塑料在汽車(chē)工業(yè)中科學(xué)應(yīng)用

1、 當(dāng)前，世界汽車(chē)材料技術(shù)開(kāi)展的主要方向是輕量化和環(huán)保化。減輕汽車(chē)自身的重量是降低汽車(chē)排放，提高燃燒效率的最有效措施之一，汽車(chē)的自重每減少10%，燃油的消耗可降低6%8%。為此，增加塑料類(lèi)材料在汽車(chē)中的使用量，便成為降低整車(chē)本錢(qián)及其重量，增加汽車(chē)有效載荷的關(guān)鍵。 汽車(chē)用塑料零部件分為三類(lèi)：內(nèi)飾件、外飾件和功能件。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著汽車(chē)材料國(guó)產(chǎn)化的開(kāi)展，我國(guó)汽車(chē)用塑料步入了世界開(kāi)展的軌道。 在我國(guó)，塑料件約占汽車(chē)自重的7%10%，舉例來(lái)說(shuō)，在轎車(chē)和輕型車(chē)中，CA7220小紅旗轎車(chē)中的塑料用量為88.33kg，上海桑塔納為67.2 kg，奧迪為89.98 kg，富康為81.5 k g，依維

2、柯0041那么為144.5 kg；在重型車(chē)中，斯太爾1491為 82.25kg，斯太爾王為120.5 kg。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)汽車(chē)用塑料的品種按用量排列依次為PP，PVC，PU，不飽和樹(shù)脂，ABS，PF，PE，PA，PC，復(fù)合材料。汽車(chē)配件塑料化后的輕量化情況配件名稱(chēng)原總量/Kg塑料重量/Kg減輕重量/Kg輕量化率/%空調(diào)器支架3.180.912.2771盤(pán)式制動(dòng)器活塞0.820.410.4150發(fā)動(dòng)機(jī)蓋16.3412.264.125后門(mén)20.8812.718.1739座椅架(2座)22.711.3511.3550燃料箱22.718.164.5420輪胎(4只)54.4840.8613.62

3、25驅(qū)動(dòng)軸10.224.315.958葉片彈簧12.712.0410.6784門(mén)粱7.723.184.5459車(chē)身209.2994.43114.8655身架128.4893.9834.527車(chē)門(mén)（4扇）70.8227.6943.1361前后保險(xiǎn)杠55.8419.9835.8764車(chē)頭43.5813.1730.4270車(chē)輪（4只）41.7722.2519.5247合計(jì)721.53377.6934447.7 但是，與汽車(chē)工業(yè)興旺國(guó)家相比，我國(guó)還存在很大的差距，德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的汽車(chē)塑料用量已到達(dá)10%15%，有的甚至到達(dá)了20%以上。雖然各國(guó)使用的塑料品種不盡相同，但大體相似。就不同品種的塑料

4、用量來(lái)看，如果按使用數(shù)量排列，德國(guó)是PVC，PU，PP，PE，ABS；美國(guó)是PU，PP，PE，PVC，ABS；日本是PVC，PP，PU，ABS，PE，F(xiàn)RP。內(nèi)飾件 一輛汽車(chē)最容易出彩的是內(nèi)飾件，因?yàn)槠?chē)的外觀(guān)是給別人看的，而人們真正享受的是汽車(chē)的內(nèi)飾，內(nèi)飾強(qiáng)調(diào)觸覺(jué)、手感、舒適性和可視性等。內(nèi)飾產(chǎn)品主要包括以下幾個(gè)方面： 儀表板 歐洲汽車(chē)的儀表板一般以ABS/PC及增強(qiáng)PP為主要材料；美國(guó)汽車(chē)的儀表板多用苯乙烯/順丁烯二酸酐SMA，這類(lèi)材料價(jià)格低，耐熱、耐沖擊，具有良好的綜合性能；日本汽車(chē)的儀表板曾采用過(guò)ABS和增強(qiáng)PP材料，目前那么以玻璃纖維增強(qiáng)的SAN為主，有時(shí)也采用耐熱性更好的改性PPE

