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[塑料] 汽车塑料制品及加工技术发展现状和趋势

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发表于 2013-11-18 21:42:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本帖最后由 846082533 于 2015-12-31 14:47 编辑 <br /><br />塑料在汽车中的应用遍及所有总成和零部件,习惯将它们分为内饰件、外饰件、车身、功能和结构件共4种类型。塑料在汽车领域的应用日渐广泛,从部分替代金属向大部或全部替代发展,除发动机等少数部件,全塑汽车时代已经越来越近。汽车塑料制品的发展不仅有赖于新材料的开发,新的加工方式也至关重要。
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发展现状
汽车内饰件
一辆汽车最容易出彩的是内饰件,因为汽车的外观是给别人看的,而人们真正享受的是汽车的内饰,内饰强调触觉、手感、舒适性和可视性等。汽车内饰件包括:车厢隔板、门内装饰板、仪表板、扶手、地毯、门内手柄、装饰条等。内饰件用量高达整车塑料总用量的56%。
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欧洲汽车仪表板一般以PC/ABS及增强PP为主要材料。美国汽车仪表板多用苯乙烯/顺丁烯二酸酐SMA,这类材料价格低,耐热、耐冲击,具有良好的综合性能。日本汽车仪表板曾采用过ABS和增强PP材料,目前则以玻璃纤维增强的SAN为主,有时也采用耐热性更好的改性PPE。仪表板目前多采用气辅注塑成型技术生产。
在美国,车门内装饰板用ABS及其合金或聚丙烯(PP)注塑成形的居多。日本开发了一种冲压成形、连续生产全PP车门内饰板的技术,门板包括PP内衬板、PP泡沫衬层和PP/EPDM皮层结构。最近开发成功低压注射-压缩成型方法,全PP车门内饰板便于回收利用。在美国市场上,内饰件也都采用PP逐渐替代ABS。
天然纤维增强热塑性复合材料也是当前国外汽车塑料的一个重要研究领域,纳入研究的天然纤维来源有纤维素、木材、亚麻、黄麻、剑麻、大麻、龙舌兰叶纤维、椰子壳纤维,以及稻草与其他农作物废料等。
戴姆勒-克莱斯勒公司已成功将天然纤维复合材料应用在了其生产的奔驰E系列轿车上。先前此类车的车门、车内部件用的是木纤维复合材料,现在用亚麻/剑麻毡增强的环氧树脂,使得重量减轻了20%左右,而且机械性能也得到了改善,尤其是对于安全保护而言。另外,用亚麻/剑麻毡增强复合材料能够成型更为复杂的立体构件。奥迪A6轿车靠背上的缓冲垫可使用天然纤维(如椰子壳)浸胶材料,透气性好;骨架材料可用GMT(玻璃纤维毡片)取代钢铁材料。天然纤维复合材料在汽车工业的应用目前还局限在汽车内饰件上。
中国使用的仪表板可分为硬和软仪表板两种。硬仪表板常被用在轻、小型货车、大货车和客车上,一般采用PP、PC、ABS、PC/ABS等一次性注射成型,表面需经涂装后才能使用,且最好选用亚光漆涂装。由于高档仪表板追求质感,在仪表板表面做一部分桃木饰纹将是一种发展方向。
软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成,但是由三种以上材料构成的仪表板的再生利用极为困难。为了便于回收利用,正在发展用热塑性聚烯烃(TPO)表皮和改性PP骨架及PP发泡材料构成的仪表板。
汽车外饰件
