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据有关报道，汽车每减重公斤，百公里油耗降低0.3-0.6升。随着国家燃油指标、环保指标的要求提高，以及电动汽车行程问题的凸显，汽车材料轻量化已成行业潮流。据有关报道，汽车每减重公斤，百公里油耗降低0.3-0.6升。随着国家燃油指标、环保指标的要求提高，以及电动汽车行程问题的凸显，汽车材料轻量化已成行业潮流。目前，在汽车非金属材料轻量化领域涌现出：微发泡减重技术、薄壁化减重技术、低密度减重材料技术、碳纤维增强材料技术、生物可降解材料技术等等，已成为主机厂竞相研究的主要减重课题。今天嘀嘀君就和大家聊一聊电动汽车轻量化减重利器：微发泡技术的原理和应用困境。微发泡技术简单介绍微发泡技术(MicrocellularFoaming)由美国麻省理工学院在年首先提出，Trexel公司于上世纪90年代将微发泡技术商品化，并在美国、欧洲、日本及东南亚等地区进行产业化应用。运用微发泡技术将特制材料通过挤出、注塑、中空等成型工艺，在制品内部形成蜂窝状的泡孔结构，刨开制品后截面明显呈现三明治结构，上下是厚实的皮层，中间是具有微孔结构的发泡层。一般泡孔尺寸在1-微米，泡孔密度在00-0000万个/立方厘米。根据在材料中使用的发泡剂不同可将微发泡材料分为物理微发泡材料（简称物理微发泡）和化学微发泡材料（简称化学微发泡）。物理微发泡主要依靠超临界的二氧化碳、氮气、水等等为气源进行发泡的。化学微发泡是以碳酸氢钠、柠檬酸、偶氮二甲酰胺等化学试剂为气源进行发泡的。对比物理微发泡，化学微发泡具有设备简单、投入小、控制难度低、易于操作、工艺稳定性高、泡孔均匀、发泡效果优良，近年来成为微发泡技术主要研究方向。为便于对微发泡技术细节讨论，该文主要以化学微发泡注塑成型的工艺进行介绍，后续会针对物理微发泡，特别是超临界流体微发泡注塑技术进行专题介绍。化学微发泡注塑技术优势在一定的温度和压力下，注塑机通过自锁式喷嘴(独特之处-可控注塑)将发泡剂受热分解产生的气体溶解在聚合物熔体中形成热力学稳定的均相饱和体系；注塑前自锁式喷嘴打开，熔体快速注入模具型腔中。此时，熔体的温度和压力急速下降，溶解在聚合物熔体中的气体产生大的过饱和度，热力学均相饱和体系被打破，从而扩散聚集、发生相变形成气泡核。最后，模具型腔后退指定位置，预留出发泡的空间（独特之处-过程开模，无保压），气泡核进一步长大和定型，形成发泡结构，制品顶出，完成产品制备过程。以上为微发泡注塑成型的整个生产流程，对比常规的注塑成型工艺，该技术具有以下的明显优势：1）依靠气泡内压，进行膨胀定型，无需额外保压过程，注塑机锁模力降低，吨位减少，据文献报道成型周期缩短高达50%，可大速度降低设备费用和生产成本；2）依靠气泡内压，可消除内应力、缩痕缺陷，制备出更平、更直、无翘曲和尺寸精度更高的制品，降低残次品；3）依靠发泡技术可以设计出具有更薄壁结构的制品，且制品发泡后密度降低，据文献报道节约材料成本约10-30%；汽车领域采用注塑成型的微发泡技术，主要集中在汽车内外饰板制品，如门内护板、立柱饰板、座椅护板、行李箱衬板、发动机罩盖、空调壳体和仪表板等。写在最后如今新能源汽车，特别是新能源电动汽车发展迅猛，汽车减重负重前行，兴起于上世纪80年代的微发泡技术不论在设备投资成本上，还是在产品减重上，都体现出无比的优势，可实际应用的厂家却凤毛麟角。从现有文档材料看来拥有该技术的一配厂，多见江森、延锋、李尔等技术实力雄厚集团化公司，具有应用车型的主机厂，多见福特、通用、奔驰、大众、沃尔沃、丰田等报道。这是为什么呢？嘀嘀君认为以下几点值得深思：1）设备复杂、精密度要求高，且不说物理微发泡技术需要超临界设备、静态混合器设备、特殊机台螺杆设备等等，就算要求相对低的化学微发泡技术对设备的控制精度要求也是极为严格的，如自锁喷嘴、伺机控制系统等；2）对材料的批次稳定性、流动特性、熔体强度要求高。注塑过程中为避免中间层冷却冻结，导致发泡失败，需要尽可能缩短注塑时间，这样必然要求材料具有很高的流动性、很低的黏度，才能实现快速充填。但发泡过程又需要材料具有一定的熔体强度，较高的黏度，确保气泡在内外压力下保持动态平衡，使得泡孔核既能长大，又不会涨破，避免气泡不均匀、气泡破裂，气体逃逸引起制件外观缺陷，这对发泡材料的配方设计带来极大的挑战；3）缩短注塑时间，壁厚减薄，充填速度加快，需要大量的胶口设计，胶口数量过多必然出现熔接线缺陷，同时，充填速度过快，气体容易逃逸到皮层，导致产品外观出现气痕缺陷，产品外观质量下降；4）制品发泡后，产品力学性能损失严重，一般说来泡孔直径越大，减重比例越高，制品性能损伤越明显，在制品减重需求和综合性能的平衡上，对设计人员带来巨大的挑战；我想正是由于微发泡技术对设备、材料、工艺上要求苛刻，才导致该技术应用缓慢，随着行业同仁的努力、相信不远将来微发泡技术必能成熟应用，摆脱目前的零星打闹，带来汽车轻量化的燎原趋势。今天的科普就写到这里，更多关于汽车材料知识和汽车材料测试知识，后续会逐步展开，欢迎留言、收藏、讨论、

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