[工程塑料,汽车]浅谈工程塑料在汽车轻量化中的应用进展

浅谈工程塑料在汽车轻量化中的应用进展

随着汽车工业的发展, 我国的汽车产量稳步增长, 汽车消费规模日趋庞大。据中国汽车工业协会发布数据显示, 2008年我国产量达到934.51 万辆, 汽车销量达到938.05 万辆。虽然目前全球经济危机对各国的汽车产业带来了严重影响,但国内汽车厂家积极应对, 加上政府政策的支持, 近两月来中国的汽车销量开始回升, 从整体趋势上看, 我国的汽车工业仍将保持一个持续高速增长态势。

在汽车及相关行业的进步带来巨大机遇的同时, 汽车工业也面临着巨大的挑战。汽车及相关行业的发展对社会能源供给、环境保护等方面的影响日益明显, 因此要承受的节能减排的压力也日趋增大。汽车结构的轻量化和轻量化材料的使用等汽车轻量化技术, 可以有目的地减轻汽车自身的重量, 又能保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性, 同时满足汽车本身的经济性要求。

汽车轻量化已经成为汽车材料发展的主要方向, 节能和环保则是汽车行业的两大课题。以塑料件代替各种昂贵的有色金属及合金材料部件, 不仅能减轻车重, 降低燃油消耗和碳氢化合物排放, 还可提高动力, 适应恶劣环境, 增加安全性, 而且塑料可回收, 从而节约了制造过程中的资源消耗, 最终使汽车在安全和成本两个方面获得更多的突破。汽车造型更为美观和设计更为灵活, 是降低零部件加工、装配和维修费用的有效途径。汽车用塑料的使用已经成为衡量汽车工业发展水平的标志之一。

工程塑料是电子信息、交通运输、航空航天、机械制造业的上游产业, 在国民经济中占据着重要的地位, 其发展不仅对国家支柱产业和现代高新技术产业起着支撑的作用, 同时也推进传统产业改造和产品结构的调整。近年来, 随着我国制造业的迅速发展, 工程塑料的应用领域日趋广泛, 用量从2000年的39.4 万t 上升到2007 年的182 万t , 其中汽车行业2007年消费的工程塑料占国内工程塑料市场消耗比例的11.89% 。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, 而且耐热性、耐酸、寿命长、可靠性好等特点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如调速阀、机动盘、气流盘、水泵、输油管、皮带轮罩、冷却风扇、油门踏板等已开始使用PA 、PPS 、PBT 等注塑或吹塑成型。

随着汽车轻量化应用技术的进步, 工程塑料在汽车各部件上的应用将更为广泛。下面通过汽车所用塑料的四个方面为例分析工程塑料在汽车轻量化发展上的重要作用.

1 工程塑料在汽车动力系统中的应用

早已作为汽车内饰件优先选用材料并不断扩大应用作汽车外饰件材料, 现在又开始令人瞩目的应用于制造汽车发动机室内的功能部件, 将来可能取代金属制造汽车动力系统的几乎每一种零件。现在, 轿车、箱式汽车(面包车)、小卡车上使用的塑料, 大约25%用于发动机室内, 除了很久已经改用塑料制造的翼子板内衬和蓄电池壳体外, 发动机和燃油系统有越来越多的金属件改用塑料制造。

汽车发动机罩下(即发动机室内)进气歧管是最有可能用工程塑料和热固性塑料包括聚苯硫醚、尼龙、聚醚整体塑料(BM C)和酚醛塑料制造的部件。首先实行商业化生产的塑料进气

