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        從“汽車輕量化”看工程塑料在汽車行業的應用

        September 02, 2020

        汽車輕量化的潮流

        汽車的輕量化,就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。實驗證明,汽車質量降低一半,燃料消耗也會降低將近一半。若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽車整備質量每減少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升;汽車重量降低1%,油耗可降低0.7%。當前,由于環保和節能的需要,汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。

        工程塑料用于汽車輕量化

        工程塑料用于汽車的主要作用是使汽車輕量化,從而達到節油高速的目的。發達國家將汽車用塑料量作為衡量汽車設計和制造水平高低的一個重要標志,世界上汽車塑料單用量最大的是德國,塑料用量占整體材料的15%。近年來我國汽車產業發展迅速,目前汽車年產量超過400萬輛,按照國外塑料用量預測,汽車行業年用改性塑料在50萬噸以上,這其中工程塑料占了很大一部比例,五大工程塑料性能特性各不相同,在汽車上的用途也各有偏重。

        尼龍PA

        尼龍主要用于汽車發動機及發動機周邊部件,主要品種是GFPA6、GFPA66、增強阻燃PA6等產品。

        (1) 在汽車發動機周邊部件上的應用 由于發動機周邊部件主要是發熱和振動部件,其部件所用材料大多數是玻纖增強尼龍。這是因為尼龍具有較好的綜合性能,用玻纖改性后的尼龍,主要性能得到很大的提高,如強度、制品精度、尺寸穩定性等均有很大的提高。另外,尼龍的品種多,較易回收循環利用,價格相對便宜等,這些因素促成尼龍成為發動機周邊部件的理想選擇材料。進氣歧管是改性尼龍在汽車中最為典型的應用,1990年德國寶馬汽車公司,首先將以玻纖增強尼龍為原料制造的進氣歧管應用在六汽缸發動機上;以后美國福特與杜邦公司合作,共同用玻纖增強PA66制造的進氣歧管應用在V6發動機上,以后世界各大汽車公司紛紛跟進,改性尼龍進氣歧管得到廣泛的應用。

        (2) 在汽車發動機部件上的應用。發動機蓋,發動機裝飾蓋,汽缸頭蓋等部件一般都用改性尼龍作為首選材料,與金屬材質相比,以汽缸頭蓋為例質量減輕50%,成本降低30%。除了發動機部件外,汽車的其他受力部件也可使用增強尼龍,如機油濾清器,刮雨器,散熱器格柵等。

        聚酯

        在汽車制造領域,PBT廣泛地用于生產保險杠、化油器組件、擋泥板、擾流板、火花塞端子板、供油系統零件、儀表盤、汽車點火器、加速器及離合器踏板等部件。PBT與增強PA、PC、POM在汽車制造業中的競爭十分激烈,PA易吸水,PC的耐熱性耐藥性不及PBT;在汽車用途接管方面,由于PBT的抗吸水性優于PA,將會逐漸取代PA,。在相對濕度較高、十分潮濕的情況下,由于潮濕易引起塑性降低,電器節點處容易引起腐蝕,??墒褂酶男訮BT。在80℃、90%相對濕度下,PBT仍能正常使用,并且效果很好。

        GE公司的PBT/PC合金,商品名為Xenoy1731,在高級轎車中應用最為廣泛;它的耐熱性好,耐應力開裂,具有優良的耐磨,耐化學腐蝕性,低溫沖擊強度高,易加工和涂飾性好,主要應用于高檔轎車保險杠,車底板,面板和摩托車護板等。