5、。隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，高度的控制技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)操縱系統(tǒng)以及其它中央控制系統(tǒng)等將被集中在儀表板周?chē)?，因此，由紡織物?lái)取代目前在聚氨酯發(fā)泡體外表覆蓋的聚乙烯表皮將成為可能。 目前，我國(guó)使用的儀表板可分為硬和軟儀表板兩種。硬儀表板常被用在輕、小型貨車(chē)、大貨車(chē)和客車(chē)上，一般采用PP、PC、ABS、ABS/PC等一次性注射成型。這種儀表板外表有花紋，尺寸很大，無(wú)蒙皮，對(duì)外表質(zhì)量要求很高，對(duì)材料的要求是耐濕、耐熱、剛性好、不易變形。但由于這種儀表板通常采用多點(diǎn)注射成型，易形成流痕和粘接痕，同時(shí)添加色母不均，容易產(chǎn)生色差，因此外表需經(jīng)涂裝后才能使用，且最好選用亞光漆涂裝。另外，由于高檔儀表板追

6、求質(zhì)感，所以在儀表板外表做一局部桃木飾紋將是一種開(kāi)展方向。汽車(chē)常用的內(nèi)飾件及所選材料內(nèi)飾件主要原料要求性能可代替材料方向盤(pán)PP.PU.HDPE等耐熱.手感好熱塑性彈性體儀表盤(pán)金屬骨架+半硬發(fā)泡 PU+ABS或PVC皮.ABS.ABS/PVC.PPO/ABS.增強(qiáng)PP等耐光.抗沖擊冷硫化PU.SMA.PC/ABS等儀表板芯ABS強(qiáng)度.涂漆性增強(qiáng)PP儀表蓋板ABS尺寸穩(wěn)定.耐熱增強(qiáng)PP雜物箱PP鉸鏈特性煙灰缸PF耐熱GFPBT儀表板底托架PP價(jià)格低車(chē)門(mén)內(nèi)手柄ABS.PVC皮+PU+PE韌性好熱塑性PU坐墊.靠墊軟發(fā)泡PU回彈性高.柔軟頭枕芯半硬發(fā)泡PU柔軟曖風(fēng)機(jī)殼ABS.增強(qiáng)PP耐熱強(qiáng)度曖風(fēng)機(jī)葉輪

7、POM強(qiáng)度汽車(chē)常用的內(nèi)飾件及所選材料 內(nèi) 飾 件主要原料要求性能可替代材料表皮PVC革柔軟.耐寒車(chē)門(mén)內(nèi)飾板填料發(fā)泡PU隔熱.隔音發(fā)泡PE及PS芯材硬紙板價(jià)格低PP+廢紙表皮PVC膜或壁紙柔軟.耐寒布車(chē)頂棚襯里填料發(fā)泡PU隔熱.隔音PP+廢紙基材塑料氈+PF價(jià)格低PS泡沫 軟質(zhì)儀表板由表皮、骨架材料、緩沖材料等構(gòu)成。斯太爾 “7001產(chǎn)品采用鋼板骨架，也有用ABS、改性PP、FRP做骨架的；桑塔納、捷達(dá)、富康及斯太爾“7001均采用PVC/ABS或PVC片材作為表皮材料，并帶有皮紋，其加工工藝是先將表皮真空吸塑成型，再將吸塑好的表皮修剪后備用，置入發(fā)泡模腔內(nèi)，再放上骨架，然后注入緩沖類(lèi)發(fā)泡材料如

