汽车零部件塑料化发展趋势

1、汽车零部件塑料化发展趋势随着人们生活水平的不断提高， 对轿车也提出了更高的要求， 诸 如要求有宽敞的车内空间、舒适的座椅、低的噪音、视觉美观及 宽阔的视野等。而制造商们则用人体工程学设计和实用性来刺激 顾客的购买欲，此外高速、安全、低耗、环保，最后归结到低廉 的价格，要达到如此高的要求，用塑料来替代一些钢铁制的零部 件是最明智的选择。塑料歧管的生产方法和材料汽车动力系统用进气歧管， 历来是用金属制造的。由于歧管的形 状复杂，以前是用铝含金铸造的，但内壁粗糙，使用时对空气的 阻力很大，噪声大，致使燃烧不充分，废气排放多。在上个世纪 80年代开始，欧洲开始用失芯制造法（Core Melt），如此制

2、成 的歧管不仅成本高，而且有一定废品率，因为歧管的材料PA66（或PA6）经玻纤增强后，其加工温度在 250至260 C，虽然在 模内与型芯的接触时间仅几分钟，但部分型芯也不可避免地被熔 解，使歧管的内壁尺寸难以被控制。 近年来由于振动焊接技术的 发展，对于大尺寸的玻纤增强 PA66的焊接技术日趋成熟，为此 歧管可用注塑成型为二片歧管零件，经振动焊接而成为一体。目 前世界上多数汽车制造商使用此法生产歧管，使金属制歧管塑料化（见表1）。去1国外战塞方酒展趋势制造方法年份199820002002失芯制造法 Mel t54%S1*振动焊接技齐 Vibiat ion Weldipg咒唏56%其他8ft

3、2%由于发动机周边的零件要求在工作时要承受220C的高温下仍有高模量、高强度，在-40C下仍有良好的机械性能和无碎裂的韧 性，对于玻纤增强尼龙来说已不是最优秀的材料。目前国外已有用PPA树脂（聚邻苯二酉先胺）用模塑成型来制造汽车歧管， 并已应用到克尔维特、卡麦罗、火鸟车型的LS1和LS6发动机用进气歧管。此种类型的进气歧管通常设计成三个部份，通过螺栓一起固定到发动机上。在高温高湿状态下，PPA的抗拉强度比 尼龙6增加20%，也比尼龙66更高。此外PPA材料的挠曲（弯 曲）模量比尼龙高20%,硬度更大，更能抗长时间内的拉伸蠕变； PPA的耐汽油、耐油脂和冷却剂的能力也比PA强。最重要的是减轻重量

4、，用铸铝制造的进气歧管，重量达26磅，而用PPA树脂分三片模塑而成的同类型进气歧管仅重11磅，能多产生25%的气流。何况铸铝制品还会加热吸入的空气而降低功率，由于塑料是热的不良导体，故有隔热作用。离合器执行系统的新材料离合器执行系统的使用环境非常恶劣，长时间的经受高温，而且又暴露在压力油和润滑剂中。 以往主动缸和从动缸组件都必须使 用金属， 近年来， 美国一汽车产品公司向各大洲的车商提供用塑 料制的离合器执行系统，该商品的商标为CSC，是用LFRT，即用 50%的长纤维增强的黑色尼龙，该材料的硬度大、 重量轻、 比模量超过铝合金。它的纤维分布均匀，是随机分布的，尺寸稳定 性好、收缩率低、约为

5、0.2%。由于纤维完全浸润在尼龙树脂中， 而且端头较少，完全能保证有出色的光亮表面。50%的长纤维，使热膨胀系统几乎与金属相同， 该公司认为， 如果仔细地将注塑 件的尼龙成份烧掉，留下的骨架部分（纤维）几乎仍保留制品的 形状。这表明产品中的纤维的分布是各向同性，所以收缩一致， 抑制了翘曲。 CSC 的表面光洁度较铸铝件好， 有助于延长从动缸 的密封寿命。该产品的型号是 PA66.GF50-02，完全符合所有的 长期爆炸测试要求，室温下的抗拉强度几乎达到 50,000lb/ft2，疲 劳强度高，抗蠕变能力强，在 149 C下，抗拉强度仍有20,000lb/ ft2 , 50%长玻纤增强的PA，其

6、密度为1.5g/cm3,所以也减轻了 重量。通过注塑成型生产结构复杂的零件与铸铝相比， 节约了成 本。树脂基复合材料半个世纪以来， 树脂基复合材料作为新材料领域中的后起之秀得 到了很大的发展， 为世人瞩目， 目前在汽车领域里各国在研究使用的树脂基复合材料有以下几种：SMC/Sheet moulding composite,称为片状模塑料。是由长玻纤 增强不饱和聚酯制成的片材， 然后经过热成型加工可以做成各种 车用零件， 另外也可用此类浸有树脂的玻纤织物用手工法糊成许 多种零件部件，经固化后即可使用。 BMC/Bulk.moulding compo site,称为固状模塑料。用此类树脂通过热固性

