拿掉车里的“石头”

“知道吗?您家的汽车，门板里边可能填充了30%的‘石头’，也就是滑石粉。”1月19日上午，记者刚到中国石化北京化工研究院(以下简称北化院)，塑料加工研究所研究员康鹏博士就向记者介绍了一则鲜为人知的“冷知识”。

已是农历腊月二十八，寒潮大风天气，北化院的实验楼里仍是熙熙攘攘。科研人员们有的围在双螺杆挤出机前做实验，有的就一个科研数据讨论得热火朝天，有的坐在电脑前进行仿真建模……康鹏博士则拿出一个汽车模型，指着车门、仪表盘等部件，向记者介绍他们持续研究多年的汽车轻量化项目的最新进展。

让车更轻

“以前咱老百姓家的汽车，高端车也好，低端车也好，车用聚丙烯里都要填充20%~30%的滑石粉。为什么填滑石粉?首先因为它便宜，能降低成本。其次汽车材料对刚性有要求，太软起不到内支撑作用。”康鹏介绍说，“通过应用我们的研究成果，能把汽车里填充的‘石头’——滑石粉给拿掉，全用聚丙烯替代。”

拿掉“石头”，好处有很多。首先是汽车更轻了。“滑石粉的密度是2.7~3.0克/立方厘米，聚丙烯是0.9克/立方厘米。同样体积下材料密度更小，能让汽车重量变轻。”康鹏说，“拿掉‘石头’后的汽车材料的刚性怎么保持?这就是我们要做的工作。我们开发了高性能聚丙烯，在兼顾韧性的同时，能把刚性做得更高，以弥补去掉滑石粉带来的强度损失。”

“这是我们开发的一款全塑料复合材料的SUV(运动型多用途)汽车尾门。原金属结构尾门重8千克左右，我们开发的塑料复合材料尾门为5千克左右，减重30%。”在试验车间，北化院副总工程师、塑料加工研究所所长高达利展示了他们开发的一款尾门。他一只手拎起车门，还上下颠了几下，显得非常轻松。

车更轻了，有助于缓解困扰新能源车主的最大问题——“里程焦虑”。“近几年多家汽车厂商宣布，2035年后将不再生产燃油车，新能源车成为今后发展方向。燃油车没有里程焦虑，但新能源车不行。特别是在冬天，汽车能多减重一点，耗电量就少一点，用户的里程焦虑就能轻一点。对新能源车来说，轻量化是一个非常有效的提高里程的手段。”高达利说。

记者了解到，北化院的汽车轻量化项目是一个集成工程，已涉及29种基础汽车部件，包括后背板、保险杠、轮毂等，形成了自主可控的成套技术。相关制件已被应用于大众、丰田、福特、长城、北汽等多家车企，并有望在飞机、高铁的轻量化上贡献更大的力量。

让车易回收

除了轻量化，康鹏研究团队的研究还能让车用材料可回收、易回收。

“从学术上讲，如果车用材料里加入‘石头’，和塑料混在一起、糅到一块，后期车辆报废后，材料不易分离和回收。”康鹏介绍说。

据了解，汽车塑料化是当前汽车制造业的一大发展趋势。数据显示，我国乘用车单车的塑料使用量为160千克，约占整车用料的13%。其中，聚丙烯是用量最大、使用频次最高、发展速度最快的品种。但是，车用塑料常与其他材料混杂，导致有机聚合物之间的分离难度大。这也是目前我国车用塑料材料回收利用率不高的原因之一。

北化院塑料加工研究所的科研人员认为，如果车用塑料能做到一体化，比如全是聚丙烯，就能做到可回收、可持续。为此，他们一直在思考如何实现塑料材料的循环化和绿色化。

此外，汽车制造过程中，车用聚丙烯不添加滑石粉后，整个加工过程的能耗是大幅降低的。“以前要用230℃的高温注塑;全部采用高性能聚丙烯后，可将制造温度降低30℃。别小看这30℃，它对于降低碳排放和能耗非常重要。”康鹏说。

让车里没味儿

项目研发团队同样关注车内的空气质量。

“大家都有体会，有时上了一辆新车，会感觉车里有异味。但这个味儿怎么来的?不清楚。所以我们选取车用塑料领域用量最大的聚丙烯来做相关研究。”康鹏指着汽车模型介绍道，“车内用到聚丙烯的部件很多，如门板、仪表板、操控台等。普通聚丙烯材料味道较大，特别是在密闭空间、较高温度时，会有多种微量挥发性有机物(VOC)释放，影响人体健康。市面上也有光触媒、香水等解决方案，但只是掩盖气味，治标不治本。作为科研人员，我们希望开发一些新材料，从源头上解决问题。”

聚焦汽车里的异味，北化院多部门协同攻关，建立了一整套识别及评价方法，对导致气味的复杂组成进行有效溯源分析。“聚丙烯的VOC有时多达五六十种，需要找出影响人感官的主要因素。我们也尝试做数据库，根据精准靶向找到相关物质，这样在原材料聚合过程中就可做到避免使用。如果避免不了，就想办法少产生。我们采用抑制、吸附、脱除等技术，做到材料从最开始的丙烯原料到聚丙烯再到制件全流程的绿色化。”康鹏说。

科研目标不会一蹴而就。经配方筛选后，为进一步验证材料在汽车生命周期内的安全环保数据，科研人员还千里迢迢奔赴海南和新疆，进行湿热气候和干热气候极端条件下的自然老化暴晒试验，最终实现了车用聚丙烯材料的长效低VOC、长效低气味、长服役周期及长期耐老化。

从2018年到2022年，历时5年，项目终于小有所成。鉴于其在推动我国车用材料高质量发展、助力实现“双碳”战略目标上的贡献，今年1月，北化院与扬子石化、镇海炼化合作开发的“绿色环保轻量化车用聚丙烯关键技术及工业应用技术”获中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖。