汽車工業(yè)中塑料塑料的應(yīng)用

汽車工業(yè)中塑料塑料的應(yīng)用

1汽車用塑料材料塑料材料汽車工業(yè)是發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用最廣泛、使用最大的行業(yè)之一。它也是中國建筑材料最具潛力的領(lǐng)域之一。每輛汽車塑料的用量是衡量汽車生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。隨著社會及科技的發(fā)展,人們對汽車提出了更高的要求:輕型、節(jié)能、美觀、安全、環(huán)保等。而塑料制品由于具有良好的性能、低廉的價格、簡單的加工工藝,在汽車工業(yè)中扮演著愈來愈重要的角色。在汽車工業(yè)領(lǐng)域大量使用塑料制品,以代替各種昂貴的有色金屬和合金材料,不僅提高了汽車造型的美觀與設(shè)計(jì)的靈活性,降低了零部件加工、裝配與維修的費(fèi)用,而且還可以降低汽車的能耗。目前,全球汽車用塑料制品的市場規(guī)模為454萬噸,其中美國為l72萬噸、歐洲為l36萬噸。新材料及新成型技術(shù)的出現(xiàn),使得塑料制品在汽車工業(yè)中的消費(fèi)量日益增加。在歐洲,20世紀(jì)70年代,汽車塑料零部件的質(zhì)量達(dá)到了汽車總質(zhì)量的5%以上,80年代則超過了10%。日本大發(fā)工業(yè)公司開發(fā)銷售的新型汽車。除座椅外,車頂、裝璜材料、儀表盤等內(nèi)飾件全部采用塑料制造。當(dāng)前,汽車塑化的趨勢由普通裝飾件發(fā)展到結(jié)構(gòu)件、功能件,因而塑料原料的使用范圍也由普通塑料(多用于汽車內(nèi)飾件)擴(kuò)展到強(qiáng)度更高、沖擊性更好的復(fù)合材料或塑料合金。目前,德國每輛汽車平均使用塑料制品近300kg,占汽車總消費(fèi)材料的22%左右,是世界上采用汽車塑料零部件最多的國家;法國RENAULT汽車公司小型轎車的塑料制品用量占總質(zhì)量的l5.5%;日本、美國和德國等發(fā)達(dá)國家的每輛轎車平均使用塑料已超過100kg,平均占汽車總重量的8%。隨著我國轎車工業(yè)的進(jìn)步,汽車用塑料制品也開始全面發(fā)展。在我國石油化工迅猛發(fā)展和加快轎車材料國產(chǎn)化進(jìn)程的帶動下,我國汽車塑料制品的用量迅速增長。目前,我國汽車消費(fèi)的各種塑料制品的總量約為8萬~l0萬噸,2005年達(dá)l5萬噸左右,2010年將為23萬噸左右。我國每輛汽車平均塑料用量為70kg,平均占汽車總重量的6%左右。工程塑料在全部汽車用塑料中只占10%左右的比例。在轎車和輕型車中,CA7220小紅旗轎車中的塑料用量為88.33kg,上海桑塔納為67.2kg,奧迪為89.98kg,富康為81.5kg,依維柯0041則為144.5kg;在重型車中,斯太爾1491為82.25kg,斯太爾王為120.5kg。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),我國汽車用塑料的品種按用量排列依次為PP,PVC,PU,不飽和樹脂,ABS,PF,PE,PA,PC,復(fù)合材料。塑料制品由于具有良好的性能、低廉的價格、簡單的加工工藝得以在汽車工業(yè)領(lǐng)域大量使用,不僅大幅減輕汽車的自重,從而降低能耗,而且還可以提高汽車造型的美觀與設(shè)計(jì)的靈活性,降低零部件加工、裝配與維修的費(fèi)用。為達(dá)到安全、舒適、美觀的目的,汽車內(nèi)裝件應(yīng)吸振性能強(qiáng),手感好,耐用性高。目前在汽車中采用塑料的零件有數(shù)百種之多,如車門的內(nèi)外壁板、取氣孔蓋、車身前后吸能機(jī)件、保險杠、車燈架、風(fēng)扇、燃油箱、塑料儀表、塑料座椅等?，F(xiàn)在汽車結(jié)構(gòu)中廣泛采用的塑料有:聚氨基甲酸酯、多聚乙烯氯化物、聚丙烯、ABC共聚、聚乙烯等10余種。