7、注塑机可制成各 类零部件。用碳纤维、玻纤、超高摩尔PE纤维等与树脂复合（热固、热塑）（增强浸渍） 而成树脂基复合材料, 可制成许多零部件。 （见表 2）1零件划井材料外壳及外部车棚空气导疣複SMC装饰前若泥换延伸SMC, WC前進制动器茴板前灯外畢SMC前灯灯置SMC, BMC车绷SMC集动机舉塔孔适腋装讳物造型SMC后歸覆複SMC后蔬覆複艇伸SMCr BMC车拥外表EIM车搠平衡板即M车顼削程件伽三瀚宙格SMC三赠窗框SMCSMC拭流器誓换延伸SMC车繩辱气罩SMC, BMC空气提取器BMC尾叮外罩SMC, BMC车箱宕档板SMC邇气乳都件SMC辅助护軍空调外置BMC外熱武化黑詮凤机BMCB

8、MC抑热器外青BMC加热器菅道接头BMC车内穗动輕制台關C仪表面板判动盟PMC役表面板空调装潼狀通凤逋BMC电机睪BMC电BMC英国的瑞利安公司、法国的 Renault公司先后采用SMC制造车身及附件。美国GM公司在Camaro车和Fiebird车上使用了 SMC车顶、后门和侧门。Ford公司在Mustang车上应用了 SMC发动机罩，并将在Lin coin continen tal车上应用了 SMC盖板、发动 机罩和前防护板。这些例子仅仅作为推广应用的前奏。安全气囊对气囊材料的要求是：在夏日的高温(80 C)和严冬(-40 C) 状态下能正常触发，释放气囊，敏感度要高，任何撞击状态下都 能发

9、挥正常的功能， 所以此材料不仅要承受高低温的考验， 同时 要有很高的耐冲击，高的撕裂强度，伸长率要小。近来国外报导 用Akulon (PA6, PA66)以及Amitel (TPE-E)来制造安全气囊 是最佳的材料，这两种材料是 DSM 公司最近推出的。它们不仅 有良好的成型流动性和良好的加工性， 这些性能均比普通尼龙提 高 80%，使产品壁厚可以减薄，此外 TPE-E 也比其它的热塑性 弹性体注射性能更为稳定， 废品率更低， 还适用于发动机区域 (U TB)的热空气管线，保护罩、波纹管以及气囊等。抗菌塑料、纤维纺织品在内饰件中的应用目前轿车中的纺织品材料品种繁多，且用量大。以轿车为例，表 面

10、装饰材料一般为 25平方米/辆，质量为 9至 15公斤/辆。 2003 年国产轿车为 200万辆，耗用纺织品在 2 万吨以上。 (轿车内装 饰物品种见表 3)。对于此类高分子材料制造的内饰件面料的要 求是阻燃、防紫外线、透气性好等，由于轿车工业的日益发展， 人们不仅要求轿车要有宽敞的车内空间、视野开阔和乘座舒适， 还要求车内空气质量新鲜， 目前人们又提出如何防止轿车内的空 气污染及有高质量的空气。 车内空气质量差的原因之一是大部分 车内饰件都是由高分子纤维织成，如PP纤维、PP发泡材料、PU 发泡材料， PVC 发泡材料、 PET 纤维等。仅有少量天然纤维 和皮革制品。目前中国对塑料制品的抗菌

11、已经有了一个工业标准正式公布， 今 后轿车内的塑料零部件都应按此标准来规范， 以减少塑料件表面 滋生细菌。抗菌标准是：抗细菌率符合I 99%勺抗菌塑料可以作为强抗菌作用；抗细菌符合H 90%勺抗菌塑料可以作为有抗 菌作用。此外对于品种繁多勺有机高分子织物，今后勺方向应该是纳米 化。因为一些材料纳米化后，可以有抗菌、无臭、杀菌作用。此 类产品已有出售， 从这几方面着手， 对提高车内空气质量大有裨、人益。保险杠保险杠是轿车勺主要塑料件之一， 以上海桑塔纳轿车为例， 前保 险杠重4kg，后保险杠重4.4kg （时代超人超过此值）。保险杠 也由面板和骨架材料组成。 桑塔纳轿车勺面板材料由共聚丙烯加 热

