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工程塑料/通用塑料/特种工程塑料在汽车领域的应用

工程塑料/通用塑料/特种工程塑料在汽车领域的应用

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【摘要】:
工程塑料具有优良的综合性能,刚性大、蠕变小、力学强度高、耐热性好、电绝缘性好,使它可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用,可替代金属作为工程结构材料使用。随着技术的发展,工程塑料的应用不断扩展,已延伸到汽车、家电、航空、医疗、体育、电子、建筑等各领域。随着汽车轻量化的趋势,汽车塑料零部件的使用越来越多。首先带大家了解下聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚

工程塑料具有优良的综合性能,刚性大、蠕变小、力学强度高、耐热性好、电绝缘性好,使它可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用,可替代金属作为工程结构材料使用。

随着技术的发展,工程塑料的应用不断扩展,已延伸到汽车、家电、航空、医疗、体育、电子、建筑等各领域。随着汽车轻量化的趋势,汽车塑料零部件的使用越来越多。                  

首先带大家了解下聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚氨酯(PU)、聚酯(PBT/PET)、聚苯醚(PPO)这几个工程塑料在汽车领域是如何具体应用的。

 

PA材料

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?#26102;?#21402;:2~3.5mm。

PA是一种性能优良的工程塑料,具有优异的力学性能,?#24576;?#30340;耐腐蚀、耐油性、耐热性、高模量等优点。对其进?#24615;?#24378;、阻燃改性,可以广泛应用于汽车、电子电气、电动工具等行业。

汽车行业,PA通过玻纤增强之后,强度、尺寸稳定性等性能都有所提升,价格也相对便宜,因而成为发动机周边部件的理想选择材料。

进气歧管是改性PA在汽车中最为典型的应用。

此外,发动机盖、发动机装饰盖、汽缸头盖等部件一般也都将改性PA作为首选材料。与金属材质相比,以汽缸头盖为例,使用改性PA质量减轻50%,成本降低30%。

汽车的其他受力部件,如机油滤清器、刮雨器、散热器格栅等也可以使用改性PA。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?#22581;帧?#39118;扇、制动液罐、动力转向液罐、白叶窗、前大灯壳、安全带。

 

PC材料

聚碳酸酯,具有?#24576;?#30340;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?#19981;?#26448;料,通常以?#19981;?#36896;料后,?#31908;?#26009;形状供应。如果?#35805;?#20004;种料简单的混合后,?#33519;?#27880;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?#19981;?#21518;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通过增韧、增强、阻燃、合金化等改性,可显著提高其阻燃性和强度等性能,使得改性材料广泛应用于汽车零部件、OA产品、电子电器产品等。

改性PC由于具有优异的耐热性、耐冲击性、刚性和良好的加工流动性,在汽车上主要用于汽车内饰和外饰。用途最为广泛的是PC/ABS合金和PC/PBT合金。PC/ABS合金还用来制造汽车仪表板周围部件、防冻板、车门把手、阴流板、托架、转向柱护套、装饰板、空调系统配件等汽车零部件。PC/PET合金可制作汽车?#29260;?#21475;和?#26222;?#22871;。PC/ABS合金也可以制作汽车外装件,如汽车车轮罩、反光镜外壳、尾?#26222;?#31561;。PC/ABS具有良好的成型性,可加工汽车大型部件,如汽车?#26448;?#26495;。

 

POM材料

聚甲醛,俗称塑钢,收缩率2-3.5% 合?#26102;?#21402;:1.5-2.5mm。

POM具有硬度大、耐磨、耐蠕变、耐化学腐蚀性等优点,广泛应用于汽车、电子电器和家电领域。 汽车行业是POM材料最大的潜在市场。

改性POM非常适合制造汽车用的汽车泵、汽化器部件、输油管、动力阀、万上节轴?#23567;?#39532;达齿轮、曲柄、把手、仪表板、车窗升降机装置、电开关、安全带扣等。制造轴套、齿轮、滑块等耐磨零件是改性POM的强项,这些部件对金属磨耗小,减少了润滑油用量,增强了部件的使用寿命,因此可以广泛替代铜、锌等金属生产轴?#23567;?#40831;轮、拉杆等。 