8、PU而成形。 由于半硬質(zhì)PU泡沫的開(kāi)孔性，因此它具有良好的回彈性，并能吸收50%70%的沖擊能量，平安性高，耐熱、耐寒，鞏固耐用，且手感好。但是，由三種以上材料構(gòu)成的儀表板，材料的再生利用極為困難。為了便于回收利用，正在開(kāi)展用熱塑性聚烯烴TPO表皮和改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯發(fā)泡材料構(gòu)成的儀表板。 車(chē)門(mén)內(nèi)板 車(chē)門(mén)內(nèi)板的構(gòu)造根本上類(lèi)似于儀表板，由骨架、發(fā)泡和表皮革構(gòu)成。以紅旗轎車(chē)和奧迪轎車(chē)為例，車(chē)門(mén)內(nèi)板的骨架局部由ABS注塑而成，再采用真空成形的方法，將襯有PU發(fā)泡材料的針織滌綸表皮復(fù)合在骨架上形成一體。 最近開(kāi)發(fā)成功的低壓注射壓縮成型方法，是把表皮材料放在還未凝固的聚丙烯毛坯上，經(jīng)過(guò)壓縮，壓成

9、為門(mén)內(nèi)板。表皮材料為襯有PP軟泡層的TPO，這類(lèi)門(mén)板易回收再生。中低檔轎車(chē)的門(mén)內(nèi)板，可采用木粉填充改性PP板材或廢纖維層壓板外表復(fù)合針織物的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，即沒(méi)有發(fā)泡緩沖結(jié)構(gòu)，有些貨車(chē)上甚至使用直接貼一層PVC人造革的門(mén)內(nèi)板。 在美國(guó)，門(mén)內(nèi)裝飾板用ABS或PP注塑成形的居多，現(xiàn)在我國(guó)國(guó)產(chǎn)的卡車(chē)斯太爾王也使用同類(lèi)板。近年來(lái)，車(chē)門(mén)內(nèi)飾板為滿(mǎn)足耐候性和柔軟性，已開(kāi)始使用熱塑性彈性體與PP泡沫板相疊合的結(jié)構(gòu)。日本開(kāi)發(fā)了一種沖壓成形、連續(xù)生產(chǎn)全PP車(chē)門(mén)內(nèi)飾板的技術(shù)，門(mén)板包括PP內(nèi)襯板、PP泡沫襯熱層和PP/EPDM皮層結(jié)構(gòu)。 車(chē) 門(mén) 周 圍 塑 料 件 部 件 名 稱(chēng) 所 以 材 料門(mén)檻前部.后部護(hù)板左門(mén)內(nèi)飾

10、板總成門(mén)框內(nèi)護(hù)條總成車(chē)門(mén)窗內(nèi)密封條總成門(mén)拉手總成左右門(mén)上梁護(hù)板總成PPPVC膜+PP泡沫塑料+纖維板軟PVC.EPDM.TPV植絨PVC. EPDM.TPV軟PVC+金屬架+PP蓋PVC.PU.纖維板 座椅 目前坐墊及靠背根本上是由軟質(zhì)PU發(fā)泡制成。對(duì)于座椅的表皮材料，60年代大多數(shù)采用PVC人造革，70年代開(kāi)始使用真皮織物包皮，織物材料主要是尼龍，預(yù)計(jì)聚酯織物包皮會(huì)逐年增加。座椅緩沖材料為模壓發(fā)泡的軟質(zhì)高彈性PU，目前尚無(wú)其它發(fā)泡材料可以替代它。 軟質(zhì)PU發(fā)泡材料可用熱硫化層和冷硫化法生產(chǎn)，但從設(shè)備投資和材料性能考慮，目前座椅緩沖墊多用冷硫化法生產(chǎn)?？紤]到座椅的舒適性，緩沖墊的密度可以改變，