1.1可減少人身事故和人身事故它用來制造座椅頭、扶手、轉(zhuǎn)向盤等,不僅可減輕汽車質(zhì)量和提高舒適性,而且在碰撞的情況下可以減少人身事故?，F(xiàn)在此塑料還用來制造車門、發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋、散熱器擋隔板等,并還將用來制造車輪罩、阻流板、車身壁板;用來制造內(nèi)飾件、絕熱件和保證空心零件及防腐零件。1.2多聚氯化物它主要用來制造乘客室和駕駛室的內(nèi)飾件—側(cè)板、頂篷和座椅的包皮、地毯及擋風(fēng)玻璃密封條、窗框等。1.3塑料玻璃的生產(chǎn)塑料玻璃主要用來制造車身板和散熱器帶窗孔的前板,今后在承重零件的生產(chǎn)中(載重車的懸掛、底盤、車架、鋼板彈簧)將會大量采用塑料玻璃。1.4用于檢驗(yàn)儀表板的材料該共聚物是汽車工業(yè)中最廣泛采用的塑料之一,其優(yōu)點(diǎn)是外觀強(qiáng)、力學(xué)性能好,但價格很貴,這種材料廣泛用來制造儀表板及其元件、轉(zhuǎn)向柱外套、扶手、照明設(shè)備、測量儀外罩、轉(zhuǎn)向器柱、抗沖擊板、車門等。2用塑料代替汽車2.1混合式里布汽車用pa6/abs尼龍是最重要的汽車工業(yè)用工程塑料。尼龍主要用于汽車發(fā)動機(jī)及周邊部件,主要品種是GFPA6、GFPA66、增強(qiáng)阻燃PA6等產(chǎn)品。由于發(fā)動機(jī)周邊部件主要是發(fā)熱和振動部件,其部件所用材料大多數(shù)是玻纖增強(qiáng)尼龍。這是因?yàn)槟猃埦哂休^好的綜合性能,用玻璃纖維改性后的尼龍,在強(qiáng)度、制品精度、尺寸穩(wěn)定性等主要性能上均有很大的提高。另外,尼龍的品種多,較易回收利用,價格相對便宜等,這些因素促成尼龍成為發(fā)動機(jī)周邊部件的理想選擇材料。進(jìn)氣歧管是改性尼龍?jiān)谄囍凶顬榈湫偷膽?yīng)用,德國寶馬汽車公司,首先將以玻璃纖維增強(qiáng)尼龍為原料制造的進(jìn)氣歧管應(yīng)用在六汽缸發(fā)動機(jī)上;以后美國福特公司與杜邦公司合作,共同用玻璃纖維增強(qiáng)PA66制造的進(jìn)氣歧管應(yīng)用在V6發(fā)動機(jī)上,以后世界各大汽車公司紛紛跟進(jìn),改性尼龍進(jìn)氣歧管得到廣泛的應(yīng)用。發(fā)動機(jī)蓋,發(fā)動機(jī)裝飾蓋,汽缸頭蓋等部件一般都用改性尼龍作為首選材料,與金屬材質(zhì)相比,以汽缸頭蓋為例質(zhì)量減輕50%,成本降低30%。除了發(fā)動機(jī)部件外,汽車的其他受力部件也可使用增強(qiáng)尼龍,如機(jī)油濾清器,刮雨器,散熱器格柵等。汽車零部件也是PA6工程塑料最大的消費(fèi)市場,超過總消費(fèi)量的三分之一。隨著人們對汽車性能要求的不斷提高和PA6工程塑料自身的發(fā)展,汽車用PA6正呈逐年上升的趨勢。汽車上可使用PA6(包括改性產(chǎn)品)制作的部件有空氣濾清器、外殼、風(fēng)扇、車輪罩、導(dǎo)流板、車內(nèi)裝飾、儲水器材蓋、線卡、各種車內(nèi)電氣接插件等。PA6/ABS具有密度低,流動性好的特點(diǎn),并有良好的噪聲阻尼性和良好的耐熱性、耐化學(xué)性和機(jī)械性能,可用於汽車內(nèi)飾件;玻纖增強(qiáng)PA/ABS可替代ABS做汽車排風(fēng)格柵,并有可能成為汽車排空氣和除霜器護(hù)柵及車門組件,以及用於摩托車檔板的制作?，F(xiàn)在PA9T也已在日本汽車工業(yè)上應(yīng)用,如動力換向裝置(齒輪結(jié)構(gòu))、滾動軸承架。PA9T耐燃油性強(qiáng),適用於做汽車燃油系統(tǒng)部件。此外還可用於制造中間冷卻器罐、發(fā)動機(jī)支架和要求低摩擦系數(shù)的滑動部件。