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一辆汽车会用到多少种高性能塑料?答案是…

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[LV.9]元老会员II

发表于 2019-1-8 09:17:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
塑料,尤其是高性能塑料,在汽车产业里扮演着越来越重要的角色。 塑料的轻量特性使得车辆在使用过程中更加节能。据估计,车辆重量每降低10%,燃油使用量就会减少5%-7%。车用高性能塑料的优点主要包括:
  • 更小的腐蚀,允许更长的车辆寿命
  • 丰富的设计,让先进的创意和创新与车辆融为一体
  • 集成组件的灵活性
  • 安全,舒适和经济
  • 可回收性


塑料种类繁多,而车用塑料主要应用于内饰件、外装件和功能件,而根据名种塑料不同的使用特性,通常将它们分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。
一、通用塑料
一般是指生产量大、成型性好、价格便宜、广泛使用的塑料。通用塑料包含五大品种,聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),都是热塑性塑料。
① PP
聚丙烯,俗称百折胶,类似白色蜡状,透明、质轻,注塑时流动性好,吸水性低于0.02%。PP收缩率为1.0-3.5%,合适的薄厚为1.5-2.5mm。
PP在汽车领域的广泛使用主要存在两个问题:易燃烧(会滴落燃烧物)和低温环境呈脆性。针对这两个问题,在工业的实际应用中掺加合适的添加剂,做PP改性。易燃烧会添加阻燃剂;低温环境下呈脆性,主要采用加入其它韧性材料、刚性粒子或弹性体进行各种改性增韧,如橡胶(EPDM)、滑石粉(TD)、玻纤(GF)等。用PP树脂制造的汽车用制品很多,有各种仪表板、门护板、立柱护板、保险杠、水箱、装饰板,PP在汽车上的应用有越来越多的趋势。
图 滑石粉填充低密度PP材料应用于汽车门板
②PE
聚乙烯,最轻的塑料之一,半透明白色腊状材料,耐水性好,耐酸碱,耐有机溶剂,电绝缘性优良 。收缩率1.5~4.0% ,合适的薄厚1.0-2.5mm。
PE作为汽车材料最大的缺点是容易燃烧,最简单、常用的方法是加入合适的阻燃剂来改善PE的燃烧性能。用PE制造的汽车制品主要有油箱、风管,前座椅装饰盖 ,风道总成(HDPE)、左右通风管总成、上下风向叶片连接杠、左右脚通风口总成等。
③PVC
聚氯乙烯,常用PVC是多组份的塑料,因为各组份的含量不同,就形成了各种机械性能差异很大的不同硬度的PVC颗粒,一般分为软PVC和硬PVC两大类。收缩率:硬质PVC为1-1.5% ,软质PVC为2-2.3% ,合适的薄厚2-3.5mm。
在汽车塑料制品中最常用的塑料原材料当属聚氯乙烯,用PVC塑料制造的汽车塑料制品随处可见,PVC仪表板蒙皮、PVC塑料方向盘、PVC塑料衬板、PVC塑料汽车铺地材料。这不仅是因为PVC树脂价格经济,而且加工性能和综合力学性能都比较好。
④PS
聚苯乙烯,俗称硬胶,透明的仿玻璃状的材料,流动性好,不吸水,由于PS脆性,常将其与其它物质一起接枝共聚,如与丁二烯接枝共聚形成HIPS,成分中含橡胶后抗冲击强度和表面硬度都大大提高。收缩率0.4-0.7% ,合适的薄厚2-3mm。
PS在汽车上的主要应用在仪表外壳、灯罩、照明制品上。聚苯乙烯还可通过发泡成型制备包装材料及绝热保温材料,用于生产顶棚,还有就是与其它材料接枝共聚和改性,得到很多固定搭配的PS家族的合金塑料品种,如SMA用在制造汽车仪表板骨架。
⑤ABS
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚体,俗称超不碎胶,本体呈白色。收缩率为0.4-0.7% ,合适的壁厚1.8-3mm。
