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汽车用塑料研究进展
聚碳酸酯(PC)
国外PC的消费量在汽车用塑料中占16%,主要用于汽车照明灯和车窗等。
PC用作轿车车窗玻璃较无机玻璃轻40%,有利于节能,但因其抗划痕和耐磨性较差而影响了它的应用。
目前,国内外出现了PC/ABS、PC/聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)等合金,其中汽车用PC/ABS的消费量占总消费量的40%-45%。
中石化北京化工研究院生产的PC/ABS合金FKAC8476、FKAC1459、FKAC168W等牌号已大批量用于富康车左右侧门护板和窗装饰件等。
Diamler-Chrysler公司的Smart微型轿车采用了GEPlastic公司的XenoyPC/PBT合金制造车体面板,这种材料的车体面板可变换颜色。
PC/PBT合金中的PC可保证面板的耐冲击性和韧性,PBT可提高面板的耐腐蚀性、耐紫外线性能和高温(140℃)条件下的尺寸稳定性,制成的面板外观光滑,颜色耐久,比金属面板减轻50%,降低了燃油消耗。
面板的颜色多达7种以上,可省去喷漆工序。
Nissan公司2001年Xterra车的顶盖活动式行李架由GEPlastic公司提供,材料为PC/(丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯)共聚物(ASA)合金。
这种行李架的铝侧杆和横梁固定在6个顶盖支撑座上,能承受18kg的货物,比原PA行李架减轻61%。
ABS
ABS主要用于汽车内饰件。
ABS及其合金占汽车用塑料的7%-10%。
在日本、美国和西欧,汽车用ABS占ABS总消费量的20%-25%。
目前汽车上越来越多地使用ABS与其它树脂的共混改性品种,如ABS/PC、ABS/PVC,其中ABS/PC的应用较多。
据报道,汽车的仪表板使用ABS和ABS/PC,采用注塑工艺制备而成。
欧洲汽车的仪表板以ABS/PC及增强PP为主。
车门内板由骨架、泡沫材料和表皮构成。
红旗轿车和奥迪轿车车门内板的骨架都是由ABS注塑而成,再衬以PUR泡沫和针织涤纶表皮,以真空成型的方法复合在骨架上形成一体。
在美国,车门内板多用ABS或PP制造,国内斯太尔卡车也使用此类板材。
门把手不仅是开、闭门的功能件,而且也是装饰件,一般以ABS、ABS/PC合金等采用注塑方法制成。
ABS/PC因可电镀增加了轿车的饰点,每扇门上有上下两根采用它制成的门槛饰条并带有皮纹。
散热器格栅是为了冷却发动机而设置的部件,位于车体最前面,往往把汽车的铭牌镶嵌其间,是表现一辆轿车风格的重要部件。
目前轿车上的散热器格栅一般用ABS或ABS/PC合金注塑而成。
桑塔纳轿车的格栅是用ABS制成的,由于ABS耐候性差,使用时需加入耐候性助剂,色泽为黑色。
小红旗轿车的格栅是用ABS/PC合金注射成型后,再用喷漆涂敷的。
格栅也采用耐候性较好的ASA材料,注射成型后,表面不用涂装。
表面不涂装的成本将降低50%。
进气道是为发动机设计的部件,对于卡车来说,进气道是重要的外饰件,一般是在驾驶室后面,其制件一般由ABS板吸塑二次加工成型,或采用ABS注塑而成,重型卡车斯太尔王和黄河王子的进气道就是用ABS注塑而成的,重约15kg。
Lanxess公司的新型抗冲击耐热ABS品级LustranUltra4105可用于汽车内饰件,其耐热达103℃,比一般ABS高得多,室温下的Izod冲击强度为42kJ/m2,适用于内门把手、气孔、防水器条带。