POM生产的汽车部件质轻,噪声低,成型装配简便,因此在汽车制造业获得越来越广泛的应用。

 

PMMA材料

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?#31232;?/p>

 

PU材料

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?#29031;?#21160;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。

 

PBT材料

PBT是一种性能优良的工程材料,具有优良的韧性和抗疲劳性,耐热、耐候性好,电性能佳,吸水?#23454;汀?#23545;其进?#24615;?#24378;、阻燃改性、可以显著提高其耐热性、模量、尺寸稳定性?#30333;?#29123;性,广泛应用于汽车、家电等行业。

在汽车制造领域,PBT广泛应用在保险杠、化油器组件、?#26448;?#26495;、扰流板、火花塞端子板、供油系统零件、仪表盘、汽车点火器、加速器及离合器踏板等部件。

 PBT与增强PA、PC、POM在汽车制造业中的竞争十分激烈,PA易吸水,PC的耐热性耐药性不及PBT。在汽车用途接管方面,由于PBT的抗吸水性优于PA,将会逐渐取代PA。在相对湿度较高、十分潮湿的情况下,由于潮湿易引起塑性降低,电器节点处容易引起腐蚀,常可使用改性PBT。在80℃、90%相对湿度下,PBT仍能正常使用,并且效果很好。

 

 

PPO材料

PPO具有优良的物理力学性能、耐热性和电气绝缘性,且吸湿性低,强度高,尺寸稳定性好,广泛应用在水壶盖、阀芯、水泵、?#22581;?#31561;涉水领域。

改性PPO在汽车上主要用作对耐热性、阻燃性、电性能、冲击性能、尺寸稳定性、力学强度要求较高的零部件。

如PPO/PS合金适用于潮湿、有负荷和对电绝缘要求高、尺寸稳定性好的场合,适合制造汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽、尾灯壳等零部件,也适合制造连接?#23567;?#20445;险丝?#23567;?#26029;?#25151;?#20851;外壳等汽车电气元件。

PPO/PA合金由于具有优异的力学性能、尺寸稳定性、耐油性、电绝缘性、抗冲击性,可用于制作汽车外部件,如大型挡板、缓冲垫、后阻流板等。

 

接下来带大家了解下通用塑料聚丙烯(PP)、聚乙稀(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚体(ABS)等在汽车领域是如何具体应用的。

 

通用一般是指生产量大、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。

 

 

PP材料

聚丙烯,俗称百折胶,类似?#21672;?#34593;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?#28201;?#29123;烧物)和低温环境?#34432;?#24615;。针对这两个问题,在工业的实际应用中掺加合适的添加?#31890;?#20570;PP改性。易燃烧会添加阻?#25216;粒?#20302;温环境下?#34432;?#24615;,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。

 

 

PE材料

聚乙烯,最轻的塑料之一,半透明?#21672;白?#26448;料,耐水性好,耐酸碱,耐有机溶?#31890;?#30005;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?#25216;?#26469;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?#21307;?#36890;风口总成等。

 

 

PVC材料

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?#21892;ぁVC塑料?#36739;?#30424;、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。

 

 

PS材料

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?#31181;?#21547;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、?#26222;帧?#29031;明制品?#31232;?#32858;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。

 

ABS材料

丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚体,俗称超不碎胶,本体呈?#21672;?#25910;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、?#26222;?#35013;饰板、后扰流板总成、后视镜本体、散热器隔栅本体、扶手等。

 

 

最后带大家了解下关于特种塑料在汽车领域的应用。

 

玻璃纤维增强塑料

玻纤增强塑料是在原有纯塑料的基础上,加入玻璃纤维?#25512;?#23427;助?#31890;?#20174;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?#37255;?#30340;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?#25512;?#23427;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?#19981;?#21464;得吸水,因此,注塑时?#23478;?#36827;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,对注塑机的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?#26639;?#22788;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?#30748;?#20307;、车蓬硬顶、天窗、车门、散热器护栅板、大?#21697;?#20809;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?#36739;颍?#20027;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?#22278;?#29827;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。

 

功能件:?#28210;?#35201;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?#36136;?#30422;、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?#26032;帧?#21457;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。

 

 

文章来源:网络

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