汽车常用材料的应用

1、    汽车常用材料的应用    刘小路摘要：汽车行业经过数十年的快速发展，推动了汽车材料制品行业的巨大变革。在“十二五”期间，汽车制品行业在结构调整、转型和发展中不断升级。汽车制品行业的迅速发展，先后涌现出了诸多新型材料和新技术。其中，以汽车轻量化材料和以塑代钢材料为典型代表，因其拥有成型任意形状、生产率高、成本低等优点，推动了汽车领域的改性材料商业化的普及。结合汽车制品iso质量体系管控，产品质量的稳定性及产品结构的合理性得到保证，有效的控制质量成本、减少浪费和提高生产率。关键词：改性材料;质量成本;一、汽车常用材料pp和abs的特点：近年来，随着对

2、汽车燃料消耗和排放的规定日益严格，促进了汽车轻量化材料的快速发展，同时新能源汽车市场也应运而生并且发展迅速。非金属材料在乘用车中的应用很常见，其应用比重在很大程度上也直接影响着汽车油耗（非金属材料应用比重与燃油油耗成反比），随着时代的变革非金属材料的应用比重由原来的1/3逐年上升。其中，pp和abs改性材料在汽车常用材料的应用中占据主导地位。汽车常用材料pp、abs材料特点如下：聚丙烯（英文全称：polypropylene，简称pp）是一种半结晶的热塑性塑料。它具有高抗冲击性，强机械性能，耐各种有机溶剂和酸碱腐蚀。由于其低价格和优越的性能，汽车内外饰件的应用主要以pp材料为主，主要应用有：前后

3、保险杠、主副仪表板、前后护板、下格栅、挡泥板、轮罩、导流板、a/b/c柱内护板、门板等。丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（英文全称：acrylonitrile butadiene styrene，简称abs）是一种强度高，韧性好，且易于加工的热塑性聚合物材料，是丙烯腈、苯乙烯、丁二烯三种单体的接枝共聚物，适于制作制造通用机械零件，减磨零件，传动零件和电讯零件。它是一种用途极为广泛的热塑性工程塑料。汽车内外饰装饰件以电镀、烫印、水转印等工艺为主题的零部件应用材料主要为abs材料，主要应用范围有：上格栅、尾翼、高光注塑件、背門牌照、电镀装饰件、中控面罩、扶手面板等。综上所述，通过单位换算可知：1mpa

4、=10.3kg/cm2=0.103kg/mm2即pp-t20材料的拉伸屈服强度可承受1.96kg/mm2（试验方法：按gb/t1040.2-2006/ia/50采用1a型式样170mm*10mm*4mm进行试验），目前汽车零部件单体重量不超过15kg，因此pp和abs材料的产品结构强度均可满足任意产品装饰件的强度要求。二、国内汽车材料应用的现状：1）参考借鉴合资品牌车型材料的应用，盲目借用材料造成应用不合理，材料性能不符造成成本浪费同时也造成了生产成本的增加;2）材料性能与结构设计不匹配，造成产品外观不良，甚至造成产品的使用寿命不达标;3）不同材料型号混用造成性能差异、不同材料批次保质期不同混

5、用造成产品性能不稳定，造成产品批量质量问题;4）对材料应用的刚度和强度的定义理解不透彻：4.1）刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度的表征;4.2）强度是指在力学上，材料在外力作用下抵抗破坏（变形和断裂）的能力。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。材料应用现状案例：前脸格栅类产品参考通用设计一般采用abs材料进行制作，因abs材料拥有良好的光泽、质地较硬、韧性好、刚性强、机械性能适中等优点，是制作格栅的一种良好的通用材料。当长头式卡车前脸大格栅按照一般的通用设计采用abs材料时，由于发动机带来的高频震动加上前进气大格栅自身应力集中问题，导致前进气大格栅出