        聚甲醛POM

        汽車行業飾POM最大的潛在市場。POM質輕,加工成型簡便,生產成本低廉,材料性能與金屬相近。改性POM的耐磨系數很低,剛性很強;非常適合制造汽車用的汽車泵、汽化器部件、輸油管、動力閥、萬上節軸承、馬達齒輪、曲柄、把手、儀表板、汽車窗升降機裝置、電開關、安全帶扣等。制造軸套、齒輪、滑塊等耐磨零件是改性POM的強項,這些部件對金屬磨耗小,減少了潤滑油用量,增強了部件的使用壽命;因此可以廣泛替代銅、鋅等金屬生產軸承、齒輪、拉桿等。POM生產的汽車部件質輕,噪聲低,成型裝配簡便,因此在汽車制造業獲得越來越廣泛的應用。

        聚碳酸酯PC

        改性PC由于具有高機械性能和良好的外觀,在汽車上主要用于外裝件和內裝件,用途最為廣泛的是PC/ABS合金和PC/PBT合金。

        (1) 汽車內裝件 PC/ABS合金是最適合用于汽車內裝件的材料。這是因為PC/ABS合金具有優異的耐熱性、耐沖擊性和剛性,良好的加工流動性。也是制造汽車儀表板的理想材料。PC/ABS合金的熱變形溫度為110℃~135℃,完全可以滿足熱帶國家炎熱的夏天中午汽車在室外停放的受熱要求。PC/ABS合金有良好的涂飾性和對覆蓋膜的黏附性,因此用PC/ABS合金制成的儀表板無需進行表面預處理,可以直接噴涂軟質面漆或覆涂PVC膜。PC/ABS合金還用來制造汽車儀表板周圍部件、防凍板、車門把手、陰流板、托架、轉向柱護套、裝飾板、空調系統配件等汽車零部件。

        (2) 汽車外裝件 PC/PBT合金和PC/PET合金既具有PC的高耐熱性和高沖擊性,又具有PBT和PET的耐化學藥品性、耐磨性和成型加工性,因此是制造汽車外裝件的理想材料。PC/PBT汽車保險杠可耐-30℃以下的低溫沖擊,保險杠斷裂時為韌性斷裂而無碎片產生。彈性體增韌PC/PBT合金和PC/PET合金更適合制作汽車車身板、汽車側面護板、擋泥板、汽車門框等。高耐熱型PC/PBT合金和PC/PET合金的注射成型外裝件可以不用涂漆。PC/PET合金可制作汽車排氣口和牌照套。 PC/ABS合金也可以制作汽車外裝件,如汽車車輪罩、反光鏡外殼、尾燈罩等。PC/ABS具有良好的成型性,可加工汽車大型部件,如汽車擋泥板。

        聚苯醚PPO

        改性PPO在汽車上主要用作對耐熱性、阻燃性、電性能、沖擊性能、尺寸穩定性、機械強度要求較高的零部件。如PPO/PS合金適用于潮濕、有負荷和對電絕緣要求高、尺寸穩定性好的場合,適合制造汽車輪罩、前燈玻璃嵌槽、尾燈殼等零部件,也適合制造連接盒、保險絲盒、斷路開關外殼等汽車電氣元件。PPO/PA合金由于具有優異的力學性能、尺寸穩定性、耐油性、電絕緣性、抗沖擊性??捎糜谥谱髌囃獠考?,如大型擋板、緩沖墊、后阻流板等。對玻璃化轉變溫度要求較高的發動機罩時PPO/PA合金今后的應用方向。

        PPO/PBT合金的熱變形溫度高,對水分敏感度小,是制造汽車外板的理想材料。汽車行業的發展的方向是高檔次、微型化、輕質化和多元化,以塑代鋼在汽車應用中的研究也變的十分活躍。目前國內汽車用塑料平均占總材料的7%,德國的這一比例在15%;我們需要加大研發工作,做到配件結構的設計、塑料材質的選擇和行業同步發展。

        隨著電池能源行業的發展,汽車輕量化依舊會成為一大熱點,更多的頂級豪車會摒棄金屬,選擇一些高性能特種工程塑料,碳纖維等高級材料。未來汽車輕量化還會采用上述材料的多元復合材料,單一材料還是難以滿足使用和生產的需求。

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