11、從而使軟硬度隨之改變。如奧迪A6轎車(chē)靠背上的緩沖墊可使用天然纖維如椰子殼浸膠材料，其特點(diǎn)是透氣性好；骨架材料可用GMT玻璃纖維氈片取代鋼鐵材料。 方向盤(pán) 方向盤(pán)一般采用自結(jié)皮硬質(zhì)PU泡沫材料高壓或低壓發(fā)泡而成。方向盤(pán)結(jié)構(gòu)要求挺拔、鞏固、輕便、外韌內(nèi)軟，并能耐熱、耐寒、耐光、耐磨。因此，包覆物多用改性PP、PVC、PU、ABS等樹(shù)脂，骨架一般選用鋼骨架與鋁壓注而成，考慮到輕量化，現(xiàn)在也有用玻璃纖維增強(qiáng)PA替代鐵芯的趨勢(shì)。為了追求豪華、舒適、手感好，現(xiàn)在的方向盤(pán)外表局部增加了桃木飾紋或真皮包皮等。 頂棚、后圍 車(chē)內(nèi)頂棚、后圍后圍主要對(duì)重型車(chē)而言是內(nèi)飾件中材料和品種把戲最多的一種復(fù)合層壓制品，它的作

12、用除了起裝飾功能外，還起著隔熱、隔音等特殊功能。頂棚、后圍一般由基材和表皮構(gòu)成，基材需要具有輕量、剛性高、尺寸穩(wěn)定，易成形等特點(diǎn)，為此一般使用熱塑性聚氨酯發(fā)泡內(nèi)材、PP發(fā)泡內(nèi)材、熱塑性氈類(lèi)內(nèi)材、玻璃纖維瓦楞紙、蜂窩狀塑料帶等。 表皮材料可用織物、無(wú)紡布、TPO、PVC等。我國(guó)的轎車(chē)頂棚一般使用TPO發(fā)泡片材、玻璃纖維、無(wú)紡滌綸布材料層壓成型。頂棚的種類(lèi)有成型頂棚、粘接頂棚和吊裝頂棚，其中成形頂棚占70%以上?？ㄜ?chē)主要用成型頂棚，基材采用熱固性或熱塑性氈類(lèi)，壓制成型，表皮材料選用針織面料、無(wú)紡布、PVC等。 發(fā)動(dòng)機(jī)罩及地墊 發(fā)動(dòng)機(jī)罩及地墊屬中、重型汽車(chē)及客車(chē)的重要內(nèi)飾件。現(xiàn)在，發(fā)動(dòng)機(jī)罩一般是將P

13、VC皮革吸塑后與聚醚多元醇和異氰酸酯 發(fā)泡填充而成主要起到吸音、隔 熱、減震和美化車(chē)內(nèi)環(huán)境等作用。 轎車(chē)中的地墊一般都采用美 觀(guān)、漂亮的復(fù)合成型墊如橡膠 PVC、毛、麻類(lèi)制成。 除了以上塑料內(nèi)飾件外，還有遮陽(yáng)板、門(mén)手柄、門(mén)檻飾條、側(cè)窗防霜器、雜物箱及蓋以及其它吸音材料等。外飾件 外飾件除了要具有內(nèi)飾件的功能外，還要求具有高強(qiáng)度、高韌性、耐環(huán)境條件性能及抗沖擊性能等。 汽車(chē)保險(xiǎn)杠 保險(xiǎn)杠是汽車(chē)的主要外飾件之一。保險(xiǎn)杠一般采用模壓塑料板材、改性PP材料，或用玻璃纖維增強(qiáng)塑料經(jīng)模壓、吸塑或注塑成型。桑塔納轎車(chē)的面板材料是采用共聚丙烯加熱塑性彈性體，再參加其它助劑，經(jīng)注塑成型的。 改性PP汽車(chē)硬質(zhì)保險(xiǎn)

