我國汽車塑料的應(yīng)用是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。20世紀60~70年代是汽車塑料應(yīng)用的初級階段,僅限于制作電氣絕緣件和轉(zhuǎn)向盤等零件;20世紀80~90年代,隨著引進技術(shù)國產(chǎn)化的不斷深入,使汽車塑料的應(yīng)用從以塑代鋼,減輕車重為目的,進入到全面發(fā)展階段。汽車塑料市場研究調(diào)查報告顯示:這一時期,尤其是20世紀90年代末期,我國汽車塑料的應(yīng)用無論從單車用量、應(yīng)用品種以及汽車塑料制件的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備已基本達到引進國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。 汽車工業(yè)的發(fā)展離不開汽車塑料化的進程,目前我國工程塑料的自給率不足16%。據(jù)中國工程塑料協(xié)會預(yù)測,2010年約為10%,需求量將從2000年的44萬t增長到2010年的140萬t。我國汽車制造業(yè)對工程塑料需求量增長迅速,到2010年總用量將達到100萬t以上(以塑料用量占汽車重量的5%~10%計)。汽車行業(yè)是聚丙烯專用料的最大用戶,pp用于汽車工業(yè)具有較強的競爭力,但因其模量和耐熱性較低,沖擊強度較差,因此不能直接用作汽車配件,轎車中使用的均為改性pp產(chǎn)品,其耐熱性可由80℃提高到145℃~150℃,并能承受高溫750~1000h后不老化,不龜裂。據(jù)報道,日本豐田公司推出的新一代具有高取向結(jié)晶性的聚丙烯hehcpp產(chǎn)品,可以作為汽車儀表板、保險杠,比以tpo為原料生產(chǎn)的同類產(chǎn)品成本降低30%,改性pp用作汽車配件具有十分廣闊的開發(fā)前景。 汽車產(chǎn)量和社會保有量的大幅度增加,促進了汽車塑料應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展,汽車塑料用量也逐年增加。目前,經(jīng)濟型轎車每車塑料用量達50~60kg,中高檔轎車達60~80kg,有的甚至可達100kg,輕、中型貨車可達80kg以上,平均每輛汽車塑料用量占汽車自重的5%~10%。2000年汽車工業(yè)需用塑料約32萬噸。2005年需用塑料約52萬噸;據(jù)預(yù)測,2010年需用塑料約128.7萬噸,其中聚烯烴23萬噸,并將保持10%的增長。 由于塑料的優(yōu)越特性,在汽車設(shè)計中大量采用塑料,不僅可以實現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計,而且可以綜合地反映對汽車設(shè)計性能的要求,即輕量化、安全、防腐、造型和舒適性等。另外,還有利于降低成本,節(jié)約材料資源。 塑料在汽車上的應(yīng)用主要分為三類:內(nèi)飾件、外裝件、功能結(jié)構(gòu)件。外裝件:以塑代鋼,可減輕汽車重量,達到節(jié)能的目的;內(nèi)飾件:以安全、環(huán)保、舒適為應(yīng)用特徵,用可吸收沖擊能量和震動能量的彈性體和發(fā)泡塑料制造儀表板、座椅、頭枕等制品,以減輕碰撞時對人體的傷害,提高汽車的安全系數(shù);功能結(jié)構(gòu)件:多采用高強度工程塑料,減輕重量,降低成本,簡化工藝,如用塑料燃油箱、發(fā)動機和底盤上的一些零件。 汽車塑料材料與制品的發(fā)展趨勢 隨著塑料新材料的不斷開發(fā),塑料在汽車應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴大,主要表現(xiàn)在納米復(fù)合材料、可噴涂和免噴涂塑料、塑件鏡片和塑料玻璃、纖維增強熱塑性塑料等的應(yīng)用。 納米復(fù)合材料的應(yīng)用 tpo基納米復(fù)合材料,應(yīng)用于汽車內(nèi)、外裝飾件,優(yōu)點是質(zhì)輕、尺寸穩(wěn)定性提高、強度更高、低溫抗沖擊性能更好。tpo系納米復(fù)合材料做汽車踏腳板,已用于gm公司轎車,其具有較高的硬度、質(zhì)量輕、低溫下不發(fā)脆,而且容易回收。 豐田公司將納米pp復(fù)合材料用于汽車前后保險杠,使原保險杠厚度由4mm減至3mm,重量減輕約1/3。豐田公司又相繼推出了用于汽車內(nèi)飾件的pp納米復(fù)合材料。 納米粒子的介入,不僅改善了聚合物的強度、剛性、韌性,而且還有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐熱性及防紫外性等。由于加工簡便,效果明顯,業(yè)內(nèi)對聚合物納米復(fù)合材料的巿場前景持樂觀態(tài)度。 可噴涂和免噴涂塑料 美國通用電器公司開發(fā)的可導(dǎo)電ppo/pa材料使車身塑料件能與金屬沖壓件一起進行陰極電泳(即可實現(xiàn)全在線噴涂),從而消除汽車車身非金屬件與金屬件的色差問題。 此外,用于制造汽車車身板的pc/pbt材料與slx膜通過模內(nèi)裝飾注塑成型工藝制造塑料車身外板、前后翼子板及后舉升門等,可以達到油漆的效果,可取消油漆線,以降低生產(chǎn)成本。