聚苯醚(PPO)
PPO耐热性高、电性能好、具有自熄性、吸水性小、成型时收缩率低。
PPO在汽车上的用量占总消费量的27%。
汽车用PPO多为改性品级或合金,如PPO/聚苯乙烯(PS)、PPO/PA、PPO/PBT等。
PPO/PS合金适用于潮湿、承载负荷、对电绝缘及尺寸稳定性要求高的场合,适用于制造汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽、尾灯壳等零部件,也适合于制造连接盒、保险丝盒、断路开关外壳等汽车电气零件。
近几年,PPO/PS合金已用于成型奥拓轿车的仪表前盖。
PPO/PA合金具有优异的力学性能、尺寸稳定性、耐油性、电绝缘性和耐冲击性,可用于制作汽车外构件,如大型挡板、缓冲垫、后阻流板等。
据称,PPO/PA已用于GE/、LEABER、NISSNA/B-1、HONDA/CR-X等车型的挡泥板和门外围板等。
对玻璃化转变温度(Tg)要求较高的发动机罩也是PPO/PA合金今后的应用方向。
PPO/PBT合金的热变形温度高,对水分敏感度小,是制造汽车外板的理想材料。
近几年,PPO/PBT合金已用于RENAULF/25、HONDA/SATURN等车型的挡泥板、门外围板等。
近年来,日本丰田汽车公司和美国Ford汽车公司使用PPO制造仪表板。
奥拓A8的仪表面板使用PPO合金制造。
由于PPO具有成本低、减振和易于再生利用等特点,使PPO成为未来汽车仪表板的首选材料。
聚苯硫醚(PPS)
PPS比强度高、综合性能优异,被视为汽车轻量化的理想材料。
美国Lati公司推出了一种增强间规PPS(Questra)配混料,用于汽车零部件的制造。
研究表明,改性PPS在汽车上可用于取代原来的铸铁及铝压铸件等。
成都乐天塑料有限公司开发出牌号为SGPPS的PPS系列产品,以满足汽车工业的要求。
SGPPS-2C104A系列是晶须增强材料,可用于制造汽车的受力结构件(如保险杠、护板、挡板、手柄等)和非受力部件(如前后箱盖、排气管、水箱等)。
SGPPS-2W304A系列是PPS/聚醚醚酮(PEEK)/聚四氟乙烯(PTFE)合金,可用于制造汽车变速齿轮、轴承、轴套、电刷等部件。
能满足这些部件高温下摩擦系数低、自润滑性好的使用要求。
SGPPS-TC系列属于涂饰材料,具有优异的耐摩擦、抗腐蚀性能,附着力达到0级,冲击强度大于5MPa,硬度达到HRA80,盐雾试验超过300h,中温涂饰,涂层光亮,可代替Al/Mg合金用于超轻量级节能型汽车。
SGPPS-ZC103B是纳米炭素改性材料,吸油量小于0.1mg/(cm2•24h),熔胀层小于0.1μm/(80℃•24h)。
其优异的耐油性完全可以满足汽车油箱、油泵、电磁阀、油管等部件耐溶剂的要求。
SGPPS-ZC104B具有优异的抗冷热急变性,其综合性能指标明显高于通用级GF增强PPS。
SGPPS-ZC102C系列材料在80-120℃的热水中表现出优异的抗蠕变性,其使用寿命可达12500h。
近期成都乐天塑料有限公司开发成功的SGPPS-2E204B系列纳米Al2O3增强材料,在0.2mm超薄成型方面取得新的突破。
成型件挠曲度低于1%,表面平滑光亮,能满足高级电器部件壳体精度要求。
聚甲醛(POM)
POM产量的25%-30%被用于代替金属制造汽车用泵、汽化器部件、输油管、动力阀、万向节轴承、马达齿轮、曲柄、把手、仪表板、汽车窗升降机装置、电器开关、安全带扣等。
改性POM可广泛替代铜、锌等金属制备汽车轴承、齿轮、拉杆、滑块等。