14、杠專(zhuān)用料 原 料配 比 原 料配 比 PP(2401) 13抗氧劑10110 0.1 PP(1430)20抗氧劑DLTP 0.1 POE12滑石粉(2500) 30PP-g-MAH25 炭黑 2國(guó)內(nèi)外汽車(chē)硬質(zhì)保險(xiǎn)杠改性PP專(zhuān)用料的性能性能?chē)?guó)內(nèi)國(guó)外相對(duì)密度0.91-0.970.90左右熔體流動(dòng)速率/(g/10min)2-141.7-11拉伸強(qiáng)度/MPa18-3017-33斷裂伸長(zhǎng)率/%300-800142-760彎曲強(qiáng)度/ MPa14-2819-30缺口沖擊強(qiáng)度/(J/m)23c 30c600-750500-750600左右100左右熱變形溫度/c90-12080-105洛氏硬度(R)60-65

15、60-84成型收縮率/%0.9-1.31.0-1.3 根據(jù)不同車(chē)型的要求，某些車(chē)型的保險(xiǎn)杠需要噴漆，如捷達(dá)王、新捷達(dá)、別克等車(chē)的保險(xiǎn)杠都進(jìn)行了外表噴漆。而桑塔納和奧迪100等就直接采用注塑成形的保險(xiǎn)杠，但要求保險(xiǎn)杠與車(chē)身同一色澤。保險(xiǎn)杠外表經(jīng)噴漆后，色澤漂亮，但本錢(qián)增加近一倍，而且噴漆后的保險(xiǎn)杠，其回收再生料的耐寒性和伸長(zhǎng)率大幅度降低，不能再用于制造保險(xiǎn)杠。所以，開(kāi)發(fā)可涂性PP來(lái)制造保險(xiǎn)杠是當(dāng)前的研究課題。斯太爾王的保險(xiǎn)杠及前臉連在一起，主要采用SMC壓制而成，質(zhì)量輕，強(qiáng)度高。 散熱器格柵 散熱器格柵是為了冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)而設(shè)置的開(kāi)口部件，位于車(chē)體最前面，往往把汽車(chē)的銘牌鑲嵌其間，是表現(xiàn)一輛汽車(chē)風(fēng)格

16、的重要部件。 目前轎車(chē)上所使用的散熱器格柵一般用ABS或PC/ABS合金，經(jīng)注塑成型制成。桑塔納轎車(chē)的格柵是用ABS制成的，由于A(yíng)BS耐候性較差，使用時(shí)需參加耐候性助劑，色澤為黑色。小紅旗的格柵是ABS/PC合金經(jīng)注塑成型后，再用噴漆噴敷，當(dāng)然，也有用耐候性較好的ASA材料，在注塑成型后，外表可不經(jīng)涂裝。外表不涂裝的散熱器格柵，其本錢(qián)將降低50%。最近，出現(xiàn)了以聚酯彈性體為材料的格柵，經(jīng)外表濺射金屬鉻后使用，此種格柵備受用戶(hù)的青睞。 翼子板 翼子板也叫擋泥板的作用是，在汽車(chē)行駛過(guò)程中，防止被車(chē)輪卷起的砂石、泥漿濺到車(chē)廂的底部。因此，要求所使用材料具有耐氣候老化和良好的成型加工性。桑塔納轎車(chē)左右前輪的上方有2個(gè)翼子板，重約1.8Kg，它是用增韌改性PP經(jīng)注射成型而成；重卡斯太爾王的翼子板采用FRP制作；斯太爾1491的翼子板那么采用PU彈性體制作。現(xiàn)在，翼子板用塑料多為PU類(lèi)，也有采用樹(shù)脂制作的。今后，用PA/PP合金注射成型是一種開(kāi)展方向。 TPVC改性PVC汽車(chē)擋泥板塑料配方原料加入量原料加入量PVC100重質(zhì)炭酸鈣 10-60DOP40-80內(nèi)外潤(rùn)滑劑 2TPVC20-40加工助劑ACR 3-5三堿式硫酸鉛/二堿式亞磷酸鉛6-10 炭黑 2改性EVA汽車(chē)擋泥板塑料配方原料加入量/質(zhì)量粉原料加入量/質(zhì)量粉EVA(VA15%)60穩(wěn)定