2.2熱穩(wěn)定性在汽車制造領(lǐng)域,PBT廣泛地用于生產(chǎn)保險杠、化油器組件、擋泥板、擾流板、火花塞端子板、供油系統(tǒng)零件、儀表盤、汽車點(diǎn)火器、加速器及離合器踏板等部件。PBT與增強(qiáng)PA、PC、POM在汽車制造業(yè)中的競爭十分激烈,PA易吸水,PC的耐熱性不及PBT;在汽車用途接管方面,由于PBT的抗吸水性優(yōu)于PA,將會逐漸取代PA。在相對濕度較高、十分潮濕的情況下,由于潮濕易引起塑性降低,電器節(jié)點(diǎn)處容易引起腐蝕,?？墒褂酶男訮BT。在80℃、90%相對濕度下,PBT仍能正常使用,并且效果很好。PBT加工性能和絕緣性能較好,PBT玻璃化溫度低,加工周期短。PC/PBT、PBT/ABS等主要用於汽車內(nèi)飾件。此外,由于PBT對汽油、發(fā)動機(jī)油的耐受性好,PBT也用于汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)配件材料的生產(chǎn)。GE公司的PBT/PC合金,商品名為Xenoy1731,在高級轎車中應(yīng)用最為廣泛;它具有好的耐熱性、耐應(yīng)力開裂、耐磨、耐化學(xué)腐蝕性;低溫沖擊強(qiáng)度高,易加工和涂飾性好,主要應(yīng)用于高檔轎車保險杠、車底板、面板等。2.3改性pom材料特性聚甲醛樹脂是高度結(jié)晶的聚合物,具有類似金屬的硬度、強(qiáng)度和剛性,在很寬的溫度和濕度條件下都具有很好的自潤滑性、良好的耐疲勞性、低磨擦系數(shù),因此,聚甲醛主要用於定性要求比較嚴(yán)格的滑動和滾動機(jī)械部件上,包括齒輪、凸輪、軸承、杠桿、滑輪、扣鏈輪和軸襯等,與金屬和尼龍相比,聚甲醛具有很低的磨擦系數(shù),是很好的軸承材料。汽車行業(yè)是POM最大的潛在市場。POM質(zhì)輕,加工成型簡便,生產(chǎn)成本低廉,材料性能與金屬相近。改性POM的耐磨系數(shù)很低,剛性很強(qiáng);非常適合制造汽車用的汽車泵、汽化器部件、輸油管、動力閥、萬向節(jié)軸承、曲柄、把手、儀表板、汽車窗升降機(jī)裝置、電開關(guān)、安全帶扣等。制造軸套、齒輪、滑塊等耐磨零件是改性POM的強(qiáng)項(xiàng),這些部件對金屬磨耗小,減少了潤滑油用量,增強(qiáng)了部件的使用壽命;因此可以廣泛替代銅、鋅等金屬生產(chǎn)軸承、齒輪、拉桿等。POM生產(chǎn)的汽車部件質(zhì)輕、噪聲低、成型裝配簡便,因此在汽車制造業(yè)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。2.4用于內(nèi)飾材料PC在汽車上也有廣泛應(yīng)用。PC的高透明性使之成為車燈罩的主要生產(chǎn)材料。硅橡膠/PC也可以用做汽車保險杠。而PC的另外一大用途是以合金的形式充當(dāng)汽車內(nèi)飾材料。PC/ABS外觀好,容易著色,廣泛用於汽車內(nèi)飾件如儀表板等。改性PC由于具有高機(jī)械性能和良好的外觀,在汽車上主要用于外裝件和內(nèi)裝件,用途最為廣泛的是PC/ABS合金和PC/PBT合金。2.5ppo/pbt聚期改性PPO在汽車上主要用做對耐熱性、阻燃性、電性能、沖擊性能、尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度要求較高的零部件;還有一些薄壁的復(fù)雜硬質(zhì)結(jié)構(gòu)件,如儀表盤骨架等。如PPO/PS合金適用于潮濕、有負(fù)荷和對電絕緣要求高、尺寸穩(wěn)定性好的場合,適合制造汽車輪罩、前燈玻璃嵌槽、尾燈殼等零部件,也適合制造連接盒、保險絲盒、斷路開關(guān)外殼等汽車電氣元件。PPO/PA合金由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐油性、電絕緣性、抗沖擊性。可用于制作汽車外部件,如大型擋板、緩沖墊、后阻流板等。PPO/PBT合金的熱變形溫度高,對水份敏感度小,是制造汽車外板的理想材料。