6、现频繁开裂。经过对不同性能的abs材料进行验证、增加局部产品厚度（增加产品强度、去应力等方式）以及更改产品结构等方式进行产品试验验证，在同一工况下仍出现开裂，最终得出结论为abs材料的刚度不能满足于长头式卡车工况。后通过更换材料将abs材料更换为pp材料，再进行产品试验验证（同一工况下），开裂现象解决。由此可知，pp材料受力时抵抗弹性变形的能力比abs材料强，虽然pp材料与abs材料都是常见的汽车常用材料，但是根据产品所处工况，挑选恰当的应用材料是必要的，不仅能有效的确保产品质量同时还能有效的控制成本（pp材料价格成本低于abs材料的价格成本），失败的项目策划包含的时间成本和质量成本，对项目造

7、成了不可预估的损失。三、汽车材料应用的发展形势：1）汽车轻量化材料技术及以塑代钢是当今国际汽车制造业的发展趋势;2）材料回收二次开发，在满足产品材料需求的性能外，可降低原料成本压力，减少环境污染，为可持续发展做贡献;3）积极响应国家“节能减排”政策标准，向着节能、降耗的方向发展，提高材料性能的同时严格管控成本，促进了汽车材料应用的快速发展。四、汽车材料改性的应用：为了实现汽车轻量化目标，降低车身零部件的重量，通过将原材料pp进行改性优化、提升性能，研发了玻璃纤维增强塑料pp+30%gf，成功验证了前端模块以塑代钢的可行性。以塑代钢除了重量减轻之外，其他零部件也可充分利用玻璃纤维成型允许的高度造

8、型自由度，将具有不同厚度的部分削弱区域集成在一起，进一步减轻重量的同时仍可实现所需的功能特性。利用玻璃纤维代替钢制前端模块，使其减重达到30%。五、汽车材料与工艺：传统仪表板制作一般采用注塑成型方式，注塑成型因材料、工艺的限制，存在划痕、粒料熔融痕、熔接线等缺陷，针对划痕、粒料熔融痕、熔接线等缺陷一般采用特殊的涂料配方来满足仪表板的外观质量。相对应产品就会存在色差风险同时也增加了成本。通过材料改性及工艺调试和验证：1）通过将原材料进行改性，添加0.20.5%润滑剂（增加材料表面润滑性），1.22.0%滑石粉（通过减小滑石粉颗粒尺寸来增强材料致密性，从而提高产品的耐刮擦性），1.02.0%tio

9、2（增加材料硬度、弹性模量最大化），优化了模具零件生产外观，减少了划痕风险;2）通过产品模流分析，采用顺序阀浇口成型并优化模具温度，优化成型工艺和浇口配置，最大限度地消除了粒料熔融痕外观;3）综合分析添加剂的负载和类型与物理性能和材料成本之间的平衡，成本增加最小，且规避了色差风险。4）通过配方优化，开发出用于仪表板的高耐刮擦聚丙烯材料：耐刮擦性能由3n提高到17n;模具特性不受影响;物理特性不受影响;零部件整体性能不受影响;零件耐刮擦性能提升，整体零件合格率上升80%，间接的降低了生产成本。六、汽车材料回收与二次开发应用汽车材料回收主要针对同一类型的材料回收，因回收材料较之原材料性能会有所降低

10、，以保险杠材料回收为例，二次开发应用需强化材料性能满足单个零件要求，如：挡泥轮罩;发动机下挡泥板;蒸发器箱体;前后保险杠装饰板等，可通过：1）添加低分子添加剂改善粒料熔融流动性;2）加入化学粘合填料和基体树脂添加剂，提高弯曲强度;3）添加高弯曲模量的填料和树脂，收缩性能得到改善，弯曲模量增加;4）添加弹性体增容剂改善拉伸伸长率等。实现了保险杠材料回收以及二次开发应用，有效的减少了材料浪费，降低了原料成本压力。结语通过材料改性来提高一些物理性能，已经开发出长玻纤增强材料、免喷涂材料、微发泡材料等汽车领域应用材料，扩大了汽车常用材料的应用范围，逐步实现汽车轻量化目标，降低燃油消耗，并提高汽车舒适性和安全性。参考文献：1 刘庆潭主编，材料力学教程m，机械工程出版社，2006;2 陈纪钦主编，汽车工程材料