能是安全健康化。安全健康化塑料指原料的合成、加工、制品的成型、应用、后处理、废弃物处理及利用的整个寿命周期不得释放有损生态环境、健康安全的物质。

德国EMS化学公司研制成一种新配方尼龙，其在防烃气散失方面的能力比现有增塑尼龙12强10倍。纳米塑料以其优异抗箘、防辐射、耐老化等高附加值功能，用于制作汽车内饰件，提高乘座室的安全健康质量。

上海锦湖日丽塑料有限公司已成功开发出了高光免喷涂“塑可丽TM”特殊色彩效果树脂，其靓丽的色彩可以帮助客户应对多样化、差异化的市场需求，消除传统的涂装工艺的喷漆过程中的VOC排放，减低对环境和人体的影响。

汽车内饰件度不同程度存在VOC（挥发性有机化合物）排放，甚至豪车也存在VOC排放超标问题，影响乘员的健康。RTP Co.公司已开发出极长纤维增强聚丙烯（PP VLF），旨在达到汽车OEM对于VOC低排放的要求，已通过德国汽车行业有关异味、起雾和总VOC排放的测试，用于车内汽车仪表板、车门模块载体、控制台、座椅、货箱地板和其他内饰件的成型原料。

2.1.2节能成型降耗化热塑性工程塑料及其应用的科学发展

节能成型的关键首先是原材料具备低压、低温的成型特性。提高原料的熔融流动性、降低剪切粘度、降低熔融温度等是实现降耗塑化及注射的关键。法国Rhodia公司博学增强和无机填充的半结晶性PA Techny Star汽车塑料，采用独特的聚合和配技术，成型时同比普通的PA配混料，成型锁模力降低50%、注射压力降低30%、成型时间缩短10%、成型温度大幅下降，在欧洲以越来越多用于成型汽车发动机罩、进气歧管、分配器和装饰件等。

拜耳材料科学公司开发出能吸收红外线的PC吸收剂，汽车零部件生产商伟巴斯特公司(Webasto)用才材料注塑成型第三代奔驰精灵车顶，只要汽车内部不会升温，基本上不太需要使用空调，从而降低油耗。PC材料质量较轻，由PC制成的车顶相比玻璃车顶轻50%，这对一辆小型汽车来说，也能进一步节省燃油。

2.1.3 功能化增强热塑性工程塑料及其应用的绿塑创新驱动

汽车塑料化的发展，越来越体现出功能化增强热塑性工程塑料拓展了应用领域的发展前景。

PP经过增强，由一般力学性能要求的饰件拓展到力学性能要求严格的结构件领域发展。

巴斯夫股份公司与韩国汽车设计和工程公司APSolutions联合进行的当代汽车座椅设计，运用了巴斯夫材高流动性能的PP，打造了更薄、更轻、更舒适的汽车座椅。

杜邦公司研发耐高温、耐化学、耐老化和耐油性能优异的Zytel®PLUS尼龙，广泛用于涡轮增压器、进气系统、油底壳等高温环境中，提高了燃油经济性和减少碳排放。

陶氏汽车系统定位于专为中高量产汽车市场提供全面的解决方案，推出了旨在提供复合材料解决方案的产品系列，能够进一步促进轻量化复合材料技术在汽车市场的应用，即通过减轻汽车的重量来提高燃油效率，以满足日益严格的排放法规，对于OEM制造商和一级配套供应商客户具有相当的吸引力，打开了其应用到中高量产车型汽车市场的销路。

高性能尼龙取代热固性塑料，提高汽车绿色化科技含量。制动和离合装置用材料也开始由金属和热固塑料转为采用高温尼龙。如，杜邦公司的Zytel HTN材料就取代了密西根州的Delphi Automotive Systems开发的真空刹车调压系统中的PPS和热固塑料部件。在美国，尼龙正积极占据美制汽车的发动机箱。尼龙因为重量轻、成本低、并越来越可以与其它部件结合在一起，必将取代金属和热固性塑料。为了取得成功，尼龙不仅要证明它们能承受高热、冲击、化学腐蚀和翘曲，而且还要美观。

2.1.4 功能化热塑性工程塑料合金及其应用的绿塑创新驱动

工程塑料通过共混改性可制造高性能的合金，用于制造汽车结构件和动力部件，同时还可减少制品厚度达到轻量化及提高资源利用率。通用塑料通过共混改性可提高强度和刚度，以及加工性能，拓宽应用范围，有利于降低制造成本。用于车身部件的Bayblend® DP T90 MF-20和Bayblend® DP T95 MF改性塑料，通过PC共混物系中加入两种新型矿物填充PC+ABS等级材料，取代不易回收利用的片状模塑料（SMC2）,而且能生产出A级表面，这是SMC2经模压成型无法达到的表面质量。德国EMS化学公司研制成一种新配方尼龙，其在防烃气散失方面的能力比现有增塑尼龙12强10倍。杜邦公司最新开发的Zytel®PLUS尼龙，具有优异的耐化学、耐老化和耐油性能，广泛用于涡轮增压器、进气系统、油底壳等高温环境中，提高了燃油经济性和减少碳排放。作为功能化的热固性塑料件由于没有回收利用价值将退出汽车塑料件应用领域，研发达到同等性能和功能的改性塑料以适应绿色化发展的趋势。