12、塑性弹性体， 再加入其他助剂经注射成型而成。 根据不同车型 要求，某些车型勺保险杠需要喷漆，如捷达王、新捷达、别克等 车勺保险杠进行表面喷漆。 而桑塔纳和奥迪 100 等就直接采用注射成型的保险杠。目前国产车的保险杠大多是灰黑色的。随着时代的前进，人们已不满足于黑色的保险杠， 而要求保险杠与车身 同一色泽。保险杠表面经喷漆后，色泽漂亮，但成本增加近1倍。 而经喷漆后的保险杠回收利用后的耐寒性、伸长率大幅度下降， 不能再用于保险杠。所以开发可涂性 PP制造保险杠是很迫切的 研究课题。表3tH界轿车保隍杠阳材科发展看势材料僅用出例喘某塑性弹性体IPE53RIMFU*244工程垦料台全104.4金属

13、8.2*反应注塑聚氨酷*Sheet Moulding Campounds 片狀模塑料目前在世界范围内约有 92%的保险杠是用高分子材料制成的（表3）。因为用塑料制造保险杠可以根据美学和实用两方面来塑造时 尚美观且不失功能化的造型。 而且从强度上考虑，金属在受到轻 的碰撞后，会在金属面上留下痕迹， 而用塑料制造的保险杠对类 似的危害有更好的防御性。 现在的塑料保险杠是由三层组成：面板材料是用PP、PE/ABS、PC/PBT;骨架材料可以是木材、 金属； 中间是以PP发泡材料或PU发泡材料。就目前的发展来看，此 类材料不利于回收利用和不符合环境友好原则。近年来国外有人提出用TPE来制造汽车保险杠面

14、板，而用玻纤增强PP制造骨架， 再用发泡PP制作中间的缓冲层，都是同一族的材料，有利于回 收循环使用。在回收循环使用前，只要清洁和干燥处理，就可以按一定比例重新制造保险杠目前，国外中高档次轿车的保险杠已采用 PC/PBT 合金制作，此 材料机械性能高，冲击强度尤其远超PP制的保险杠。如 GE公司的 PC/PBT 合金属于 Xenoy 系列， 其中最新的 Xenoy-XT 适合 制作汽车保险杠。 它不仅能承受碰撞， 而且车体与保险杠经组成， 再涂装（以使保险杠与车体保持同一色泽）时，能耐155C /30min的烘烤干燥，世界上几家大公司如 Bayer公司、BASF公司都有 此品种，巴斯夫的 PB

15、T/PC合金，商品牌号是 Ultrablend，它不 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，耐热性及高机械性能，（尤其突出的是高抗冲击性）， 已经大量用于保险杠。此外还有热塑性弹性体TPE,它在常温下 具有橡胶特性， 在高温下能塑化成型， 用通用的塑料机械可以加 工成各种零件。 TPE 系列有纯净型 （即小分子单体通过一定聚合 而成）如 SBS、 TPU 等和掺混型如 TPO、 TPVC 等。据统计， 1991 年世界消耗 TPE 为 18 万吨（用于汽车工业），而到 1995年上 升到 28.5 万吨，可见增长速度之快。用塑料类制造保险杠已占 世界保险杠用料的

16、90%以上，而金属保险杠仅占 8.2%。可见世 界保险杠市场将由塑料所替代，这是必然的趋势。业内人士认为，使用塑料可将保险杠梁、保险杠饰板、格栅架、标牌、车前灯及转向灯的反射镜和透镜结合成为一体的前端架组 件。降低装配成本， 并有可能进一步将前端架组合件和散热器组 件一体化。这种构件目前称作模块。汽车窗玻璃的塑料化若用 PC 做风档玻璃，则在发生车祸时，能减少碎片对司机和乘 客的伤害。在日本，耐候级 PC 板用作赛车车窗已获运输省批准。 现已正式使用 PC 车窗的厂家有：本田、马自达等。 PC 窗存在 问题是 PC 的收缩率大于玻璃，且表面硬度低，受风沙吹后易粗 糙等。另一个材料是 PVB 树

17、脂（聚乙烯醇缩丁醛）。此树脂透 明、粘接性能十分优良，可作为二块无机玻璃之间的粘接层。当 受到外力冲击时，由于优良的粘接力，碎玻璃仍被 PVB 膜粘接 在一起。目前 PVB 已用于航空机上。但由于价格和 PVB 片材的 加工工艺问题，作为汽车窗玻璃、还未普及。汽车零部件生产的模块化为了降低整车的生产成本， 使汽车在市场有强大的竞争能力， 国 外一些汽车制造商们正在试验汽车零部件生产模块化。 所谓模块 化生产，即是以一个零件（或部件）为中心将周边的零件组合在 一起经一次成型加工而成， 这样可以减少许多制造工艺和模具数 量，如 BMW （宝马）系列的汽车变速箱组件是用 Bayer 公司生 产的 35%玻纤增强 PA