外饰件的应用特点是以塑代钢,减轻汽车重量。汽车外饰件包括:前后保险杠、发动机罩、散热器格栅、挡泥板、车外门把手、后导流板、车身装饰条等。外饰件除具有内饰件功能外,还要求具有高强度、高韧性、耐环境条件性能及抗冲击性能等。聚酯(PBT)和聚酯/聚碳酸酯合金(PBT/PC),尤其是弹性体增韧PBT/PC合金和PET/PC合金是制造汽车外饰件的理想材料,适合制作汽车车身板、侧面护板、挡泥板、门框等。
高耐热型PBT/PC合金和PET/PC合金的注射成型外饰件可以不用涂漆。如沙伯基础创新塑料的PBT/PC合金,商品名为Xenoy1731在高级轿车中应用广泛。巴斯夫PBT/PC合金Ultra-blend已大量用于制造保险杠。
散热器格栅是为了冷却发动机而设置的开口部件,位于车体最前面,往往把汽车的铭牌镶嵌其间,是表现汽车风格的重要部件。有用耐候性较好的ASA(丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸橡胶组成的三元聚合物, 属于抗冲击改性树脂)材料,在注塑成型后,表面可不经涂装。表面不涂装的散热器格栅成本将降低50%。锦湖日丽开发了高抗冲的HSC7045和高耐热的HSC7079 两种PC/ASA 合金材料特别适合于汽车仪表板、柱式罩、散热器格栅等需要高耐候、高耐热的场合。最近,出现了以聚酯弹性体为材料的格栅,经表面溅射金属铬后使用,此种格栅备受用户青睐。
长玻纤增强材料也是近年来在汽车市场备受欢迎的高性能材料。戴姆勒-克莱斯勒采用巴斯夫公司的长玻纤增强尼龙生产车轮罩,LG化学和三菱工程塑料也推出长玻纤增强材料生产的外饰件。
国内保险杠主要是改性PP材料生产,扬子石化研发出直接釜内合成聚丙烯保险杠专用料,产品具有成本低、能耗小、质量稳定等优点,且抗低温冲击强度高,刚性和韧性平衡性好,达到国际先进水平,填补了国内高档聚丙烯汽车专用料的空白,成功替代进口产品。
桑塔纳轿车的格栅用ABS注塑成型制成,由于ABS耐候性较差,使用时需加入耐候性助剂,色泽为黑色。小红旗的格栅是ABS/PC合金经注塑成型后,再用喷漆喷覆。
桑塔纳轿车左右前轮的上方有2个挡泥板,重约1.8Kg, 它是用增韧改性PP经注射成型而成。重卡斯太尔王的挡泥板采用纤维增强复合材料(FRP)制作,斯太尔1491的挡泥板则采用PU弹性体制作。
汽车车身
目前世界各国都在进行着车身塑料化(塑壳汽车)的开发研究。对塑壳汽车而言,其关键是汽车的稳定性以及车架的强度。车身材料通常是FRP,与其他高分子材料相比具有强度高、刚度大、耐高温、成本低等优点,一直是汽车覆盖件最理想的非金属材料。玻璃纤维或碳纤维增强PP、PET、PC/PBT、PC/ABS等合金具有很高的力学强度和良好的综合性能可用于制造汽车车身。
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德国尼奥普兰公司已研制出全塑壳大型轿车,该车型质量只有普通轿车的43%,节省燃料20~30%。它的一辆试验车横穿撒哈拉沙漠,能耐70℃的高温,与41km/h时速的载货汽车相撞时,驾驶员和乘客均无损伤。
英国ELAN运动车采用真空辅助树脂注射(VARI)成型工艺制造汽车车身及结构件,FRP用量为150kg/辆。法国雷诺公司的ESPACE MARK Ⅱ型面包车及意大利菲亚特公司的微型车等车型在大量将FRP用作汽车车身方面也取得了成功。
目前BMW公司在M3系列车型上的顶盖和车身结构部件采用碳纤增强复合材料。日产汽车公司和丰田汽车公司都已采用碳纤增强复合材料用于轿车外饰和内饰件,并已与东丽共同开发碳纤复合材料用于车身覆盖件。