由于ABS种类多,表面处理效果好,价格低,被广泛使用与汽车领域。鉴于ABS的耐候性差,目前商用车中已经广泛使用高耐候的AES、ASA等材料补充ABS。当产品需要做表面处理时(例如水转印膜、喷涂)时,采用ABS;不需要表面处理时选用ASA、AES。汽车产品中最典型就是装饰亮条、换挡手柄头、内开拉手、牌照装饰板、后扰流板总成、后视镜本体、散热器隔栅本体、扶手等。
abs应用于汽车水箱前栏
二、工程类塑料
工程类塑料由于拥有较好的综合机械性能,在汽车领域也得到广泛使用,在本文中主要介绍聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PU)、聚碳酸酯(PC)。
① PA
聚酰胺,俗称尼龙,工业使用上PA种类较多,常用的有PA6、PA66和PA610。由于热膨胀和吸水性的影响,制件尺寸稳定性差,收缩率1~2%,需注意成型后吸湿的尺寸变化。吸水率100% ,相对吸湿饱和时能吸8%,合适壁厚:2~3.5mm。
PA在汽车领域主要用于制造软管(制动软管、燃油管)、燃烧油过滤器、空气过滤器、机油过滤器、水泵壳、水泵叶轮、风扇、制动液罐、动力转向液罐、白叶窗、前大灯壳、安全带。
图 PA6+GF30应用于发动机进气歧管
② PMMA
聚甲基丙烯酸酯,俗称有机玻璃,耐室外老化,有极好的透光性合适的塑料产品:有一定强度要求的透明结构件。
PMMA由于其良好的透光性能,广泛用在汽车照明标志牌、车门玻璃和灯玻璃罩上。
图 PMMA应用于汽车后车灯
③ POM
聚甲醛,俗称塑钢,收缩率2-3.5% 合适壁厚:1.5-2.5mm。
POM在汽车上用与制造仪表板手套箱附件、各种阀门(排水阀门、空调器阀门等)、各种叶轮(水泵叶轮、暖风器叶轮、油泵轮等)、各种电器开关及电器仪表上的小齿轮、各种手柄及门销等。
图 POM应用于汽车门内把手
④ PC
聚碳酸酯,具有突出的冲击韧性和抗蠕变性能,耐热性好,耐寒性也很好。收缩率0.5-0.7% ,合适的壁厚为2-3.5mm。PC加入玻纤可改善其收缩率,机械强度和耐温性,在100℃左右长期使用钢性会增加,可用退火改善內应力。
主要合成体PC-ABS简介:
PC-ABS是PC与ABS的共混材料,通常以共混造料后,以粒料形状供应。如果只把两种料简单的混合后,直接注塑,效果很差,会出现分层现象;PC的优点是刚而韧,缺点是应力开裂,粘度大;ABS的优点是流动性好,但表面硬度低;这样共混后的材料PC-ABS即保留了两者的优点;PC-ABS具有较高的表面硬度,较高的刚性和韧性,也有较高的抗应力开裂能力;它的机械性能介于两者之间。
PC在汽车领域主要用在制造灯罩,左右轮罩护板,仪表挡板本体(PC+ABS)、左右风框盖、中间风框盖(PC+ABS)、后保险杠缓冲垫。
图 PC应用于汽车前大灯
⑤ PU
聚氨酯,根据聚合反应生成物的不同,常用的分为硬质聚氨酯和软质聚氨酯。
聚氨酯泡沫塑料广泛应用于汽车内饰和吸收振动的零部件上,如涂覆材料、聚氨酯硬质塑料板材、聚氨酯弹性体、座椅软泡沫材料、装饰件、沙发革、车顶饰品;应用最多的是各种软质和硬质的聚氨酯泡沫材料,它有隔振、隔音、降噪、保温隔热;PU还可制成车用聚氨酯涂料、粘结剂、密封剂等。汽车上的PU代表制件有仪表板、后视镜、保险杠、座椅软垫、头枕、转向盘、仪表板防振垫、支柱装饰件、前顶衬里、窗框架、顶棚与侧顶架装饰、门衬板、遮阳板、后顶架装饰等。
图PU 低排放座椅泡棉
三、特种塑料
玻纤增强塑料是在原有纯塑料的基础上,加入玻璃纤维和其它助剂,从而提高材料的使用范围。一般的来说,大部分的玻纤增强材料多用在产品的结构零件上,是一种结构工程材料;如:PP, ABS ,PA66 ,PA6 ,PC, POM 。
优点:
①玻纤增强以后,玻纤是耐高温材料,因此增强塑料的耐热温度比不加玻纤以前提高很多,尤其是尼龙类塑料;