用POM生产的汽车部件质轻、噪声低。
成型装配简便。
因此在汽车制造业获得越来越广泛的应用。
酚醛树脂(PF)
汽车用PF多为纤维增强品级,改性PF具有其它树脂所不能替代的特性和潜力,已用于制造汽车部件。
德国BMW公司研制的8缸7系列BMW汽车发动机进气歧管采用高模量GF增强PF制成,整个进气歧管系统共重5kg。
转子材料为55%GF/VyncolitX6952PF,由于此PF与GF的粘接性好,提高了转子的动态力学性能。
美国PolimotorResearchandRoger公司推出的Polimotor234型、2.3L排量的4缸发动机的壳体采用的是GF增强PF,功率为128.7kW,总重仅29kg。
比利时Vyncolit公司采用GF、玻璃微珠增强VynclitX7250PF,注射成型了发动机壳体。
PBT
汽车上使用的PBT一般都采用GF增强或无机填料改性,或与其它高分子材料共混改性。
PBT被广泛用于生产保险杠、化油器组件、挡泥板、扰流板、火花塞子板、供油系统零件、仪表板、汽车点火器、加速器及离合器踏板等部件。
GE公司生产的PBT/PC合金(商品名为Xenoy1731)耐热性好,耐应力开裂,具有优良的耐磨、耐化学腐蚀性,低温冲击强度高,易加工和涂饰性好,主要应用于高档轿车的保险杠,车底板、面板等。
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)
美国DuPont公司开发了汽车用RYNITEPET系列材料,该材料在用于薄壁制品时可发挥其优良的流动特性、较小的成型公差,可设计多腔模具来提高生产效率。
与锌、铝等金属相比,RYNITEPET良好的材料性能、加工工艺特性和较低的价格使其制品具有很高的性价比和较轻的质量,在轿车领域具有广泛的应用前景。
联合信号公司研发的Petra系列PET具有优良的耐高温性能和优异的低温冲击强度,经得起高于200℃的电喷着色处理,另外由它制成的制品具有很好的表面性能,可用于制造汽车的内、外装饰件,如车门、门支撑架、引擎盖等。
美国通用电器公司将PET与PBT、PC等共混制成了Valox800PET,它不仅具有良好的表面光泽和成型性,而且能在220℃的高温下使用,冲击强度达648J/m。
据称可用于轿车车身的制造。
德国BTE公司用GF增强PET研发出汽车用塑料车轮。
该车轮的最大优点是不生锈。
塑料车轮较轻,可以减轻汽车非悬挂件的质量,使汽车更易于操作、更舒适。
但目前价格较贵,是同样尺寸铝制车轮的3倍,使该制品的应用受到一定限制。
钟渊化学工业株式会社采用100份PET、1-35份溴类阻燃剂、0.1-5份锑化合物、3-12份导电炭黑及增强填充剂、结晶促进剂等加工助剂,研制出既保持力学性能及耐热性,又具有足够抗静电性和阻燃性的PET,主要用于汽车电气、电子、机械部件的制造。
Diamler-Chrysler公司将PET车身技术商业化,并应用于该公司的Wangler吉普车的顶盖,使顶盖部件由原来的5个减少为2个,成本降低10%,生产率提高30%,且不需喷涂。
汽车用塑料的发展趋势
随着汽车向轻量化方向发展,塑料在汽车上的用量日益增加,利用塑料的质轻、防锈、吸震、设计自由度大的特点,汽车用塑料结构件取得了长足的发展,并且是今后的重点发展方向之一。
塑料制品不仅能够减少汽车零件数量,在降低噪声方面也起到了很好的作用。
生产厂家应利用塑料制品成型的特点,尽量将多个零件一体化,减少数目,设法达到一次成型复杂零件的目的。
汽车用塑料的使用量逐年呈增长趋势,这种趋势在今后还将继续。
