【史上最全】改性工程塑料行业培训教程之塑料在汽车工业中的应用.ppt

新材料行业 改性工程塑料培训教程 7 塑料在汽车工业中的应用 芜湖新材料有限公司WUHUNIOUMAITENewMaterialTechnologyCentre 国际汽车界研究开发的三大热门课题之一 应用历史 塑料在汽车中的应用一直被汽车工程界所重视 20世纪50年代即开始了塑料在汽车中的应用研究 60年代开始了商品化生产 80年代塑料在汽车工业中的应用进入快速发展的时期 塑料件成型技术已与汽车塑料化无缝结合 汽车塑料化是现代汽车科技进步的发展方向 一 节能环保 二 提高功能 三 简化制造工序与工艺 已成为国际汽车界研究开发的三大热门课题之一 国内汽车塑料化的工作重点 新材料及其关键零部件技术 以及完善标准体系 预计在不久的将来 汽车塑料零部件制造将成为一个新兴塑料产业 不仅扩大塑料产业的规模 同样也决定了今后汽车制造业的发展趋势 关键材料及塑料零部件制造技术最新进展 国际汽车产业上已有七项最新技术突破 同时该七项技术也即将投身于汽车产业中 汽车塑料化浪潮 表 1 发达国家汽车平均用塑料量 表 2 中国汽车平均用塑料量 表 3 我国与发达国家轿车塑料用量比较 表 4 我国与发达国家汽车塑料用量比较 工业发达国家汽车塑料的用量占塑料总消费量的8 10 与汽车工业发达国家相比 我国还存在很大的差距 德国 美国 日本等国的汽车塑料用量已达到10 15 有的甚至达到了20 以上 虽然各国使用的塑料品种不尽相同 但大体相似 FRP 学名玻璃纤维增强塑料 它是以玻璃纤维及其制品 玻璃布 带 毡 纱等 作为增强材料 以合成树脂作基体材料的一种复合材料 已由玻璃纤维扩大到碳纤维 硼纤维 芳纶纤维 氧化铝纤维和碳化硅纤维等 亦称玻璃钢复合材料 表 5 发达国家汽车塑料品种比较 在我国 塑料件约占汽车自重的7 10 我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP PVC PU 不饱和树脂 ABS PF PE PA PC 复合材料 自20世纪90年代以来 随着汽车材料国产化的开展 我国汽车用塑料步入了世界发展的轨道 奔驰Smart 在世界各大汽车制造公司中 最热衷于塑料的是戴姆勒 克莱斯勒汽车公司 他们正在开发一项与传统方法完全不同的汽车生产工艺 一项花费浩大 风险也相当大的试验 但是一旦成功 那么它将对整个汽车工业的加工方式产生革命性的影响 目前 戴姆勒 克莱斯勒汽车公司已在一些车辆上使用塑料翼子板 后尾门 并将塑料整体结构用在奔驰 型车和超微型车 跑车上 这就是用巨型注塑机生产成型的汽车零件 包括翼子板 前照面板 发动机盖 后围板等 塑料 汽车材料的生力军 应用品种 2012 2015 纳米复合材料 可喷涂和免喷涂塑料 塑料镜片和塑料玻璃 以及纤维增强热塑性塑料 目前运用的材料 聚丙烯 PP 聚乙烯 PE ABS树脂及工程塑料及其合金材料 国外汽车已在初步试用车用复合材料纤维增强复合材料 FRP 车用热塑性复合材料及碳纤维增强复合材料等高分子复合材料 世界汽车材料技术发展的主要方向 轻量化 环保化 目的 节能 减排 降耗 环保 汽车材料发展的主要方向 轻量化 1 减轻汽车自重是提高燃油燃烧效率的最有效措施之一 汽车的自重每减少10 燃油的消耗可降低6 8 2 降低汽车排放 保护环境为此 增加塑料类材料在汽车中的使用量 便成为降低整车成本及其重量 增加汽车有效载荷的关键 环保化 1 汽车塑料零部件的可回收利用 2 汽车塑料更换为生物塑料 首当其冲是汽车 内饰件 汽车塑料化的优势 一 最大优势是减轻车体的重量 节能降耗 二 塑料成型容易 加工十分便利 三 塑料制品的弹性变形特性能强 对车辆和乘客起到保护作用 四 塑料耐腐蚀性强 局部受损不会腐蚀 五 塑料品种多 性能优异 适应性强 汽车塑料化的优势 一 最大优势是减轻车体的重量 轻量化是汽车业追求的目标 塑料在此方面可以大显其威 这使塑料成为汽车轻量化的首选用材 使用塑料有助于减轻汽车重量 汽车重量每减少10 燃料经济性可提高5 汽车配件塑料化后的轻量化情况 二 塑料成型容易 使得形状复杂的部件加工十分便利 使用塑料可以一次成型 加工时间短 精度有保证 汽车塑料化的优势 注塑机 例如 仪表台用钢板加工 往往需要先加工成型各个零件 再分别用连接件装配或焊接而成 工序较多 三 塑料制品的弹性变形特性能能提高安全系数塑料制品的弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量 对强烈撞击有较大的缓冲作用 对车辆和乘客起到保护作用 因此 现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘 以增强缓冲作用 前后保险杠 车身装饰条都采用塑料材料 