汽车PP.LGF塑料尾门，比金属更靠谱!
在当前面临全球气候变暖以及能源危机的大形势下。汽车的排放有着越来越严格的要求。以欧盟为例，2020年，欧盟范围内销售的95％的新车，其平均单车碳排放需控制在95g／km之内。超出标准的碳排放量中，超出的第1克罚金为5欧元，第2克罚金15欧元，第3克罚金25欧元，从第4克开始，每克罚金为95欧元。同样，中国的《乘用车企业平均燃料消耗量核算办法》确定的节能汽车发展目标是：到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0 L／(100 km)。
汽车轻量化是降低汽车排放、提高燃油效率的最有效措施之一，是汽车技术发展上的一个关键方向。研究表明：汽车的自身质量每减少10％。燃油消耗可降低6％～8％。对应欧盟的二氧化碳排放指标，汽车的自身质量每减少100 kg，二氧化碳排放可以降低10/km。
在轻量化要求的同时，汽车的可靠性、安全性、舒适性的要求也在提升。这就要求在汽车设计中采用各种新型的结构和材料。在减轻质量的同时保证其强度、刚度等各种性能的平衡。在这方面。一种长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料(简称PP.GF材料)是一种重要的技术。近年来，兼顾了低密度和高强度特性的长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料开始用于汽车的各个部件，越来越多的车型采用该材料生产前端模块、仪表板骨架等。并且开始探索将该材料用于其他各结构件。其中一个新型的研究热点就是塑料尾门。
塑料尾门技术发展及对比分析
纵观全球，各个整车厂陆续对塑料尾门进行许多尝试和应用。从材料技术的角度，基本可以分成两代。
第一代：尾门的内外板由SMC或GMT构成。该技术早在20世纪90年代就已出现，该GMT技术以玻璃纤维(毡)为增强材料，热塑性树脂为基体，通过加温、加压制成复合材料，取代部分金属材料。获得一定的减重效果。采用该技术的主要车型有标志的508 SW、雪铁龙的c4毕加索、切诺基吉普车、日产的Murano以及国内的荣威E50等。
第二代：尾门采用聚丙烯塑料外板，内板由长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料(PP．LGF材料)构成。该PP．LGF材料技术采用注塑成型技术．将PP—LGF材料注塑直接成型制作尾门内板。由于PP．LGF材料有着优异的机械性能，同时注塑成型技术赋予其极自由的成形形状。可局部实现复杂的加强结构，再加上更小的密度，减重效果优异，目前已是塑料尾门主流方向。包括之前采用第一代技术的公司也纷纷尝试PP．LGF材料技术的尾f-I。目前，采用该技术的已量产的车型主要有：新一代日产奇骏、宝马i3、福特Kuga、标志雪铁龙308s、雷诺新Clio以及斯巴鲁R1等。
采用该PP．LGF材料技术的尾门。实现了显著的减重效果、更好的生产效率以及表面质量提升到可直接外露的水平(无需内饰板装饰)，目前已成为塑料尾门的设计趋势。
PP．LGF材料塑料尾门性能分析
由于PP材料本身有着热塑性材料的特点，再添加长玻纤材料在其中，使其产生了优异的机械性能和耐高低温性能。其特点如下：
(1)密度小、强度高。尾门常用的PP—LGF材料密度在1.2 kg／m³左右，仅为SMC的1／4。钢材的1／6。而弯曲模量可以达到8000 MPa以上。
(2)结构设计自由。PP.LGF材料采用注塑工艺，可以成型出复杂结构和曲面，实现优化的刚度质量比。达到很好的减重。
(3)生产效率高。PP.LGF材料采用注塑工艺。已经在汽车零部件上大量应用。生产效率完全可以满足大规模生产的节拍要求。