②限制了塑料的高分子链间的相互移动,因此增强塑料的收缩率下降很多,刚性也大大提高;
③增强塑料不会应力开裂,同时塑料的抗冲性能提高很多;
④玻纤是高强度材料,从而也大提了塑料的强度(拉伸强度、压缩强度、弯曲强度都提高了很多);
⑤由于玻纤和其它助剂的加入,增强塑料的燃烧性能下降很多,大部分材料不能点燃。
缺点:
①不加玻纤前是透明,都会变成不透明的;
②塑料的韧性降低,而脆性增加;
③所有材料的熔融粘度增大,流动性变差,注塑压力比不加玻纤的要增加很多;
④流动性差,为了正常注塑,所有增强塑料的注塑温度要比不加玻纤以前提高10℃-30℃;
⑤增强塑料的吸湿性能大加强,原来纯塑料不吸水的也会变得吸水,因此,注塑时都要进烘干;
⑥在注塑过程中,玻纤能进入塑料制品的表面,使得制品表面变得很粗糙,斑斑点点(为了取得较高的表面质量,最好注塑时使用模温机加热模具,使得塑料高分子进入制品表面,但不能达到纯塑料的外观质量);
⑦玻纤是硬度很高的材料,助剂高温挥发后是腐蚀性很大的气体,对注塑机螺杆和注塑模具的磨损和腐蚀很大,因此,生产使用这类材料的模具和注塑机时,要注意设备的表面防腐处理和表面硬度处理。
常用的加玻纤的缩水率:
PP+玻纤:0.2-0.8%
ABS+玻纤:0.1-0.2%
PA66+玻纤:0.5%
PA6+玻纤:0.4%
PC+玻纤:0.1-0.3%
POM+玻纤:0.9-1.2%
玻璃纤维增强的代表材料,玻璃钢/复合材料在汽车工业上的应用:
车身部件:包括车身壳体、车蓬硬顶、天窗、车门、散热器护栅板、大灯反光板、前后保险杠等以及车内饰件。这是玻璃钢/复合材料在汽车中应用的主要方向,主要针对适应车身流线型设计和外观高品质要求的需要,目前开发应用潜力巨大。该部件材料主要以玻璃纤维增强热固性塑料为主,典型成型工艺有:SMC/BMC、RTM和手糊/喷射等。
结构件:包括前端支架、保险杠骨架、座椅骨架、地板等,其目的在于提高制件的设计自由度、多功能性和完整性。主要使用高强SMC、GMT、LFT等材料。
图 LFT复合材料应用于后保险杠后梁
功能件:其主要特点是要求耐高温、耐油腐蚀,以发动机及发动机周边部件为主。如:发动机气门罩盖、进气歧管、油底壳、空滤器盖、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇叶片、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、出水口外壳、水泵涡轮、发动机隔音板等。主要工艺材料为:SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纤维增强尼龙等。
图 玻纤增强尼龙应用于发动机罩和进气歧管
虽然许多种塑料都被用于某一车辆,但据相关数据表明,其中有三种塑料占据了汽车高性能塑料总量的66%:聚丙烯(32%),聚氨酯(17%)和PVC(16%)。因此,高性能塑料件的改良研究和生产工作也基本上围绕这三种塑料进行。
本文来源:佛山三水金戈新型材料有限公司
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第三届特种工程塑料论坛
The ThirdPPA,PPS Forum
(2019年4月24日 苏州)

主要议题:

序号

议题

1

PPS在电子领域的应用

2

PPS在新能源汽车的应用

3

特种工程塑料发展以及趋势

4

高温材料配色解决方案

5

挤出级PPS材料开发与应用

6

PPS合成工艺路线以及发展

7

PPS改性的研究

8

PPS在5G时代的应用

9

高温尼龙在汽车上新应用

10

新型高温尼龙发展与应用

11

高温尼龙在消费电子领域中的应用

12

高性能尼龙在笔记本等消费品的应用

13

高温材料的改性工艺


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