以减轻车外物体对车身的冲击力 另外 塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的作用 可以提高乘坐的舒适性 汽车塑料化的优势 四 塑料耐腐蚀性强 局部受损不会腐蚀 钢材制作一旦漆面受损或者先期防腐做的不好就容易生锈腐蚀 塑料对酸 碱 盐等抗腐蚀能力大于钢板 如果用塑料做车身覆盖件 十分适宜在污染较大的区域使用 五 塑料品种多 性能优异 适应性强 根据塑料的组织成分 通过添加不同的填料 增塑剂和硬化剂制出所需性能的塑料 改变材料的机械强度及加工成型性能 以适应车上不同部件的用途要求 例如 保险杠要有相当的机械强度 坐垫和靠背就要采用柔软的聚氨酯泡沫塑料 塑料颜色可以通过添加剂调出不同颜色 省去喷漆的麻烦 有些塑料件还可以电镀 如ABS塑料具有很好的电镀性能 可用于制作装饰条 标牌 开关旋钮 车轮装饰罩等 汽车塑料化的优势 汽车制造商适应塑料代替传统的钢制材料还可降低成本 戴姆勒 克莱斯勒公司宣称 该公司用模吹塑料制成了吉普车前后保险杠 从而使制造组装成本减少了12 重量减少了9 应用开发信息表明 用聚碳酸酯 PC 替代玻璃的环境效益包括重量 安全和设计 1千克的PC釉料可替代2 2千克的玻璃 对于15万公里使用寿命 以美国轿车平均消费计 可节约200 300兆焦的能力和减少14 22千克二氧化碳排放 注模的塑料部件也具有美学效果 而使用传统的材料如钢和玻璃很难达到 如玻璃前灯透镜用聚碳酸酯材料替代 汽车塑料化的优势 塑料可提高汽车制造商设计的灵活性 塑料在汽车中的成功应用更使汽车成本得以降低 一个简单的注模塑料部件可起到许多金属部件焊接在一起的功能 塑料可模铸成比钢组合件更为复杂的形状 可减少集成过程中所用的部件数 汽车装饰部件 汽车塑料装饰部件一般分为内饰件和外饰件 内饰件 汽车车厢隔板 门内装饰板 仪表板 扶手 地毯 门内手柄 装饰条等 内饰件功能要求 抗冲 减振 隔热 吸音 隔音以及美观 舒适具有较高的要求 但不会影响车辆的整体运行性能 热塑性塑料能满足上述要求 适宜制作内饰件 且质地轻 易成型 易安装 手感好和成本低等特点 用量高达整车塑料总用量的56 内饰件较早实现了 塑料化 且用量大 目前汽车内饰件的塑料材料逐渐向高强 复合 美观等方向发展 汽车内装饰部件 1 耐热性 因夏季长时间光照 车厢内温度比较高 要求内饰件材料具有高耐热性 2 耐老化性 包括热氧老化和光老化 防止部件老化变色 劣化 3 低气味性 为了驾乘人员的身体健康 材料应确保低挥发性 低气味 4 亚光性 为确保驾驶安全 选用哑光材料或哑光皮纹 5 耐刮伤性 要求材料具有一定的表面硬度和较低的摩擦系数 以防止刮伤起毛 汽车内饰件 材料要求 汽车常用的内饰件及所选材料 汽车常用的内饰件及所选材料 车门内板的构造基本上类似于仪表板 由骨架 发泡和表皮革构成 以红旗轿车和奥迪轿车为例 最近开发成功的低压注射 压缩成型方法 是把表皮材料放在还未凝固的聚丙烯毛坯上 经过压缩 压成为门内板 表皮材料为衬有PP软泡层的TPO 这类门板易回收再生 中低档轿车的门内板 可采用木粉填充改性PP板材或废纤维层压板表面复合针织物的简单结构 即没有发泡缓冲结构 有些货车上甚至使用直接贴一层PVC人造革的门内板 汽车内饰件 车门内板 车门周围塑料件 目前坐垫及靠背基本上是由软质PU 聚氨基甲酸酯简称聚氨酯 发泡制成 对于座椅的表皮材料 60年代大多数采用PVC人造革 70年代开始使用真皮织物包皮 织物材料主要是尼龙 预计聚酯织物包皮会逐年增加 座椅缓冲材料为模压发泡的软质高弹性PU 目前尚无其它发泡材料可以替代它 考虑到座椅的舒适性 缓冲垫的密度可以改变 从而使软硬度随之改变 如奥迪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 其特点是透气性好 骨架材料可用GMT 玻璃纤维毡片 取代钢铁材料 座椅 我国使用的仪表板可分为硬和软仪表板两种 汽车内饰件 仪表板 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 ABS PC等一次性注射成型 这种仪表板表面有花纹 尺寸很大 无蒙皮 对表面质量要求很高 对材料的要求是耐湿 耐热 刚性好 不易变形 但由于这种仪表板通常采用多点注射成型 易形成流痕和粘接痕 同时添加色母不均 容易产生色差 因此表面需经涂装后才能使用 且最好选用亚光漆涂装 另外 由于高档仪表板追求质感 所以在仪表板表面做一部分桃木饰纹将是一种发展方向 桑塔纳 捷达 富康仪表板均采用PVC ABS或PVC片材作为表皮材料 并带有皮纹 上海大众斯柯达明锐仪表板 但是 由三种以上材料构成的仪表板 