汽车轻量化对于节能至关重要,过去的20年中轿车平均减重25%,从而在世界范围内每天减少汽油消耗近75万桶,大大减少CO2排放量。
汽车外装塑料件对于汽车轻量化效果比较明显。
可见塑料在汽车上的应用,既可轻量化又可节能。
由于塑料的强度比金属差,一般情况下塑料化要随之增加零件壁厚,因此今后有待开发既便宜、强度又高又耐高温的塑料。
随着汽车用塑料由内饰件向结构件、功能件的发展和汽车负荷的增大,单一塑料已无法满足高应力件、高温件和外板等部件的使用要求,今后应开发力学强度高、综合性能好、耐热性与耐久性优良、寿命长及可靠性好的功能型工程塑料。
随着汽车工业的快速发展,车用废旧塑料的回收是一大难题。
今后应该重视和积极开展汽车废弃塑料的回收利用技术的研究,开发环保型汽车用塑料将成为未来的研发方向。
塑料在汽车上已得到广泛应用,正由非结构件向结构件、功能件方向发展。
未来几年,随着汽车工业的迅猛发展和汽车用塑料材料技术水平的提高,会有更多的塑料用于汽车零部件的制造。
塑料在汽车上的应用可能从部分替代金属向大部或全部替代发展,从而实现汽车的全塑料化。
汽车用塑料未来的发展
2004-11-0916:
00:
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随着汽车向轻量化方向的发展,塑料在汽车上的用量日益增加,特别汽车内饰件对材料提出了更高的要求。
利用塑料的质轻、防锈、吸振、设计自由度大的特点,现代汽车用塑料结构件取得了长足的发展,并且是今后的重点发展方向之一。
塑料的特性
塑料是以合成树脂(聚合树脂或缩聚树脂)为主要成分,并根据不同需要而添加不同添加剂所组成的混合物,具有独特的性能:
·密度小:
每100Kg的塑料可替代其它材料200~300Kg,可减少汽车自重,增加有效载荷。
·物理性能良好:
柔韧性较好,耐磨,避震,单位质量的塑料的抗冲击性不逊于金属,有些工程塑料、碳纤维增强的塑料等还远远高于金属。
·耐化学腐蚀性:
塑料对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有抵抗能力,其中聚四氟乙烯是化学性能最稳定的材料;最常用的耐腐蚀材料,是硬聚氯乙烯,它可耐浓度达90%的浓硫酸,各种浓度的盐酸和碱液。
·设计自由度大:
可制成透明、半透明或不透明的制品,外观多种多样,表面可制作具有特色的花纹。
·着色性好:
可按需要制成各种各样的颜色,有黑、灰、白、桃木纹等。
·加工性能好:
复杂的制品可一次成型,能采用各种成型法大批量生产,生产效率高,成本较低,经济效益显著,如果以单位体积计算,生产塑料制件的费用仅为有色金属的1/10。
·环保、节约能源:
可回收利用,且每100km节油在0.5L以上。
但相对来说,塑料也存在一些缺点,如收缩率大,吸水性强,尺寸稳定性差,难以制得高精度制品,易燃,燃烧时产生大量黑烟和有毒气体,长期使用易老化、易变形;但通过改性可降低其缺陷。
汽车塑料未来的发展
塑料制品不仅能够减少零件数量,在降低噪声方面也起到了很好的作用。
生产厂家应利用塑料制品成型的特点,尽量是多个零件一体化,减少数目,设法达到一次成型复杂零件的目的。
汽车上塑料的使用量每年呈增长趋势,可以预测:
这种趋势在今后还将继续。
在汽车设计的诸多条件中,为了轻量化及降低成本,更多地采用塑料具有重要意义。
今后的车用材料有从金属向塑料过渡的趋势。
1、以PP、ABS为主导的市场
