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塑料在汽车工业中的运用

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摘要:当前,随着汽车保有量逐年增加,汽车能源消耗与尾气排放问题越来越突出。因此在汽车制造与使用过程中节能减排的要求也越来越迫切。使用轻量化的材料对节能减排起着非常重要的作用,塑料具有轻质、环保、易于成型加工的特性。因此增加塑料在汽车中的使用量是汽车减重的关键,减轻汽车重量同时也是降低汽车排放,提高燃油效率最有效措施之一。

关键词:塑料;汽车工业;能源消耗

塑料是汽车中应用最广泛的轻质材料,“以塑代钢”已经成为汽车汽车工业的发展趋势,塑料应用从最初的内、外饰件扩展到现在的汽车结构件、功能件等部件。

1通用塑料在汽车中的应用

塑料按照应用范围分为通用塑料、工程塑料、特种工程塑料。通用塑料具有产量高、价格低、用途广泛的特点,占汽车塑料用量的60%以上,其主要应用的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和ABS。

1.1聚乙烯(PE)

PE具有优良的耐化学腐蚀性、优良的电绝缘性和较高的韧性及耐低温性的特点。常用聚乙烯有高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)。三者当中HDPE有较好的热性能和机械性能,常用于生产管材、中空容器、注塑制品等。汽车中的水箱、油箱等一般是用HDPE经过吹塑制成的。HDPE油箱的韧性和强度比金属油箱更好,由于制造过程是吹塑一体成型无缝隙,不会漏油,在发生碰撞或摩擦时不容易产生火花,因此作为油箱更安全,而且箱体比金属更轻、形状可塑性更强。因此目前大部分汽车用HDPE油箱替代金属油箱。LDPE和LLDPE具有较好的柔韧性更适合制造膜类产品,在汽车中的电线电缆以及包装物中应用较多。

1.2聚丙烯(PP)

PP有着价格低廉、密度小、硬度高的特点,其拉伸强度、屈服强度、硬度以及耐热温度均优于PE。而且材料易于成型加工。PP可分为均聚PP(PP-H)和共聚PP(PP-R及PP-B),均聚PP强度高但韧性较差,共聚PP由于在PP分子链中引入乙烯所以材料韧性较均聚PP明显增加,但强度不如均聚PP。PP具有低温脆性、收缩较大的缺点。在汽车中应用一般通过与其它材料共混改性来提高材料性能,改性方法主要有填充、增韧、增强、耐候等,经过改性后可以提高PP的强度、韧性、成型加工性、尺寸稳定性等特性,改性后PP可以达到工程塑料的性能,在汽车内、外饰中应用非常广泛是用量最大的塑料。

1.3丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)

ABS具有较高的冲击韧性、高刚性和耐低温性、机械强度和电气性能优良。ABS具有较低的成型收缩率(0.5%左右),所以材料成型尺寸稳定性好,可做精密度较高的产品,由于其特殊的化学性能材料容易进行涂装、着色,还可以进行喷涂、电镀,是最适合电镀的塑料品种。ABS的耐热性较差,遇高温易软化,维卡软化点85℃左右,汽车使用过程中环境温度会超过85℃,因此一般汽车中使用的ABS通常是经过耐热改性后的ABS或者使用PC与ABS共混制成PC/ABS合金产品。耐热ABS维卡软化点可达95℃以上,有些甚至可达110℃。ABS类产品用于外饰中的格栅、内饰中有需要涂装类的产品中。

2工程塑料在汽车中的应用

工程塑料是指能承受一定的外力作用,并有良好的机械性能和尺寸稳定性,在高、低温下仍能保持其优良性能,可以作为工程结构和工业零件的塑料。汽车中常用的工厂塑料有:聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)。

2.1聚碳酸酯(PC)

PC机械性能优良,其冲击强度和刚性都较为突出,是典型的既强又韧的材料,能在-60-100℃仍能保持较高的机械强度,长期工作温度可达120℃。材料收缩率为0.5%左右,制品尺寸稳定性好,还具有优良的电绝缘性,材料较难点燃,离火自熄。由于PC有较高的透明度,在汽车照明系统中应用较为广泛,目前通用、福特、日产等汽车中的前照灯外壳均采用PC生产。PC与其它塑料共混制成的PC合金在汽车中也有较多的应用,常见的PC合金有:PC/ABS、PC/PBT、PC/ASA等,这些合金既具有PC的高强度高耐热又具有其它材料的优点,在汽车内、外饰中有较多的应用。近年来利用PC来制造汽车车窗和车身部件的研究也较为活跃。