材料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表皮和改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯发泡材料构成的仪表板 再 方向盘 考虑到轻量化 现在也有用玻璃纤维增强PA替代铁芯的趋势 为了追求豪华 舒适 手感好 现在的方向盘表面部分增加了桃木饰纹或真皮包皮等 骨架 钢骨架与铝压注包覆物 多用改性PP PVC PU ABS等树脂 一般采用自结皮硬质PU泡沫材料高压或低压发泡而成 车内顶棚 后围 后围主要对重型车而言 是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合层压制品 它的作用除了起装饰功能外 还起着隔热 隔音等特殊功能 顶棚 后围一般由基材和表皮构成 基材需要具有轻量 刚性高 尺寸稳定 易成形等特点 顶棚 后围 我国的轿车顶棚一般使用TPO发泡片材 玻璃纤维 无纺涤纶布材料层压成型 汽车功能件 功能件必须满足特殊的使用功能 对其材料具有特殊的要求 汽车功能件 暖风机 空调 暖风机 空调是汽车重要的功能件 其总成大部分是由塑料注塑或吸塑而成 汽车功能件 燃油箱及燃油管 燃油箱结构 具有单层或多层复合结构 奥迪A6燃油箱 奇瑞B14燃油箱 燃油箱是汽车中重要的安全部件之一 燃油箱材质要求 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 防爆等方面的要求 塑料燃油箱通常采用HMWHDPE基材 并辅以粘接和阻隔性材料吸塑而成 其箱体内壁要用不同的方法进行表面处理 进气道是为发动机而设计的部件 对于卡车来说 进气道是重要的外饰件 通常位于驾驶室后面 一般为ABS板吸塑二次加工成型 PE吹塑成型或ABS注塑而成 重卡斯太尔王和 黄河王子 的进气道就是ABS注塑而成 重约15Kg 江淮汽车进气道 斯太尔王进气道 汽车功能件 进气道 挡位标牌 暖风操纵面板 操纵旋钮及导光块这类功能件一般选用原色PMMA为材料 但也有例外 如斯太尔王的前遮阳罩则选用黑色 铅黄色或紫色的PMMA 主要是防止太阳光的直射 汽车功能件 烟灰缸 缸体及盖板为了满足阻燃 耐温的需要 这类功能件一般选用PC PF PBT或PC ABS注塑而成 例如 黄河王子就采用PC 斯太尔王则用PBT PC ABS注塑而成 T11烟灰缸为酚醛树脂 点烟器面板为PP EPTM T12 散热器格栅 发动机罩 汽车外饰件 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 汽车外饰件 汽车外饰件的材料要求1 耐候性 对于不涂装或电镀的部件应选用耐候材料 如AES ASA AAS PC PBT PET 等 2 耐热性 因环境温度低 标准耐热级就可满足要求 3 耐低温性 要求材料具有一定的耐低温性 防止冬季低温环境下部件开裂 4 耐化学品性 防止油品及酸雨的侵蚀 5 耐刮伤性 要求材料具有一定的表面硬度和较低的摩擦系数 以防止刮伤 汽车外饰件 发动机罩及地垫属中 重型汽车及客车的重要内饰件 发动机罩一般是将PVC皮革吸塑后与聚醚多元醇和异氰酸酯发泡填充而成主要起到吸音 隔热 减震和美化车内环境等作用 汽车外饰件 发动机罩 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 是表现一辆汽车风格的重要部件 汽车外饰件 散热器格栅 也有用耐候性较好的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 其成本将降低50 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 此种格栅备受用户的青睐 桑塔纳轿车的格栅是用ABS注塑成型制成的 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 再用喷漆喷敷 汽车外饰件 散热器格栅 翼子板 也叫挡泥板 的作用是 在汽车行驶过程中 防止被车轮卷起的砂石 泥浆溅到车厢的底部 因此 要求所使用材料具有耐气候老化和良好的成型加工性 汽车外饰件 翼子板 桑塔纳轿车左右前轮的上方有2个翼子板 重约1 8Kg 它是用增韧改性PP经注射成型而成 重卡斯太尔王的翼子板采用FRP制作 斯太尔1491的翼子板则采用PU弹性体制作 现在 翼子板用塑料多为PU类 也有采用树脂制作的 今后 用PA PP合金注射成型是一种发展方向 改性EVA 乙烯 醋酸乙烯酯共聚物 汽车挡泥板塑料配方 TPVC改性PVC汽车挡泥板塑料配方 导流板通常具有轻量 高刚性 设计新颖并呈流线型等特点 根据不同车型的要求 一般可采用SMC 片材模塑材料 FRP mPPO等材料 也可用改性PP和ABS 经中空成型的导流板成本低 且表面易涂装 