GE公司推出的熱固性PPO,具有高強(qiáng)、高韌性和良好的電性能,吸濕小,可用做汽車閥罩、燃油箱導(dǎo)電板、變壓器和風(fēng)力發(fā)動機(jī)葉片等。而PPO/PS合金加工性良好,可用做流體加工部件、汽車機(jī)罩下部件和電子接插件。3汽車外部密封件車用塑料的研究始于20世紀(jì)50年代,20世紀(jì)60年代有了少量商品化制品,20世紀(jì)70年代能源危機(jī)促進(jìn)了汽車零件塑料化,產(chǎn)品由通用塑料轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ趟芰蠟橹鳌?0世紀(jì)80年代汽車用塑料進(jìn)入快速發(fā)展的時期,出現(xiàn)塑料覆蓋件和塑料功能件,20世紀(jì)90年代塑料的應(yīng)用向著功能結(jié)構(gòu)件的方向發(fā)展,將來還要向汽車外部結(jié)構(gòu)件發(fā)展。汽車工業(yè)成了最大的塑料用戶之一。美國用耐熱塑料制造發(fā)動機(jī)已成功。這種塑料中混合有玻璃及碳纖維,強(qiáng)度高,可制造大部分發(fā)動機(jī)零件,如汽缸體等。只有少部分承受高負(fù)荷的活動零件,如曲軸、連桿等仍用金屬制造。這種塑料發(fā)動機(jī)比金屬發(fā)動機(jī)約輕50%,試驗(yàn)中省油率達(dá)到12%~15%,而且噪聲比金屬發(fā)動機(jī)低30%。據(jù)預(yù)測,到2009年,北美轎車和輕型卡車塑料總需求量將再增加25%。在汽車零部件中,聚丙烯(PP)是用量最大的熱塑性塑料,僅北美每年的用量就可達(dá)到27萬噸。戴姆勒一克萊斯勒汽車公司正在研究開發(fā)了用巨型注塑機(jī)成型翼子板、前照燈面板、發(fā)動機(jī)蓋、后圍板等,一旦成功將對整個汽車工業(yè)的加工方式產(chǎn)生革命性的影響。目前該公司已在一些車輛上使用塑料翼子板、后尾門,并將塑料整體結(jié)構(gòu)用在奔馳A型車和超微型車上。3.1汽車用塑料制造新工藝及新技術(shù)汽車輕量化對于節(jié)能至關(guān)重要。20年來轎車平均質(zhì)量已減輕25%。汽車外裝塑料制品對于汽車輕量化效果比較明顯。因此一直是汽車塑料化中比較關(guān)心的課題。與金屬相比,塑料的優(yōu)點(diǎn)是密度小和使用性能好,生產(chǎn)和產(chǎn)品加工的耗能少,還可以用其制造復(fù)雜形狀的塑料制品,減少零件數(shù)量及裝配工序。據(jù)專家推算,每采用1kg塑料可以使汽車的重量減輕1.2kg。所有這些優(yōu)點(diǎn)使國內(nèi)外汽車結(jié)構(gòu)采用塑料的趨勢有了很大的進(jìn)展。汽車上塑料的使用量每年呈遞增趨勢,今后的車用材料,正由金屬向塑料方向轉(zhuǎn)化。當(dāng)然,從材料生產(chǎn)所消耗的能量來看,塑料生產(chǎn)有利于節(jié)省能量、節(jié)省能源。塑料以石油為原料,其使用結(jié)果,既可輕量化又可省能源。然而,塑料比金屬材料的強(qiáng)度差,一般情況下,塑料化要隨之增加零件壁厚,因此今后有待開發(fā)出既便宜又有高強(qiáng)度的塑料。減輕汽車質(zhì)量的措施之一是擴(kuò)大塑料在汽車上的應(yīng)用。一輛小轎車的內(nèi)部裝飾件全都采用塑料之后,能減輕質(zhì)量183kg。一輛載貨汽車用塑料制造汽油箱、風(fēng)扇、空氣濾清器殼、蓄電池殼等零件以后,可以減輕質(zhì)量100kg以上。尤其是客車和轎車的車身,早期要用鋼骨架、鑲木條,外包薄鋼板,改為包鋁皮后,質(zhì)量減輕還是不多。自從采用塑料車身以后,不僅輕巧耐用,而且容易制造、美觀大方、修理方便。此外,塑料還可用來制造許多汽車零件。用塑料代替銅制造門鎖、水箱、儀表、油管、燈座及各種襯套、墊片,不僅可節(jié)約貴重的有色金屬銅,而且耐磨性好,使用壽命長。