美国GM公司的“Ultralite” 高级全塑跑车车身材料成本为1.3万美元,骨架结构件采用碳纤增强塑料,外覆盖件采用玻纤增强塑料,全塑车身均用于高档的运动车。
国内首款电动汽车全塑车身由烟台方大滚塑有限公司试制成功,采用滚塑成型技术生产塑料汽车车身等大型塑料制件。该公司具有自主知识产权,与国内最大的电动汽车厂商众泰达成初步合作意向,将为众泰EV系列车体提供配套生产。
功能和结构件
功能和结构件包括:发动机组件、暖风机和空调组件、燃油箱和燃油管组件、照明系统、挡位标牌、暖风操纵面板、操纵旋钮及导光块等,必须满足特殊的使用功能。
国外已将工程塑料及其合金广泛应用于汽车上各种功能零部件。尼龙主要用于汽车发动机及发动机周边部件。改性聚甲醛(POM)一般用于制造轴套、齿轮、滑块等耐磨零件。改性聚苯醚(PPO)在汽车上主要用作对耐热性、阻燃性、电性能、冲击性能、尺寸稳定性、机械强度要求较高的零部件。汽车照明系统部件主要有车窗玻璃、挡风玻璃、车灯等,基本上都已经塑料化,主要采用的材料是PC或PMMA等。燃油箱具有单层或多层复合结构,耐寒、耐热、耐蠕变、耐应力开裂、耐大气老化、耐溶剂、耐化学药品腐蚀等以适应抗冲击、抗渗漏、阻燃、防爆等方面的较高要求。
德国宝马汽车公司采用尼龙进气歧管,材料是30~35%玻璃纤维增强的尼龙6或尼龙66,与铝合金比较,塑料进气歧管可以减轻40%左右的重量,生产成本降低20~30%,同时通过部件集成还可以进一步减低成本。德国拜耳、巴斯夫、美国杜邦、罗地亚推出可激光焊接尼龙,注塑成型后,通过激光焊接组装。
美国采用一种耐热型塑料通过玻纤及碳纤维增强,制造了大部分发动机零件,这种塑料发动机比金属发动机重量约减轻50%,试验中省油率达到12~15%,而且噪声比金属发动机低30%。日本开始研究采用碳纤复合材料代替目前正在使用的铝合金,来制造汽车涡轮增压器压气机叶轮,具有强度高、耐久性和可靠性高的优点,并使叶轮质量减轻了48%,降低了转子惯量,提高了转子加速性能,缩短了涡轮增压器的响应滞后。
沙伯基础创新塑料已开发成功用于轿车车窗的PC及其表面高硬度防摩擦涂层,提高了PC玻璃耐擦伤性和耐候性,比玻璃镜片更亮,更抗破碎,更具光学加工的准确性。长城汽车哈弗E概念车7个车窗组件均采用拜耳材料科技高性能模克隆PC制成。
欧盟和美国油箱防渗透标准严格,通常使用具有近似零渗透的多层燃油箱,常采用超高分子量HDPE基材,并辅以粘接和阻隔性材料(EVOH)吸塑而成,其箱体内壁要用不同的方法进行表面处理,能使防油渗透性提高到0.8g/24h。
在中国,增强尼龙材料、长玻璃纤维增强材料均有比较好的基础,其性能基本接近国外同类产品的先进水平,完全可以替代。四川大学制备的LGF-PP拉伸强度达到100MP左右,冲击强度达到10 kJ/ m2 左右。金发科技和浙江俊尔新材料有限公司生产的长玻纤增强材料同SABIC公司STAMAX高弹性模量复合材料LGF-PP的性能差别不大。但是,中国主要汽车公司均为合资公司,受国外公司的影响,面临着许多技术壁垒,例如大众汽车公司新车型开发时许多材料均为指定,这让我们失去了第一次介入的机会,给今后国产化带来很大难度。

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发表于 2014-8-15 16:47:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 846082533 于 2015-12-31 14:47 编辑 <br /><br />谢谢分享

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