重卡斯太尔王的导流板就是用FRP制作的 FRP FiberReinforcedPlastics 纤维增强复合塑料 根据纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料 GFRP 碳纤维增强复合塑料 CFRP 硼纤维增强复合塑料等 尾导流板 底导流板 前导流板 汽车外饰件 导流板 近些年汽车外饰件也逐步实现了 以塑代钢 由于外饰件对材料的力学强度 美观性能等方面要求高 目前主要采用高性能工程塑料及其合金 增强复合材料等制造 车外门把手 门锁采用POM制作 其刚性好 耐磨且手感好 NVH 噪声 振动 冲击 汽车车身 汽车车身轻量化 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 德国尼奥普兰公司已研制出了全塑壳大型轿车 该车型质量只有普通轿车的43 可节省燃料20 30 它的一辆试验车横穿撒哈拉沙漠 能耐70 的高温 且与41km h时速的载货汽车相撞时 驾驶员和乘客均无损伤 德国尼奥普兰全塑壳大型轿车 汽车动力系统部件 汽车动力系统部件 供油系统零件 汽车点火器 加速器 汽车泵 输油管 动力阀 马达齿轮 发动机 进气歧管 气缸体等 现在大部分都是以塑料代替金属材料来制造 轿车 面包车 小卡车上使用的塑料 目前大约25 用于发动机室内 德国富吕登伯格公司用聚酯BMC制造了发动机室内进气歧管 其内表面十分光滑 有助于空气进入 使得发动机效率比用金属歧管高15 歧管重量减轻1kg 汽车进气歧管的塑料化 德国宝马汽车公司 在使用性能方面明显优于普通金属铜 如塑料汽缸头盖质量可减轻约50 成本可降低约30 随着塑料加工改性技术的不断提高 塑料将有可能取代金属制造汽车动力系统的几乎每一种零件 如美国采用一种耐热型塑料通过玻璃及碳纤维增强 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 巴斯夫公司用天然橡胶改性聚酰胺的复合材料制造了汽车轻型稳定器 该稳定器已用于豪华型保时捷四门跑车Pananmera上 能够十分可靠地承受高达650Nm的发动机扭矩 具有良好的吸音效果 并且高强度 可以保证汽车发动机的稳固安装 与相似功能的金属组件相比可减轻35 的重量 保时捷四门跑车Pananmera 汽车安全系统部件 安全气囊 安全气囊是汽车安全系统中的一个重要部件 气囊材料要求 耐高 低温 高冲击 撕裂强度 伸长率小 但近几年来 TPO技术的突破性进展 以其较高性价比的优点使其在汽车安全气囊盖板中的使用越来越广泛 PA6 PA66和TPE E等塑料是制造安全气囊的最佳材料 而且由于TPE E兼具橡胶的弹性和热塑性塑料的刚性 易加工和良好的耐热性 在安全气囊盖板的制造上也显示出了独特的优越性 所以在汽车气囊盖板上已普遍应用 汽车安全系统部件 保险杠 保险杠在汽车中是抗冲击性能要求最高的部件之一 目前在一些中高档车型中大都采用PC PBT合金制造 它不仅具有良好的力学性能 特别是有很高的冲击强度 而且还具有较高的耐热性和耐化学药品性 巴斯夫公司生产的PC PBT合金Ultrablend 不仅具有PBT的耐化学药品性 耐油性及流动性 又具有PC的低温韧性 耐热性及高的机械性能 尤其突出的高抗冲击性 已经大量用于制造保险杠 此外PP经抗冲改性后也大量用于中低档车型的保险杠 它具有很高的性价比 保险杠一般采用模压塑料板材 改性PP材料 或用玻璃纤维增强塑料经模压 吸塑或注塑成型 桑塔纳轿车的面板材料是采用共聚丙烯加热塑性弹性体 再加入其它助剂 经注塑成型的 汽车安全系统部件 保险杠 改性PP汽车硬质保险杠专用料 国内外汽车硬质保险杠改性PP专用料的性能 根据不同车型的要求 某些车型的保险杠需要喷漆 捷达王 新捷达 别克等车的保险杠都进行了表面喷漆 保险杠表面经喷漆后 色泽漂亮 但成本增加近一倍 而且喷漆后的保险杠 其回收再生料的耐寒性和伸长率大幅度降低 不能再用于制造保险杠 SMC 片状模塑料Sheetmoldingcompound的缩写 即片状模塑料 主要原料由SMC专用纱 不饱和树脂 低收缩添加剂 填料及各种助剂组成 斯太尔王重卡 汽车安全系统部件 保险杠 桑塔纳和奥迪 100等就直接采用注塑成形的保险杠 所以 开发可涂性PP来制造保险杠是当前的研究课题 斯太尔王的保险杠及前脸连在一起 主要采用SMC压制而成 质量轻 强度高 汽车照明系统部件 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 它们不仅抗冲击强度高 抗震吸音效果好 透明度高 而且重量比无机玻璃减轻约40 50 透明性 耐热性 耐冲击性及易于成型性 采用表面涂覆硬膜的PC 从而进一步提高了耐擦伤性和耐候性 比玻璃镜片更亮 更抗破碎 