該技術(shù)在國外轎車車身板的生產(chǎn)中開始使用,應(yīng)引起國內(nèi)同行關(guān)注。 塑件鏡片和塑料玻璃 由美國ge公司生產(chǎn)的特殊聚碳酸酯做成的前大燈鏡片,涂有防刮傷涂層,比玻璃鏡片更亮,更抗破碎,更具光學(xué)加工的準確性。 美國在風(fēng)擋玻璃的三層安全玻璃里面又貼附了20μm厚的聚氨酯膜。美國絕大部分客車采用丙烯酸樹脂板,窗玻璃塑料化可以達到節(jié)能和保護乘員安全的目的。 纖維增強熱塑性塑料 長纖維增強熱塑性塑料(lfrt)是新型輕質(zhì)高強度工程結(jié)構(gòu)材料,因其重量輕、價廉、易于回收重復(fù)利用,在汽車上的應(yīng)用發(fā)展很快。應(yīng)用部位有:保險杠、行李倉底板、蓄電池槽、車門、車身、座椅靠背、備胎架、發(fā)動機底座、儀表盤等。 用天然纖維如亞麻、劍麻增強塑料制造車身零件,在汽車行業(yè)已經(jīng)得到認可。一方面是由于天然纖維是環(huán)保材料,另一方面植物纖維比玻纖輕40%,減輕車重可降低油耗。用亞麻增強pp制作車身底板。材料的拉伸強度比鋼要高,剛度不低于玻纖增強材料,制件更易于回收。對操作工人,可免除因玻纖引起的皮疹和呼吸性疾病。中國江陰一些企業(yè)已經(jīng)開始生產(chǎn)這類材料。 塑料在汽車中的應(yīng)用 動力傳動系統(tǒng) 發(fā)動機氣門室罩和油底殼采用聚酰胺、反應(yīng)注塑聚氨酯、環(huán)氧樹脂等玻璃纖維增強塑料模制或壓制而成; 發(fā)動機的氣缸襯墊和密封墊用高性能的或用特殊工藝生產(chǎn)的傳統(tǒng)合成橡膠,其中包括cr和frm。 耐磨pp成型材料應(yīng)用于齒輪、軸等耐磨成型制品,取代聚甲醛塑料。 廂式車和貨車中,用復(fù)合材料(玻璃和碳纖維)傳動軸代替的金屬軸,減輕了重量,降低了噪聲和振動,并使工作更為平順。英國gkn技術(shù)公司用纖維增強塑料制造的傳動軸,重量減輕50%~60%,抗扭性比鋼大1.0倍,彎曲剛度大1.5倍。 杜邦公司開發(fā)一種復(fù)合玻纖增強尼龍66用于v6發(fā)動機的有源集合塑料通風(fēng)系統(tǒng)。 懸架系統(tǒng) 塑料彈簧可明顯減輕重量。用碳纖維增強塑料(cfrp)制造的板簧為14kg,減輕重量76%。在美國、日本、歐洲都已使板簧、圓柱形螺旋彈簧實現(xiàn)了纖維增強塑料化,除具有明顯的防振和降噪效果外,還達到輕量化的目的。 車身 塑料在汽車車身上的應(yīng)用主要有三種模式。 1)外覆蓋件與結(jié)構(gòu)件全部采用塑料:主要用于高檔跑車,其骨架結(jié)構(gòu)件采用碳纖增強塑料,外覆蓋件采用玻纖增強塑料,成本很高。 2)金屬骨架與全塑外覆蓋件車身相結(jié)合:車身采用玻纖增強熱塑性聚酯注射成型,其設(shè)備為8800噸注射機,設(shè)備費用昂貴。 3)部分采用塑料外覆蓋件:一些高級轎車,骨架結(jié)構(gòu)采用金屬件,外覆蓋件則部分采用塑料件。按照塑料性質(zhì)來分主要有:熱塑性纖維增強塑料(frtp),如玻纖增強pet,gmt;熱固性纖維增強塑料(frp),如手糊玻璃鋼、rtm、smc。按照纖維又可分為:碳纖增強塑料,為超高強度(比鋼高)材料,價格昂貴;玻纖增強塑料,為普通增強材料。 開發(fā)塑料功能件,進一步減輕車重 用玻璃纖維氈增強熱塑性塑料(gmt)制造支架、托架和多功能制件等; 應(yīng)用塑料制造進氣歧管可減輕重量40%-60%,且表面光滑,流動阻力小,可提高發(fā)動機性能,并在提高燃燒效率、降低油耗及減振降噪方面有一定作用。 開發(fā)在基體聚合物中摻入電導(dǎo)性填料的“復(fù)合型電導(dǎo)性塑料”,和塑料本身具有電導(dǎo)性的“電導(dǎo)性高分子化合物”,以其高功能性能供汽車生產(chǎn)選用。 儀表板、內(nèi)飾系統(tǒng) 國外許多汽車廠用泡沫聚氨酯制造門板,不僅減輕重量,強度、吸聲性和安全性能也好。聚丙烯由于價格低廉,在美國汽車巿場上得到廣泛應(yīng)用,不僅用聚丙烯替代abs,而且有些車型內(nèi)飾全部使用聚丙烯。 目前國內(nèi)使用的儀表板可分為硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板兩種。硬質(zhì)儀表板一般為改性聚丙烯采用注射成型,在經(jīng)濟型車上使用。軟質(zhì)儀表板為聚氨酯反應(yīng)發(fā)泡成型,通常用于中高檔轎車。 發(fā)動機 利用塑料質(zhì)輕、防銹、吸振、設(shè)計自由度大的特點,汽車發(fā)動機有關(guān)塑料結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用在發(fā)達國家有了長足的進步,是中國汽車行業(yè)今后重點發(fā)展的方向之一。 發(fā)動機零部件塑料化的開發(fā)和發(fā)展可以分成兩大類:一、替代金屬件的注射成型制品,如:速度表齒輪、油泵齒輪、發(fā)動機汽缸蓋、皮帶輪罩、冷卻風(fēng)扇、發(fā)動機進氣歧管、油門和離合器踏板等;二、聚烯烴、尼龍等的吹塑成型制品,如:成型連接管。 |