尤其是各種塑料襯套,本身具有減磨性,不要經(jīng)常加注潤滑油,這也是汽車實(shí)現(xiàn)免維護(hù)要求的一條重要途徑。由金屬向塑料方向轉(zhuǎn)換,確實(shí)可以達(dá)到輕量化的目的,但不可能將所有金屬部件都塑料化。哪些零部件能塑料化,輕量化能達(dá)到什么程度,亟待研究和開發(fā)?，F(xiàn)在用高強(qiáng)度工程塑料代替金屬生產(chǎn)汽車,世界各國都廣為研究。經(jīng)過多年的研究,已基本上解決了生產(chǎn)難題。3.2汽車用塑料材料塑料近年來在汽車上的應(yīng)用越來越多,已由內(nèi)外裝飾件向車身覆蓋件和結(jié)構(gòu)件方面發(fā)展。汽車的內(nèi)飾件一般是指轎車車廂的隔板、門內(nèi)裝飾板、儀表板總成、扶手、地毯等零部件和材料,要求材料能夠滿足低光澤、防劃傷、耐沖擊的要求。相對于車上其它部件而言,它們對車輛的運(yùn)行性能沒有什么影響,但其面目一覽無遺,代表了整部車子的形象,決定著轎車的聲譽(yù)、檔次和人們選擇轎車的意向。另外,對于轎車來講,雖然內(nèi)飾件只是一些輔助性的零配件,但它們要承擔(dān)起減振、隔熱、吸音和遮音等功能,對汽車的舒適性起到十分重要的作用。汽車內(nèi)飾件所用塑料量占整車用塑料量的56%。汽車內(nèi)飾件的質(zhì)量取決于材料。以前汽車內(nèi)飾件多用金屬、木材和纖維紡織品等材料,外觀和質(zhì)感都不甚理想,而且隨著環(huán)境保護(hù)意識日趨濃厚,尋找一些可以回收利用,材質(zhì)安全性能高,加工方便的材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的材料,已經(jīng)成為各國汽車制造業(yè)的研究與開發(fā)的內(nèi)容。熱塑材料集結(jié)了韌性好、強(qiáng)度大、隔熱好、質(zhì)地輕、耐腐蝕、富有彈性和手感好,成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),因此受到人們的歡迎。以往占車用材料50%以上的傳統(tǒng)鋼鐵材料正在日益被更輕、強(qiáng)度更高的塑料制品所取代。在汽車的外飾方面,前后保險杠、車身裝飾條、散熱器隔柵、燈類等都采用塑料材料,以減輕外物體對車身的沖擊力。另外,塑料還具有吸收和衰減振動和噪聲的能力,可以提高乘坐的舒適性。國外汽車的內(nèi)飾件已基本實(shí)現(xiàn)塑料化,如今塑料在汽車中的應(yīng)用范圍正在由內(nèi)裝件向外裝件、車身和結(jié)構(gòu)件擴(kuò)展,今后的重點(diǎn)發(fā)展方向是開發(fā)結(jié)構(gòu)件、外裝件用的增強(qiáng)塑料復(fù)合材料、高性能樹脂材料與塑料。但我國汽車行業(yè)應(yīng)用塑料尚存在一些問題有待解決,否則可能影響塑料在汽車材料中份額的進(jìn)一步提升:一是汽車專用塑料牌號少,產(chǎn)品性能不能滿足選材要求,需進(jìn)口或采用改性塑料替代;二是汽車用塑料品種較多種,材料標(biāo)準(zhǔn)混亂,不利于大批量生產(chǎn)與應(yīng)用,需對汽車現(xiàn)用的塑料材料進(jìn)行品種簡化;三是缺乏生產(chǎn)汽車專用塑料的領(lǐng)頭企業(yè),現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小而分散,各有地盤和服務(wù)對象,技術(shù)水平不一,模具開發(fā)能力差,塑料制品產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。3.3ccv:熱固性塑料與車內(nèi)材料的互通汽車發(fā)動機(jī)是產(chǎn)生高溫和動力的地方,所以其零件宜用塑料制造。目前,塑料正在美國產(chǎn)汽車的氣門套和進(jìn)氣總管制造中取得新的進(jìn)展。