更具光学加工的准确性 风挡玻璃的三层安全玻璃里面又贴附了20 m厚的聚氨酯膜 以提高其抗碎性 挡风玻璃 车窗玻璃 聚氨酯膜 灯类 灯壳和灯罩之间可采用热熔胶粘接剂粘接或振动焊接 沙伯基础创新塑料 沙特基础工业公司 SABIC 的业务部门 沙伯基础创新塑料宣布 采用该公司热塑性材料制成的两款汽车应用产品在2011年美国塑料工程师协会 SPE 汽车创新大奖赛中荣获广受追捧的名人堂大奖和综合荣誉大奖 开发出的一种新型实心PC板材 已成功用于荷兰世爵C8超级跑车的顶板 坐舱盖和后三角窗上 具有高强度 清澈透明 轻巧和出色的耐刮擦性 耐候性等特性 同时还具有波动 失真和光学缺陷最小化等特点 沙伯基础创新塑料是全球塑料树脂供应商 其产品广泛应用于汽车 医疗保健 消费电子产品 运输 成品包装 建筑 电信和光学介质等领域 该公司制造与合成聚碳酸酯 ABS ASA PPE PC ABS PBT与PEI树脂 以及LNP 系列高性能特种复合材料 车用塑料未来的发展趋势 随着 汽车塑料化 进程的不断加速 以及人们对于汽车的使用 安全 环保等性能要求的不断提高 对于车用塑料无疑也提出了更高的要求 车用塑料未来的发展趋势 通用塑料高性能化 降低汽车制造成本PP ABS因密度小 良好的力学性能和加工性能 且成本低 其通过纤维增强和抗冲改性的品种用于汽车的内饰 仪表板 保险杠 轮罩等部件已被人们广泛接受 其在汽车中用量逐年增加 特别是在多功能汽车 小型车上的用量大幅增加 据统计PP在汽车塑料件中占近50 2009年每辆汽车PP最高用量达60kg 其中PP改性复合材料用量为45kg 纯PP料用量为15kg 车用塑料未来的发展趋势 由于未来的汽车基于风格和法规的要求 保险杠 仪表板的尺寸进一步增大 这就要求材料具有良好的加工性 另外随着多功能和小型汽车产量的不断增大 在未来的汽车塑料应用中 车用塑料材料仍会以PP ABS为主导 通过各种改性和复合技术 如共混 共聚 纤维增强等使其高性能化 工程化和功能化 更进一步扩展在汽车中的应用领域 降低汽车的制造成本 谢谢 Thankyou 新材料行业 改性工程塑料培训教程 7 塑料在汽车工业中的应用 芜湖新材料有限公司WUHUNIOUMAITENewMaterialTechnologyCentre 国际汽车界研究开发的三大热门课题之一 应用历史 塑料在汽车中的应用一直被汽车工程界所重视 20世纪50年代即开始了塑料在汽车中的应用研究 60年代开始了商品化生产 80年代塑料在汽车工业中的应用进入快速发展的时期 塑料件成型技术已与汽车塑料化无缝结合 汽车塑料化是现代汽车科技进步的发展方向 一 节能环保 二 提高功能 三 简化制造工序与工艺 已成为国际汽车界研究开发的三大热门课题之一 国内汽车塑料化的工作重点 新材料及其关键零部件技术 以及完善标准体系 预计在不久的将来 汽车塑料零部件制造将成为一个新兴塑料产业 不仅扩大塑料产业的规模 同样也决定了今后汽车制造业的发展趋势 关键材料及塑料零部件制造技术最新进展 国际汽车产业上已有七项最新技术突破 同时该七项技术也即将投身于汽车产业中 汽车塑料化浪潮 表 1 发达国家汽车平均用塑料量 表 2 中国汽车平均用塑料量 表 3 我国与发达国家轿车塑料用量比较 表 4 我国与发达国家汽车塑料用量比较 工业发达国家汽车塑料的用量占塑料总消费量的8 10 与汽车工业发达国家相比 我国还存在很大的差距 德国 美国 日本等国的汽车塑料用量已达到10 15 有的甚至达到了20 以上 虽然各国使用的塑料品种不尽相同 但大体相似 FRP 学名玻璃纤维增强塑料 它是以玻璃纤维及其制品 玻璃布 带 毡 纱等 作为增强材料 以合成树脂作基体材料的一种复合材料 已由玻璃纤维扩大到碳纤维 硼纤维 芳纶纤维 氧化铝纤维和碳化硅纤维等 亦称玻璃钢复合材料 表 5 发达国家汽车塑料品种比较 在我国 塑料件约占汽车自重的7 10 我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP PVC PU 不饱和树脂 ABS PF PE PA PC 复合材料 自20世纪90年代以来 随着汽车材料国产化的开展 我国汽车用塑料步入了世界发展的轨道 奔驰Smart 在世界各大汽车制造公司中 最热衷于塑料的是戴姆勒 克莱斯勒汽车公司 他们正在开发一项与传统方法完全不同的汽车生产工艺 一项花费浩大 风险也相当大的试验 但是一旦成功 那么它将对整个汽车工业的加工方式产生革命性的影响 目前 戴姆勒 克莱斯勒汽车公司已在一些车辆上使用塑料翼子板 后尾门 并将塑料整体结构用在奔驰 型车和超微型车 跑车上 这就是用巨型注塑机生产成型的汽车零件 包括翼子板 前照面板 发动机盖 后围板等 塑料 汽车材料的生力军 应用品种 2012 2015 纳米复合材料 可喷涂和免喷涂塑料 