据英国应用信息(AMI)报告,到2000年为止,轿车零部件消耗的热塑性塑料仍然以年均超过6%的速度递增,而由于PP价格低廉且性能优越,所以汽车内外饰件的发展将以PP为主,现在市场上使用的PP零件占市场份额的42%,且可望以每年8%的速度增长,特别集中的汽车内饰方面。
2、应用范围正在扩大
塑料在汽车中的应用范围正在由内饰件向外饰件、车身和结构件扩展,今后的重点发展方向是开发结构件和外装件。
3、开发复合型材料
复合型材料在汽车零部件上的应用也越来越显示其强大的生命力。
汽车上使用复合材料的零件主要是仪表板、门护板、顶盖内护板、地毯、座椅及包裹架护板,它们基本上是由表皮(塑料、织物、地毯),隔音减振部分(泡沫或纤维)和骨架部分组成,这种形式的零件除满足一定的使用功能外,又使人感到舒适美观,而且由于该种材料生产工艺简单,成本低廉、适用性强而发展得比较迅速,它将是今后汽车内饰材料的主要发展方向。
4、工程塑料的需求量将逐年增大
工程塑料,尤其是高性能工程塑料因其具有良好的机械性能、综合力学性能,还有耐热、耐酸,寿命长,可靠性好,而越来越广泛地用于汽车工业,其前景非常好,例如发动机上的一些零部件像调速阀、机动盘、气流盘、水泵、输油管、皮带轮罩、冷却风扇、油门踏板等等已开始使用PA、PPS、PBT等注塑或吹塑成型。
5、玻璃纤维增强塑料的应用也有进一步扩大的趋势
玻璃纤维增强塑料俗称“玻璃钢”,具有质轻、比强度高、耐腐蚀、电绝缘、耐瞬时高温、传热慢、隔音、防水、易着色,能透过电磁波,成型方便,具有可设计性等优点,广泛用于生产保险杠、车顶盖、导流罩、电瓶托架、挡泥板、前脸部件、裙边部件及车身壳体等。
6、向安全性方面发展
在现今交通事故不断、乘客安全受到威胁的情况下,部分内饰零件的安全性检验己纳入议事日程。
比如,仪表板上表面的头部冲击试验;其下边缘的膝盖撞击试验;座椅靠背的身体冲击试验等,均要求被检验的内饰塑料不能碎裂,更不能碎片四溅或出瑰棱角伤人。
因此,汽车内饰零件不仅要求舒适美观,更要求能保护乘客安全。
7、材料通用性
为了有效合理利用能源及原材料、降低汽车成本,不同类型轿车内饰件使用的材料可以归结到统一使用的几种材料上,这样事必会扩大这几种原料的生产规模,无论是在材料质量方面还是在成本方面都是最经济的。
8、废旧塑料的再生利用
随着人们环境保护意识的增强以及所面临的全球性能源和原材料危机,如何处理与利用好这些废旧塑料将是摆在世人面前的一大难题。
无论是从充分利用地球资源角度,还是从环境保护的立场来看,都必须积极开展汽车废旧塑料的回收利用技术工作的研究。
材料回收利用技术工作还应当配合环保法规的制定和废旧材料回收体系的建立,因此也是一项系统工程。
塑料废弃物回收利用的一般流程:
收集分离清洗和干洗粉碎和增密配料和造粒回收和再生
塑料废弃物的处理和回收利用必须坚持“4R”原则,即:
减少来源(reductionatthesource)、再使用(reuses)、循环(recycling)、回收(recovery)。
随着汽车向轻量化、环保化方向的发展,纳米技术在生产上的应用,塑料和复合材料研究的进一步深入,可以预料塑料将在汽车工业上的应用越来越广泛。
其重要性不言而喻,开发并使用全塑汽车已不是梦想,一个塑料化的汽车工业时代即将到来。
汽车用塑料的开发应用及市场趋势
当前在汽车工业领域中已大量使用塑料,用以代替各种有色金属和合金钢材,这是汽车工业提高汽车造型的美观与设计的灵活性、降低零部件加工、装配和维修费用的有效途径。
车用塑料的使用已成为衡量汽车工业发展水平的标志之一。