新型玻纖增強(qiáng)尼龍6和66以及熱固性乙烯基酯化合物正在取代金屬氣門套(也稱作搖桿或凸輪蓋),具有質(zhì)量輕、成本低、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。戴姆勒一克萊斯勒公司最近采用了兩種新型塑料氣門套。一種是用于V-6引擎的增強(qiáng)尼龍66,據(jù)說是第一種在美國產(chǎn)大容量汽車上使用的熱塑性塑料。同樣,一種用于V8引擎的熱固性塑料,據(jù)說也是首次在氣門套上使用。杜邦公司的引擎蓋專家PatGranowicz聲稱塑料引擎蓋質(zhì)量減輕了65%,且油氣分離器一體化,降低了油損耗,提高了引擎效率。曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)閥一般栓接在引擎蓋的外部,現(xiàn)在在內(nèi)部采用振動焊接技術(shù),將閥隔離開,改善了汽車的啟動性能。塑料已經(jīng)在襯套、裝飾件及車身某些部件上得到廣泛應(yīng)用,可是人們的追求的目標(biāo)是應(yīng)用在整個車身外殼上。福特汽車公司將復(fù)合材料底盤應(yīng)用在一輛叫“探索者”的小皮卡樣車上。目前,戴姆勒一克萊斯勒公司生產(chǎn)的CCV(CompositeConceptVe—hicle)概念車成為第一款真正意義上的塑料汽車,它采用一種幾乎全塑的車身外殼。這款由克萊斯勒公司主持設(shè)計(jì)的概念車,車身外殼采用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)材料模壓注塑成形,由4片模壓注塑成形的全塑片材(兩片內(nèi)板件,兩片外板件)在車身中心線處對接,形成整體式的車身結(jié)構(gòu)。車身材料含有玻璃增強(qiáng)纖維,加強(qiáng)車身的剛度和硬度,還含有穩(wěn)定劑、沖擊延展劑、顏色等添加劑。CCV全塑車身是目前世界上最大的注塑件,要求模具精度高,成型表面平整,而且要控制住塑性材料的流動性,板塊粘合要求絕對可靠,CCV解決了這些技術(shù)難題,它通過新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新工藝,開創(chuàng)了全塑車身的發(fā)展之路。但是,由于強(qiáng)度、剛度、韌性和固化周期等一系列問題還影響著車身的全塑料化,不過復(fù)合材料車身的發(fā)展將有助于解決這一難題。3.4汽車塑料等新材料塑料汽車的特點(diǎn)是;重量輕、節(jié)省燃料;生產(chǎn)所用的模具簡單,易于成形,成本較低。塑料汽車的關(guān)鍵是汽車的穩(wěn)定性以及車架的強(qiáng)度,經(jīng)過多年的研究,已基本上解決了生產(chǎn)難題。最具有名聲的全塑汽車是美國通用公司的土星汽車,其車身和車架采用新型增強(qiáng)塑料。還有德國尼奧普蘭公司的全塑殼大型轎車,質(zhì)量只有普通轎車的43%,可節(jié)省燃料20%~30%。它的一輛試驗(yàn)車橫穿撒哈拉沙漠,能耐70℃的高溫。且與4lkm/h時速的載貨汽車相撞時,駕駛員和乘客均無損傷。目前世界各國都在進(jìn)行著車身塑料化的開發(fā)研究工作,克萊斯勒汽車公司將推出新型塑料汽車:車身由PET塑料制造的6大部分組成(一般的金屬車身組裝需要大約80個部件),而且不用油漆,能夠使汽車的造價降低一半。車身板用塑料主要是以SMC(熱固性片狀模塑料)為主進(jìn)行了很多開發(fā)應(yīng)用研究工作。90年代出現(xiàn)的CTMT(玻璃氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合塑料)材料在汽車上的應(yīng)用被譽(yù)為20世紀(jì)汽車工業(yè)材料方面最大的突破之一。這種材料力學(xué)性能優(yōu)異,成型周期短,可制造大型結(jié)構(gòu)件及可以回收利用,因此受到汽車界的相當(dāng)關(guān)注。CTMT的初始產(chǎn)品是一種長玻璃纖維連續(xù)迭成的玻璃氈,經(jīng)PP浸漬壓制成PP增強(qiáng)片材。