塑料镜片和塑料玻璃 以及纤维增强热塑性塑料 目前运用的材料 聚丙烯 PP 聚乙烯 PE ABS树脂及工程塑料及其合金材料 国外汽车已在初步试用车用复合材料纤维增强复合材料 FRP 车用热塑性复合材料及碳纤维增强复合材料等高分子复合材料 世界汽车材料技术发展的主要方向 轻量化 环保化 目的 节能 减排 降耗 环保 汽车材料发展的主要方向 轻量化 1 减轻汽车自重是提高燃油燃烧效率的最有效措施之一 汽车的自重每减少10 燃油的消耗可降低6 8 2 降低汽车排放 保护环境为此 增加塑料类材料在汽车中的使用量 便成为降低整车成本及其重量 增加汽车有效载荷的关键 环保化 1 汽车塑料零部件的可回收利用 2 汽车塑料更换为生物塑料 首当其冲是汽车 内饰件 汽车塑料化的优势 一 最大优势是减轻车体的重量 节能降耗 二 塑料成型容易 加工十分便利 三 塑料制品的弹性变形特性能强 对车辆和乘客起到保护作用 四 塑料耐腐蚀性强 局部受损不会腐蚀 五 塑料品种多 性能优异 适应性强 汽车塑料化的优势 一 最大优势是减轻车体的重量 轻量化是汽车业追求的目标 塑料在此方面可以大显其威 这使塑料成为汽车轻量化的首选用材 使用塑料有助于减轻汽车重量 汽车重量每减少10 燃料经济性可提高5 汽车配件塑料化后的轻量化情况 二 塑料成型容易 使得形状复杂的部件加工十分便利 使用塑料可以一次成型 加工时间短 精度有保证 汽车塑料化的优势 注塑机 例如 仪表台用钢板加工 往往需要先加工成型各个零件 再分别用连接件装配或焊接而成 工序较多 三 塑料制品的弹性变形特性能能提高安全系数塑料制品的弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量 对强烈撞击有较大的缓冲作用 对车辆和乘客起到保护作用 因此 现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘 以增强缓冲作用 前后保险杠 车身装饰条都采用塑料材料 以减轻车外物体对车身的冲击力 另外 塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的作用 可以提高乘坐的舒适性 汽车塑料化的优势 四 塑料耐腐蚀性强 局部受损不会腐蚀 钢材制作一旦漆面受损或者先期防腐做的不好就容易生锈腐蚀 塑料对酸 碱 盐等抗腐蚀能力大于钢板 如果用塑料做车身覆盖件 十分适宜在污染较大的区域使用 五 塑料品种多 性能优异 适应性强 根据塑料的组织成分 通过添加不同的填料 增塑剂和硬化剂制出所需性能的塑料 改变材料的机械强度及加工成型性能 以适应车上不同部件的用途要求 例如 保险杠要有相当的机械强度 坐垫和靠背就要采用柔软的聚氨酯泡沫塑料 塑料颜色可以通过添加剂调出不同颜色 省去喷漆的麻烦 有些塑料件还可以电镀 如ABS塑料具有很好的电镀性能 可用于制作装饰条 标牌 开关旋钮 车轮装饰罩等 汽车塑料化的优势 汽车制造商适应塑料代替传统的钢制材料还可降低成本 戴姆勒 克莱斯勒公司宣称 该公司用模吹塑料制成了吉普车前后保险杠 从而使制造组装成本减少了12 重量减少了9 应用开发信息表明 用聚碳酸酯 PC 替代玻璃的环境效益包括重量 安全和设计 1千克的PC釉料可替代2 2千克的玻璃 对于15万公里使用寿命 以美国轿车平均消费计 可节约200 300兆焦的能力和减少14 22千克二氧化碳排放 注模的塑料部件也具有美学效果 而使用传统的材料如钢和玻璃很难达到 如玻璃前灯透镜用聚碳酸酯材料替代 汽车塑料化的优势 塑料可提高汽车制造商设计的灵活性 塑料在汽车中的成功应用更使汽车成本得以降低 一个简单的注模塑料部件可起到许多金属部件焊接在一起的功能 塑料可模铸成比钢组合件更为复杂的形状 可减少集成过程中所用的部件数 汽车装饰部件 汽车塑料装饰部件一般分为内饰件和外饰件 内饰件 汽车车厢隔板 门内装饰板 仪表板 扶手 地毯 门内手柄 装饰条等 内饰件功能要求 抗冲 减振 隔热 吸音 隔音以及美观 舒适具有较高的要求 但不会影响车辆的整体运行性能 热塑性塑料能满足上述要求 适宜制作内饰件 且质地轻 易成型 易安装 手感好和成本低等特点 用量高达整车塑料总用量的56 内饰件较早实现了 塑料化 且用量大 目前汽车内饰件的塑料材料逐渐向高强 复合 美观等方向发展 汽车内装饰部件 1 耐热性 因夏季长时间光照 车厢内温度比较高 要求内饰件材料具有高耐热性 2 耐老化性 包括热氧老化和光老化 防止部件老化变色 劣化 3 低气味性 为了驾乘人员的身体健康 材料应确保低挥发性 低气味 4 亚光性 为确保驾驶安全 选用哑光材料或哑光皮纹 5 耐刮伤性 要求材料具有一定的表面硬度和较低的摩擦系数 以防止刮伤起毛 汽车内饰件 材料要求 汽车常用的内饰件及所选材料 汽车常用的内饰件及所选材料 