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聚丙烯高性能化技术及其在汽车轻量化上的应用
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    U465.41
  • 关键词:
  • 成果简介:
    节能减排是汽车工业最迫切的任务之一,无论对于传统燃油车还是新能源汽车,轻量化都是主要路径,燃油车车身每减轻10%,油耗降低6-8%,新能源汽车自重直接决定了其续驶里程。采用高性能材料实现塑料零部件薄壁化和以塑代钢是轻量化两个最可行的方向。中国汽车产量世界第一,但自主选材能力较为落后,同时合资品牌所用高性能专用料长期依赖进口,其制备技术长期对中国封锁。中国汽车工业高质量发展面临严峻挑战。 该项目通过产学研用联合攻关,针对汽车用量最大的塑料品种聚丙烯(PP),以国产通用聚丙烯树脂为基料,通过增韧增强模型、流变、工艺装备等系统创新,开发出优于国际同行的高强度、高韧性和高流动性(简称“三高”)聚内烯专用料,开发了制品结构设计、加工工艺等成套技术,用于江淮、大众、通用、福特、宝马等品牌汽车的薄壁保险杠、门板、立柱等制件,减重13-40%;高性能长玻纤增强聚丙烯实现了大型构件以塑代钢,开发出汽车单件最大的注塑件-新能源汽车电池上盖,减重70%,轻量化效果国际领先。 主要创新点:发明了“核-壳-壳”增韧增强技术,以无机纳米粒子为“硬核”、不同硬度的弹性体为内、外壳的“核-壳-壳”协同增韧增强,使无机刚性粒子与聚丙烯基体间形成应力梯度传递,解决了低弹性体用量时聚丙烯强度和韧性同时提高的难题;发明了超支化增韧技术,超支化增韧剂流体回转半径小、网络化程度高,使材料在保持高强度高韧性时具有高流动性;发明了螺拉结构和递减波峰弯曲流道浸渍技术,建立了“三高”聚丙烯/长玻纤浸渍理论模型,通过调控纤维浸润条件,解决了复合材料界面问题,开发出高性能长玻纤增强聚丙烯产品及全自动生产线,奠定了智能制造的基础;开发了轻量化CAE仿真模拟技术,对制件结构、模态、模流和模具的同步设计,提高了结构分析与模态分析精度,准确率达到99.9%,制件开发周期缩短60%以上;开发了材料脆韧转化的加工调控技术,控制剪切场的分相、结晶及其动力学,构建了微观结构演化和宏观力学性能调控模型,实现了对注塑制件力学性能的有效调控。 项目获授权发明专利17件,核心专利“超高韧性高强度聚丙烯组合物及其制备工艺”获中国专利金奖(行业唯一),制定国家标准1项,发表学术论文9篇。中国石油和化学工业联合会鉴定该项目整体达到国际先进水平。 该项目近三年累计生产专用料38.1万吨,新增销售额53.4亿元,新增利润5.2亿元,主要应用单位新增销售额442.9亿元,新增利润10.3亿元。制件累计装车3610万辆,涵盖主要合资品牌和自主品牌,超过100种车型,减排二氧化碳490万吨。在美国建成专用料生产示范线,实现了中国改性塑料行业对发达国家的技术输出。该项目为中国汽车轻量化特别是新能源汽车高速发展奠定了材料基础,为通用塑料的高性能化找到了新方法、开辟了新路径,对这两大行业的高质量发展具有重要的支撑引领作用。 该项目获评2017年度上海市科技进步奖一等奖。
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