PC/PBT或PC/PET合金材料既有PC的高耐热性和高抗冲击性，又有PBT或PET的耐化学药品性、耐磨性和成型加工性，是制造汽车外装件的理想材料。PPO/PS合金适用于潮湿、有负荷和对电绝缘要求高、尺寸稳定性好的场合，适合制造汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽及尾灯壳等零部件，也适合制造连接盒、保险丝盒及断路开关外壳等汽车电气元件。PPO/PA合金由于具有优良的力学性能、尺寸稳定性、耐油性、电绝缘性和抗冲击性等性能，可用于制作汽车外部件，如大型挡板、缓冲垫及后阻流板等。PPO/PBT合金的热变形温度高，对水分敏感度小，是制造汽车外板的理想材料。

2.1.5 纳米功能化热塑性工程塑料及其应用的科学发展

纳米复合技术改变了热塑性塑料的聚集态及结晶形态，纳米塑料具有优异的力学性能、耐热性能和阻燃性能及其抗菌、防辐射性能、耐老化等高附加功能，大大提高了材料的综合性能，拓展了汽车绿色石油基工程塑料工程应用的领域，同时提高了汽车轻量化和生态环境保护的科学发展水平。

纳米粒子的介入，不仅改善了聚合物的强度、刚性、韧性，而且还有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐热性及防紫外线性能等功能。

纳米PP复合材料已经应用于汽车壳体类零件，解决了壳体类PP零件变形和刚性不足等问题。丰田公司将纳米PP复合材料用于汽车前后保险杠，使原保险杠厚度由4mm减至3mm，重量减轻约1/3。

UBE公司开发出尼龙/粘土纳米复合材料（NCH）牌号，比未填充的PA6对汽油的阻隔性高3倍，满足越来越严格对汽车燃油挥发泄漏的标准。

TPO基纳米复合材料，应用于汽车内、外装饰件，优点是质轻、尺寸稳定性提高、强度更高、低温抗冲击性能更好。TPO系纳米复合材料做汽车踏脚板，已用于GM公司轿车，其具有较高的硬度、质量轻、低温下不发脆，而且容易回收。

Forte品级纳米PP复合材料，具有质轻、优异的机械强度及表面性能，用于制作汽车内饰件，具有美观、舒适及高强度的特点。国际卡车与发动机公司的重型载货车，采用了芯模技术公司开发SMC纳米复合材料，制造的车身前部模块，它不仅表面光洁，而且较普通SMC材料制造的车身的重量减轻了25％。这种新型纳米材料可使外装件的密度1.85~1.95g／cm3，降低到1.45~1.55 g／cm3。日本UBS公司开发的尼龙/粘土纳米复合材料，同比未填充材料PA的燃油箱对汽油的阻隔性高3倍，满足越来越严格的汽车燃油箱泄漏的标准。

2.1.6 绿色专用化热塑性工程塑料及其应用的绿塑创新驱动

新型绿色专用化工程塑料以其良好的性能，拓展汽车热塑料工程的科学发展，提高汽车的绿色塑料化率。

2.1.6.1 汽车前大灯绿色专用化热塑性工程塑料

巴斯夫推出了Ultradur?B4560(PBT)，可直接镀金，无需进行底漆，这种树脂的表面质量极佳，光泽度尤其受好评。

2.1.6.2 板材绿色专用化热塑性工程塑料

沙伯基础创新的LexanULG1003112OQ聚碳酸酯(PC)板材，为各种汽车和运输应用提供出众的光学质量，集牢不可破和高光学质量于一体，如水晶般清澈透明，同时兼具轻巧的外观，及波动、失真和光学缺陷最小化等高附加性能特点。

2.1.6.3 汽车内饰件绿色专用化热塑性工程塑料

锦湖日丽与延锋伟世通合作，成功开发了有利于减少驾驶员的视觉疲劳的哑光级PC/ABS系列材料，不仅替代了原来钢铁的仪表板骨架，而且作为仪表板的下部材料直接外露无需喷漆，杜绝了喷涂污染。

2.1.6.4 高温高荷载结构件绿色专用化热塑性工程塑料

制动和离合装置用材料也开始由金属和热固塑料转为采用高温尼龙。如，杜邦公司的Zytel HTN材料就取代了密西根州的Delphi Automotive Systems开发的真空刹车调压系统中的PPS和热固塑料部件。德古塞公司启动了新的Trogamid尼龙63T，它将优秀的清晰性和卓越的抗化学腐蚀性揉和在一起，用于制造发动机箱内需要被看见的部件。罗地亚 TECHNYL STAR AFX，基于新型尼龙66的创新技术使其具备了易加工性、较高的刚度、抗蠕变性、高尺寸稳定性和长期耐久性，替代传统上用金属制造的高荷载部件的设计，典型的应用包括马达部件、轴承箱和皮带轮等。

2.1.6.5 高强度薄壁专用化热塑性工程塑料

美利肯推出注射成型新型高密度聚乙烯新型成核剂Hyperform HPN 210 M。通过独特的调整结晶取向特性，这款产品可显著提高HDPE的机械性能，根据美国材料试验学会ASTM D790-00标准进行的测试表明，成核后的高密度聚乙烯(HDPE)与普通材料相比，刚度（弹性模量）可提高多达50％。刚度的改善使制品商可采用薄壁设计，从而减轻最终零件产品的重量。