2.2聚酰胺(PA)

PA俗称尼龙是性能优良应用广泛的工程塑料,PA的种类很多,有PA6、PA66、PA610、PA1010以及近年开发的半芳香族尼龙PA6T、PA9T和特种尼龙等很多品种。PA具有优良的力学性能,拉伸强度、刚性、冲击韧性较好,还具有自润滑性,有优良的耐摩擦性。PA具有良好的化学稳定性,对汽油、润滑油具有优异的抵抗性,见表2。尼龙有较强的吸水性,最高能从潮湿空气中吸收5%以上的水分,尼龙吸水产生增塑效应,导致体积膨胀、强度下降韧性增加。有些尼龙制品生产后往往通过水煮来减少产品脆性增加尺寸稳定性,但因为吸水产品在高温季节和低温季节性能差别巨大,在使用尼龙材料时尤其要注意材料吸水对产品造成的影响。尼龙作为结构性材料对其强度、耐热性、耐寒性提出更高的要求,因此针对某一应用领域通过改性来提高材料性能,扩大产品应用领域。尼龙改性主要有添加玻璃纤维增加改性、增韧改性以及阻燃改性。玻璃纤维能大幅度提高尼龙的性能,添加30%的玻璃纤维PA6的模量可以从2500MPa上升到10000MPa以上,长期使用温度从80℃提高到140℃。可以替代金属材料使用。应用进气歧管、发动机装饰盖、散热风扇、电气外壳等部件。

2.3聚甲醛(POM)

热塑性结晶聚合物,被誉为“超钢”或者“赛钢”,五大通用工程塑料之一,白色粉末状或颗状固体,表面光滑且有光泽和滑腻感,硬而致密,呈半透明或不透明,POM有均聚和共聚之分。均聚POM的密度、结晶度、熔点都高,力学性能较好,热变形温度高,但不易加工,热稳定性差,加工温度范围窄(约10℃),对酸碱稳定性略低;力学性能随温度变化小。共聚甲醛密度、结晶度、熔点、强度和热变形温度都较均聚POM低,但其热稳定性好,有较高的连续使用温度,不易分解,加工温度范围宽(约50℃),对酸碱稳定性较好,韧性高,耐候性能较好。POM表面硬度高,具有较高的磨蚀阻力和较低的摩擦系数,还具有自润滑性能,这些特性是用以生产齿轮和减磨轴承材料所不可缺少的性能,POM做齿轮和耐磨材料有着重要的优势。在汽车上用于输油管、泵、动力阀、轴承、齿轮、轴套、电气开关等部件。

3特种工程塑料在汽车中的应用

特种工程塑料是指综合性能更高、性能更好,长期使用温度在150℃以上的工程塑料,特种工程塑料主要包括聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、液晶聚合物(LCP)、含氟聚合物等,特种工程塑料种类多,性能优异但价格昂贵。最初主要用于高科技领域、军事和航空工业中。特种工程塑料与普通工程塑料相比,特种工程塑料使用温度更高,普通工程塑料最高使用温度一般在100℃左右,而特种工程塑料很多品种能在200℃以上的高温条件下使用;特种工程塑料比一般工程塑料的强度更高,用玻纤增强的特种工程塑料可以达到与金属相当的强度。有些部件在工作时温度会超过200℃,普通工程塑料材料由于使用温度较低而无法使用,就需要使用这些能耐高温的特种工程塑料了。特种工程塑料在汽车中主要用于制造功能件,如用PPS制造发电机和发动机上的点刷、电刷托架、汽车上的点火器、加热器、离合器、齿轮箱排气系统等部件。

4结语

不同种类的塑料性能差别很大,各种塑料都有其独特的用途,在选用塑料种类时首先了解不同塑料的特性,然后根据塑料使用环境进行选择,在选用塑料时要遵循经济适用的原则,选择合适、价格便宜的塑料。

作者:韩琛 单位:宁波一彬电子科技股份有限公司

塑料在汽车工业中的运用责任编辑:张雨    阅读:人次