车门内板的构造基本上类似于仪表板 由骨架 发泡和表皮革构成 以红旗轿车和奥迪轿车为例 最近开发成功的低压注射 压缩成型方法 是把表皮材料放在还未凝固的聚丙烯毛坯上 经过压缩 压成为门内板 表皮材料为衬有PP软泡层的TPO 这类门板易回收再生 中低档轿车的门内板 可采用木粉填充改性PP板材或废纤维层压板表面复合针织物的简单结构 即没有发泡缓冲结构 有些货车上甚至使用直接贴一层PVC人造革的门内板 汽车内饰件 车门内板 车门周围塑料件 目前坐垫及靠背基本上是由软质PU 聚氨基甲酸酯简称聚氨酯 发泡制成 对于座椅的表皮材料 60年代大多数采用PVC人造革 70年代开始使用真皮织物包皮 织物材料主要是尼龙 预计聚酯织物包皮会逐年增加 座椅缓冲材料为模压发泡的软质高弹性PU 目前尚无其它发泡材料可以替代它 考虑到座椅的舒适性 缓冲垫的密度可以改变 从而使软硬度随之改变 如奥迪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 其特点是透气性好 骨架材料可用GMT 玻璃纤维毡片 取代钢铁材料 座椅 我国使用的仪表板可分为硬和软仪表板两种 汽车内饰件 仪表板 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 ABS PC等一次性注射成型 这种仪表板表面有花纹 尺寸很大 无蒙皮 对表面质量要求很高 对材料的要求是耐湿 耐热 刚性好 不易变形 但由于这种仪表板通常采用多点注射成型 易形成流痕和粘接痕 同时添加色母不均 容易产生色差 因此表面需经涂装后才能使用 且最好选用亚光漆涂装 另外 由于高档仪表板追求质感 所以在仪表板表面做一部分桃木饰纹将是一种发展方向 桑塔纳 捷达 富康仪表板均采用PVC ABS或PVC片材作为表皮材料 并带有皮纹 上海大众斯柯达明锐仪表板 但是 由三种以上材料构成的仪表板 材料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表皮和改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯发泡材料构成的仪表板 再 方向盘 考虑到轻量化 现在也有用玻璃纤维增强PA替代铁芯的趋势 为了追求豪华 舒适 手感好 现在的方向盘表面部分增加了桃木饰纹或真皮包皮等 骨架 钢骨架与铝压注包覆物 多用改性PP PVC PU ABS等树脂 一般采用自结皮硬质PU泡沫材料高压或低压发泡而成 车内顶棚 后围 后围主要对重型车而言 是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合层压制品 它的作用除了起装饰功能外 还起着隔热 隔音等特殊功能 顶棚 后围一般由基材和表皮构成 基材需要具有轻量 刚性高 尺寸稳定 易成形等特点 顶棚 后围 我国的轿车顶棚一般使用TPO发泡片材 玻璃纤维 无纺涤纶布材料层压成型 汽车功能件 功能件必须满足特殊的使用功能 对其材料具有特殊的要求 汽车功能件 暖风机 空调 暖风机 空调是汽车重要的功能件 其总成大部分是由塑料注塑或吸塑而成 汽车功能件 燃油箱及燃油管 燃油箱结构 具有单层或多层复合结构 奥迪A6燃油箱 奇瑞B14燃油箱 燃油箱是汽车中重要的安全部件之一 燃油箱材质要求 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 防爆等方面的要求 塑料燃油箱通常采用HMWHDPE基材 并辅以粘接和阻隔性材料吸塑而成 其箱体内壁要用不同的方法进行表面处理 进气道是为发动机而设计的部件 对于卡车来说 进气道是重要的外饰件 通常位于驾驶室后面 一般为ABS板吸塑二次加工成型 PE吹塑成型或ABS注塑而成 重卡斯太尔王和 黄河王子 的进气道就是ABS注塑而成 重约15Kg 江淮汽车进气道 斯太尔王进气道 汽车功能件 进气道 挡位标牌 暖风操纵面板 操纵旋钮及导光块这类功能件一般选用原色PMMA为材料 但也有例外 如斯太尔王的前遮阳罩则选用黑色 铅黄色或紫色的PMMA 主要是防止太阳光的直射 汽车功能件 烟灰缸 缸体及盖板为了满足阻燃 耐温的需要 这类功能件一般选用PC PF PBT或PC ABS注塑而成 例如 黄河王子就采用PC 斯太尔王则用PBT PC ABS注塑而成 T11烟灰缸为酚醛树脂 点烟器面板为PP EPTM T12 散热器格栅 发动机罩 汽车外饰件 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 汽车外饰件 汽车外饰件的材料要求1 耐候性 对于不涂装或电镀的部件应选用耐候材料 如AES ASA AAS PC PBT PET 等 2 耐热性 因环境温度低 标准耐热级就可满足要求 3 耐低温性 