歧管, 是德国富吕登伯格公司用聚酯BMC 制造的歧管,其内表面十分光滑, 有助于空气进入, 使得发动机效率比用金属歧管高15 %, 歧管重量减轻1kg 。ICI 公司先进材料部采用专用级尼龙66 , 用其制造的进气歧管早在1990 年使用与大批量生产的汽车上。通用电气公司塑料部与CMI 国际公司联合研制供通用汽车公司和克莱斯勒公司使用塑料进气歧管,采用玻璃增强的PPS 与尼龙和其他工程树脂的合金。其他公司如拜耳公司赫斯特-塞拉尼斯公司、菲利浦公司的PPS , 巴斯夫公司和杜邦公司的高性能尼龙, 也被机械制造厂家考虑用作制造进气歧管的材料。

发动机气缸盖罩是汽车发动机室内最适合用工程塑料注塑制造的部件之一。许多公司都主要选用增强乙烯基酯和酚醛树脂模塑的热固性塑料结构, 因其耐热性高, 防火安全性能好。不过有部分汽车设计师倾向于采用尼龙。

2 工程塑料在汽车照明技术中的应用

在车前大灯塑料应用方面, 考虑到大灯玻璃的透明性、耐热性、耐冲击性以及易于成型性, 多数采用表面涂覆硬膜的PC , 从而进一步提高了耐擦伤性和耐候性。德国拜耳公司和美国GE 塑料公司合资的Exatec 公司推出了具有杰出的耐候性和耐磨性的聚碳酸酯(PC)汽车窗系统Ex atec500 , 并已实现工业化。前大灯反射镜壳一般用BMC(团状模塑料)、PPS 、PC 、PBT 等制成。

后排指示组合灯, 其灯罩材料为PMM A, 灯壳为填充PP ,他们之间用热熔胶粘剂粘接。随着振动焊接技术的发展, 灯壳材料开始采用耐热ABS。

世界领先的汽车车灯制造商法雷奥(Valeo)为该公司的自适应前灯系统选择了杜邦公司的Zy tel HTN PPA 塑料产品。这种车灯系统在大众帕萨特和雪铁龙C4 等众多车型上均有所应用。该系统可以给司机提供更为清晰的夜间视野,从而加强安全性。这种自适应前灯系统可以根据车辆的行驶速度和转弯角度自动改变灯光的强度和方向, 从而使司机在夜间可以更清楚地看到道路弯曲的地方, 夜间照明灯光强度的增高大大减小了司机在道路弯曲处及十字路口的驾驶压力和疲劳状况, 这样就提高了司机在各种天气和路况下驾驶的舒适性。法雷奥设计的氙气前灯适合中、高档的驾驶速度, 在道路弯曲处它可以把司机的视野距离扩大1 倍。杜邦公司在开发热塑性塑料方面走在世界的前列, 它开发的塑料可以用来代替金属。随着汽车制造商在追求更轻便的、燃油效率更高的汽车, 杜邦的高强度、耐高温的树脂产品可以用来代替汽车上的金属部件。用来代替法雷奥车灯系统中金属部件的高强度、耐高温的Zytel H TN PPA 产品就是一个很好的例子。

工程塑料供应商So lvay 公司推出两种用于高反射的汽车前灯的最佳材料。一种是聚砜UdelLTG-2000 品级, 使用温度可达175℃ , 它比大多数高温PC 和PC/ PEI 合金更耐温;一种是聚醚砜Radel LTG-3000 , 特别适合用于205 ℃的高温, 它比许多PEI 品级具有更高耐温性, 耐冲击性提高了50 %, 熔体流动速率也增加了33%。Lanx ess 公司推出两种聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)品级:Pocan KU2-7003 和TP006-004 。它们可用于制造汽车前灯罩, 替代耐高温热塑性塑料如共聚碳酸酯和聚醚砜, 且在价格上更有优势。两种产品均具有优异的表面性能, 而且可以直接金属化, 不需底漆预处理, 可以在160℃下使用。KU2-7003 已经用于雪铁龙C2 和C3 汽车前灯。两种品级加工时都不会释放挥发性气体, 积垢非常少, 这使金属化的灯罩表面性能更好。两种材料的流动性都好, 适合于制造大型和几何形状复杂的