汽车工业是塑料的主要市场,90年代初,发达国家每辆汽车上塑料的平均用量为100-130公斤,1992年已增加到269公斤,预计到2001年将增加到337公斤,占车重的22.7%。
我国的汽车工业自1956年起,经过40多年的发展,已有了很大的起色。
近年来汽车用塑料用量有了显著的提高,如上海大众生产的桑塔纳轿车每辆车的塑料用量已增加到46公斤。
据预测,我国汽车产量在2000-2005年将达到300万辆,2005-2010年将达到300-600万辆,其中轿车占60%、轻型车占25%。
由此推算,在2001-2005年我国车用塑料需求量为24万吨,单车平均为78.02公斤。
汽车工业成为我国的支柱产业,将会带动我国车用塑料市场需求的增长。
汽车用塑料的主要品种及其应用情况简介如下:
1.聚丙烯(PP)
车用塑料一般都不是单纯的聚合物,而是塑料合金、共混物或复合材料。
如PP类有共聚级、滑石填充、玻璃纤维增强等大类品种。
改性PP是车用塑料中用量最多、使用量增长最快的品种,尤其是经橡胶改性的PP在汽车外用部件方面取得了突破性的进展。
用弹性体和PP共混改性,尤其是用EPDM(三元乙丙橡胶)机械共混,所形成的热塑性弹性体其冲击强度可提高7倍,且具有优良的耐热、耐低温及耐老化性能,加工成型性好。
保险杠是最具代表性的PP汽车零部件之一,PP具有价格低、设计自由度大、可注射成型等优点。
保险杠材料大部分采用可注射成型的EPDM改性PP,它具有超高抗冲击强度400J/m(常温下)、50J/m(低温下)。
这是在普通增韧基础上交联改性,使共混物产生网状结构而大幅度提高冲击强度,以满足保险杠耐冲击、耐热、耐老化、耐低温及刚性、韧性好的要求。
另外PP车用塑料最重要的用途是蓄电池外壳,其次还可用于汽车气囊、水箱面罩、仪表板、防撞板、导流板、护栅、仪表板、方向盘柱座、支柱装饰件、倒后镜、行李箱衬里等零部件。
2.尼龙(PA)
由于尼龙新树脂的出现,尼龙的性能正在扩大,适用于汽车外部和发动机室内部的零部件。
尼龙66在发动机罩下的应用占统治地位,增韧尼龙66用于车轮盖、发动机水箱盖和风扇等部件。
预计在今后的十年中,将有80%的汽车采用尼龙塑料进气管。
尼龙6624%玻璃纤维增强和16%矿物填充的材料,其耐腐蚀性优于镁,可代替镁用作汽缸头盖。
尼龙6可用于车用电连接器、装饰板和电动天窗等部件,增强级尼龙6合金可用作发动机正时齿轮盖代替金属铝。
载重汽车采用气动刹车系统,只有尼龙11符合所有国家对气动刹车管的技术要求。
尼龙11还可用于汽车中的输油管、其它管件、注塑部件和粉末涂料。
尼龙12和以马来酸酐接枝的线型低密度聚乙烯的共混物,可用以挤出吹塑成各种发动机零部件如冷却系统部件、燃料过滤器和刹车油的容器。
尼龙合金一般可用作车身外板、车板、车轮盖、热水阀、散热格栅和仪表盘等。
3.聚氨酯(PU)
1998年世界汽车制造业的聚氨酯用量约为96万吨。
一般,聚氨酯占轿车用塑料的20%,平均每辆轿车的用量为18公斤,多数采用MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)为基质的工艺技术,但汽车座垫仍有50%以上采用TDI(甲苯二异氰酸酯)为基质的体系。
轿车用聚氨酯泡沫塑料的内饰件有:
座垫、头枕、隔音、仪表板、遮阳板、顶棚衬里、门板等。
轿车用聚氨酯外体部件有:
保险杠、阻流板、前后饰带、格栅、后侧板、车门坎板、挡泥板等。
由于聚氨酯可塑性能优良,材料性能适应性强,其在轿车中的应用正在日益扩大。
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