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汽车用塑料的研究进展
2006-12 中国塑料工程信息中心
关健字:
    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/ABSPC/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FKAC8476FKAC1459FKAC168W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Xenoy PC/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2001Xterra车的顶盖活动式行李架由GE Plastic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ABSABS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/PCABS/PVC,其中ABS/PC的应用较多。据报道,汽车的仪表板使用ABSABS/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ABSPP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ABSABS/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ABSABS/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Lustran Ultra4105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/PAPPO/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/LEABERNISSNA/B-1HONDA/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/25HONDA/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SG PPSPPS系列产品,以满足汽车工业的要求。

    SG PPS-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)

    SG PPS-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。

    SG PPS-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。

    SG PPS-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。

    SG PPS-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

    SG PPS-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SG PPS-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87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/Vyncolit X6952 PF,由于此PFGF的粘接性好,提高了转子的动态力学性能。

    美国Polimotor Research and Roger公司推出的Polimotor 234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Vynclit X7250 PF,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Du Pont公司开发了汽车用RYNITE PET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,RYNITE PET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PETPBTPC等共混制成了Valox 800 PET,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100PET1-35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。

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