(4)耐热稳定性好。PP.LGF材料在常规聚丙烯内添加了长波纤组分。大大提高了其耐热性能。长期使用温度提高到100℃以上。甚至已可以满足发动机舱的环境应用要求。
(5)表面质量较高。PP.LGF材料流动性好，成品表面质量可以达到内饰板的标准。作为结构件可以直接外露而无需内饰件遮盖。
(6)材料利用率高达95％，生产损耗小。正因为有着如上优点．PP.LGF材料在汽车上的应用也越来越广。几乎所有的主机厂均有采用PP.LGF材料的成功案例，其主要应用涵盖了前端模块、保险杠梁、仪表板、车门模块、底护板、电池托架等各个部位。
就材料本身属性来说，塑料的强度没有金属高。但是通过改变厚度或优化结构完全可以达到与金属相同的强度．并且质量还更轻。因此，通过结构的优化设计，PP.LGF材料完全可以达到金属尾门的结构强度要求。同时，PP.LGF材料可以针对局部做不等厚度、局部加强的设计。使得材料的力学利用效率提高。另外，相比之下，金属尾门则只能做成统一的厚度。这样会造成某些部分设计过度(指某些部位强度远大于安全标准，额外增加成本)。
另外，在实现相当的机械性能的基础上，PP.LGF材料的塑料尾门相比于传统的金属尾门有着更多的优势：
(1)减重，降低整车油耗和二氧化碳排放。降低整车质量是目前各个主机厂追求的目标。PP.LGF材料的密度大约只有铁的1／7，相同机械性能最高可以达到50％的减重，但考虑到高温、疲劳等复杂工况的要求，采用PP.LGF材料的尾门整体基本可以实现约30％的减重。
一个典型的例子是日产的某车型，其尾门采用PP.LGF材料的内板和TPO(Thermoplastics Polyolefin)的外板，实现了相比金属30％的减重。并且提高了10％的燃油经济性。另一个在中国的例子，标致雪铁龙的某车型尾门，塑料尾门的质量只有12kg，相比于原金属的尾门减重了25％。
(2)集成度高、设计性强、降低造车成本。现在，无论是汽车的动力总成还是电子系统。对于集成度的要求越来越高，以此来减少部件的数量，达到降本、减重的效果，在尾门上同样有这样的需求。PP.LGF材料的塑料尾门相比金属尾门能够在集成度上做得更出色，金属部件需要用10个的话，塑料部件只需要3个甚至2个即可。这也就意味着在组装车身时可以节省大量时间。一个典型例子：车尾门上方都有一块扰流板，若是金属尾门。那么这块扰流板需要采用额外的工序加装上去：而采用PP.LGF材料的塑料尾门方案，则尾门和扰流板可实现一体化节省了多余的工序。另外，金属尾门在外形设计上局限性较大，设计时很难达到理想的空气动力学造型。而且，金属尾门的边缘需要采用许多密封件来保证车门的密封性，塑料尾门则无需这些密封件。因为它的强可塑性让车门边缘非常平整和光滑，不存在密封性问题。同时，可塑性强也使得塑料尾门能够设计成更多变的造型。
(3)复原性好，用车成本少。在城市中，90％的车辆碰撞都是低速碰撞。金属材料由于没有弹性。一旦发生形变则无法还原。重新塑形、喷漆昂贵。热塑性材料的低模量使得此类塑料尾门在低速碰撞之后有自动复原的功能：即在受到较低速度的冲击时，塑料会弹性变形，吸收大量的冲击能量，然后恢复原形。另外，塑料的耐腐蚀性也要远远大于金属。即便表层漆面受损，也不会出现腐蚀现象，从而节省一部分保养开支。
PP.LGF材料塑料尾门的开发
在设计上，传统尾门原金属部分通常由两部分构成：尾门内板和尾门外板。而高度集成的塑料尾门同样由尾门内板和尾门外板构成。其中尾门外板根据造型分块的不同。可以拆分成上外板和下外板。尾门内板为PP.LGF材料，尾门外板为低线性膨胀系数的聚丙烯材料。
塑料尾门的内外板均采用注塑工艺。尾门内外板之间采用胶粘合工艺。考虑到PP.LGF材料各向异性的特点。一般需用专用的模流分析软件来进行仿真，指导模具的开发和设计，控制零件的尺寸和性能。尤其尾门组装后系统的翘曲尺寸分析。应当纳入整个仿真以获得最佳控制效果。