這種片材便于沖壓成型,適合于制造結(jié)構(gòu)件或大型覆蓋件。SMC及GMT可以用作制造汽車發(fā)動機(jī)罩,車頂、行李箱蓋板等受力水平部分,PIM或PA/PPO、PC/ABS塑料完全可用作制造葉子板、車門外板、阻流板等垂直部分。塑料復(fù)合材料板材用于制造車身,為聚氨酯薄膜增強(qiáng)反應(yīng)注射模工藝制造。具有優(yōu)異的機(jī)械和物理性能和抗表面裂紋能力,但表面質(zhì)量比SMC差。與聚氨酯結(jié)合可形成較高的剛性,較好的熱阻和表面質(zhì)量。薄壁技術(shù)制造PV-RRIM是非常有吸引力的,但成本高于SMC。SMC具有好的機(jī)械性能、表面質(zhì)量和自然時效性,但如果不使用粘結(jié)劑時較脆。SMC和PV-RRIM是熱固材料,比熱塑材料更貴。制造熱固材料的另一種方法是樹脂轉(zhuǎn)換模(RTM),在法國應(yīng)用較多,可制造具有高彎曲強(qiáng)度的車身面板和阻流板。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯(PP),聚碳酸酯/聚丁烯對酞酸鹽(PC/PBT)混合物,聚碳酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(PC/ABS)混合物也用于制造車身面板。汽車入庫時引起的輕度沖撞將使車身反復(fù)產(chǎn)生凹陷和損傷,可利用塑料的彈性變形予以避免。冬季為了防滑,路面經(jīng)常撒鹽,車身下半身在腐蝕而臟污的狀態(tài)下行駛,塑料化作為其對策是理想的選擇。從這一角度來看塑料化也是有現(xiàn)實(shí)性的。法國拜耳公司的研究人員研制出了一種適合用作車身材料的塑料混合物。用它制造的汽車零部件,在遭受撞擊、惡劣氣候及長期使用后仍然能保持原有形狀不變。拜耳公司這次推出的聚合塑料,內(nèi)含的礦物質(zhì)填充物使其能在高溫下保持原有形狀,而且還能吸收水分,以免噴漆晾干過程中產(chǎn)生水泡。用這種塑料生產(chǎn)的汽車擋泥板僅重1.5kg,是鋼質(zhì)擋泥板重量的一半,并且還能回收再利用。該聚合塑料由聚酰胺和ABS聚合物構(gòu)成,前者一般用來生產(chǎn)各種管道,后者是汽車骨架的材料之一。該公司專家表示,目前占汽車全部重量14%的材料是塑料,這一比例將隨著塑料及其衍生產(chǎn)品品質(zhì)的提高而逐步增加。該材料既能滿足消費(fèi)者對汽車舒適性和安全性越來越高的要求,而且整車的重量也不會增加。如今塑料已經(jīng)被用在汽車除擋風(fēng)玻璃外的所有部件上。鑒于如此多的優(yōu)點(diǎn),今后塑料在汽車制造業(yè)中的用途還會更廣,工藝和強(qiáng)度也將能與鋼材相媲美。GM公司的費(fèi)勒車采用SMC和R-RIM,其塑料化率高達(dá)9%,使車重(1157kg)減輕了109kg。約48kg的SMC用于發(fā)動機(jī)罩、車頂蓋、行李箱、后部上翼子板。約13.5kg的R-RIM用于前后保險杠、后下部圍板、車門外板、前擋泥板等。日產(chǎn)汽車有的在前后圍板采用高沖擊性的PBT;豐田汽車有的后阻流板采用FRP;大型前保險杠采用聚氨酯實(shí)現(xiàn)柔韌化;采用疊層鋼板(鋼/PP/鋼)制發(fā)動機(jī),以減少振動燥聲;日產(chǎn)汽車率先用GFRP制懸架彈簧;五十鈴汽車的保險杠采用耐沖擊性聚碳酸酯(PC)。上述塑料化的實(shí)現(xiàn)在輕量化、減振方面收到顯著效果。1983年我國唐錦生研制新型全塑料汽車車身,塑料占了該車總質(zhì)量的60%以上,這是我國汽車制造業(yè)廣泛應(yīng)用塑料的開端。富康轎車上采用的塑料件有兩大類型。一種是熱塑型材料,可經(jīng)熱熔后重復(fù)使用,對環(huán)境造成污染少,它占塑料制品總重的75%;而占25%的塑料件則是采用熱固型的材料,如背門、尾翼等,這種材料不能重復(fù)使用,只能搗碎毀掉,對局部破損可以進(jìn)行修補(bǔ)。