要求材料具有一定的耐低温性 防止冬季低温环境下部件开裂 4 耐化学品性 防止油品及酸雨的侵蚀 5 耐刮伤性 要求材料具有一定的表面硬度和较低的摩擦系数 以防止刮伤 汽车外饰件 发动机罩及地垫属中 重型汽车及客车的重要内饰件 发动机罩一般是将PVC皮革吸塑后与聚醚多元醇和异氰酸酯发泡填充而成主要起到吸音 隔热 减震和美化车内环境等作用 汽车外饰件 发动机罩 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 是表现一辆汽车风格的重要部件 汽车外饰件 散热器格栅 也有用耐候性较好的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 其成本将降低50 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 此种格栅备受用户的青睐 桑塔纳轿车的格栅是用ABS注塑成型制成的 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 再用喷漆喷敷 汽车外饰件 散热器格栅 翼子板 也叫挡泥板 的作用是 在汽车行驶过程中 防止被车轮卷起的砂石 泥浆溅到车厢的底部 因此 要求所使用材料具有耐气候老化和良好的成型加工性 汽车外饰件 翼子板 桑塔纳轿车左右前轮的上方有2个翼子板 重约1 8Kg 它是用增韧改性PP经注射成型而成 重卡斯太尔王的翼子板采用FRP制作 斯太尔1491的翼子板则采用PU弹性体制作 现在 翼子板用塑料多为PU类 也有采用树脂制作的 今后 用PA PP合金注射成型是一种发展方向 改性EVA 乙烯 醋酸乙烯酯共聚物 汽车挡泥板塑料配方 TPVC改性PVC汽车挡泥板塑料配方 导流板通常具有轻量 高刚性 设计新颖并呈流线型等特点 根据不同车型的要求 一般可采用SMC 片材模塑材料 FRP mPPO等材料 也可用改性PP和ABS 经中空成型的导流板成本低 且表面易涂装 重卡斯太尔王的导流板就是用FRP制作的 FRP FiberReinforcedPlastics 纤维增强复合塑料 根据纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料 GFRP 碳纤维增强复合塑料 CFRP 硼纤维增强复合塑料等 尾导流板 底导流板 前导流板 汽车外饰件 导流板 近些年汽车外饰件也逐步实现了 以塑代钢 由于外饰件对材料的力学强度 美观性能等方面要求高 目前主要采用高性能工程塑料及其合金 增强复合材料等制造 车外门把手 门锁采用POM制作 其刚性好 耐磨且手感好 NVH 噪声 振动 冲击 汽车车身 汽车车身轻量化 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 德国尼奥普兰公司已研制出了全塑壳大型轿车 该车型质量只有普通轿车的43 可节省燃料20 30 它的一辆试验车横穿撒哈拉沙漠 能耐70 的高温 且与41km h时速的载货汽车相撞时 驾驶员和乘客均无损伤 德国尼奥普兰全塑壳大型轿车 汽车动力系统部件 汽车动力系统部件 供油系统零件 汽车点火器 加速器 汽车泵 输油管 动力阀 马达齿轮 发动机 进气歧管 气缸体等 现在大部分都是以塑料代替金属材料来制造 轿车 面包车 小卡车上使用的塑料 目前大约25 用于发动机室内 德国富吕登伯格公司用聚酯BMC制造了发动机室内进气歧管 其内表面十分光滑 有助于空气进入 使得发动机效率比用金属歧管高15 歧管重量减轻1kg 汽车进气歧管的塑料化 德国宝马汽车公司 在使用性能方面明显优于普通金属铜 如塑料汽缸头盖质量可减轻约50 成本可降低约30 随着塑料加工改性技术的不断提高 塑料将有可能取代金属制造汽车动力系统的几乎每一种零件 如美国采用一种耐热型塑料通过玻璃及碳纤维增强 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 巴斯夫公司用天然橡胶改性聚酰胺的复合材料制造了汽车轻型稳定器 该稳定器已用于豪华型保时捷四门跑车Pananmera上 能够十分可靠地承受高达650Nm的发动机扭矩 具有良好的吸音效果 并且高强度 可以保证汽车发动机的稳固安装 与相似功能的金属组件相比可减轻35 的重量 保时捷四门跑车Pananmera 汽车安全系统部件 安全气囊 安全气囊是汽车安全系统中的一个重要部件 气囊材料要求 耐高 低温 高冲击 撕裂强度 伸长率小 但近几年来 TPO技术的突破性进展 以其较高性价比的优点使其在汽车安全气囊盖板中的使用越来越广泛 PA6 PA66和TPE E等塑料是制造安全气囊的最佳材料 而且由于TPE E兼具橡胶的弹性和热塑性塑料的刚性 易加工和良好的耐热性 在安全气囊盖板的制造上也显示出了独特的优越性 所以在