汽車工業(yè)中大量使用塑料,以代替各種有色金屬和合金鋼材,這是汽車工業(yè)提高設(shè)計(jì)的靈活性,降低零部件加工、裝配和維修費(fèi)用的有效途徑。同時,采用塑料生產(chǎn)汽車車身和零部件也是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化、節(jié)能化的方向之一。汽車應(yīng)用塑料車身及其他塑料零部件,還能減少工廠設(shè)備的投資,減輕勞動強(qiáng)度。車用塑料的使用已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。隨著汽車向輕量化、環(huán)保化方向的發(fā)展,納米技術(shù)在生產(chǎn)中逐步應(yīng)用,塑料和復(fù)合材料研究也進(jìn)一步深入,可以預(yù)料,塑料將在汽車工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛,開發(fā)并使用全塑汽車已不是夢想,一個塑化的汽車工業(yè)時代即將到來。4汽車用塑料復(fù)合材料的研究與開發(fā)隨著塑料制品在汽車應(yīng)用上的范圍擴(kuò)大、用量增加,預(yù)計(jì)在今后的l0年里,我國汽車工業(yè)對塑料制品的需求量將達(dá)到年均10%的增長率。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的10種車型匯總,我國汽車消費(fèi)的各種塑料排列次序?yàn)榫郾?、聚氯乙烯、聚氨酯、不飽和聚酯、ABS、酚醛樹脂、聚乙烯和聚酰胺。資料顯示,PP、PE等通用塑料的改性品種由于性能高,質(zhì)量好,其應(yīng)用正在加快發(fā)展。纖維增強(qiáng)聚合物FRP等新品種由于技術(shù)的成熟,用量也在迅速增加,而PVC、ABS等則會部分地被熱塑性聚烯烴彈性體GFPA、TPO等新材料所代替,因而會相對放慢增長速率。在車用塑料零部件成型領(lǐng)域,近年來,我國也開發(fā)了不少行之有效的新技術(shù),包括氣體輔助注射成型技術(shù)、可熔型芯技術(shù)、三維和多層中空成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等。但國內(nèi)汽車用塑料復(fù)合材料無論用量、品種還是成型技術(shù)都還處于較低的水平,主要存在的問題有:原材料供應(yīng)不暢;專用樹脂牌號少;材料標(biāo)準(zhǔn)不一;成型工藝及模具制造等有關(guān)工藝、技術(shù)問題還未能得到很好的解決。因此,從總體上看,我國汽車用塑料制品的發(fā)展趨勢是,增加塑料原料品種和牌號,尤其是在工業(yè)上用作功能件、結(jié)構(gòu)件的品種有待開發(fā),提高模具開發(fā)和制造能力。下面就介紹塑料在未來汽車上的應(yīng)用趨勢。4.1pp內(nèi)飾件市場份額的市場份額為10.據(jù)報導(dǎo),轎車零部件消耗的熱塑性塑料正以年均超過6%的速度遞增,而由于PP價格低廉且性能優(yōu)越,汽車內(nèi)外飾件的發(fā)展將以PP為主,現(xiàn)在市場上使用的PP零件占42%的市場份額,且可望以每年8%的速度增長,特別是在汽車內(nèi)飾方面。4.2汽車用聚烯烴材料目前國外汽車內(nèi)飾件已基本實(shí)現(xiàn)塑料化,而塑料在汽車中的應(yīng)用范圍正在由內(nèi)裝件向外裝件、車身和結(jié)構(gòu)件擴(kuò)展,今后的重點(diǎn)發(fā)展方向是開發(fā)結(jié)構(gòu)件、外裝件用的增強(qiáng)塑料復(fù)合材料、高性能樹脂材料與塑料,并對材料的可回收性予以高度關(guān)注。從品種上看,聚烯烴材料因密度小、性能較好且成本低,近來有把汽車內(nèi)飾和外飾材料統(tǒng)一到聚烯烴材料的趨勢,因此其用量會有較大的增長。預(yù)計(jì)