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深度解析改性塑料在新能源汽车轻量化上的应用
编辑:LFT-G长纤(厦门)新材料科技有限公司   时间:2018-01-20

改性塑料在汽车工业的作用和地位越来越明显,目前聚丙烯(PP)、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、加强型聚氨酯(PRT)和聚氯乙烯(PVC)等塑料都在汽车上得到了广泛的应用。在所有的车用塑料中,聚丙烯所占份额最高达37%,其次是聚氨酯,占比17.3%,ABS树脂占12.3%,复合材料占11.5%,高密度聚乙烯占10.8%,聚碳酸酯占6.8%,聚甲基丙烯酸甲酯占4.4%。

改性塑料在汽车部位上的应用涵盖内外饰件、功能和结构件,随着纤维增强技术的发展,特别是碳纤维复合材料的发展,甚至车身、底盘等都可以完全用改性塑料和复合材料

(1)改性塑料在汽车内外饰件上的应用

仪表板

目前仪表板主要有硬质仪表板和软质仪表板两种形式,软质仪表板一般被比较高档的汽车采用,而大客车、货车等车型则基本采用硬质仪表板。仪表板一般用改性PP材料制作,改性PP中主要是以橡胶类的增韧剂和无机填充材料为主;仪表板表皮材料以PVC/ABS为主,PVC在耐冲击和耐热性上比较弱,ABS机械性能和成型加工能力比较好,并且与PVC能够进行结合,将两者进行组合可以形成互补。

门内板

目前比较常用的制造门内板的改性塑料是ABS、PP,用它们制作成骨架,并且表面带有一层缓冲层,缓冲层采用PP发泡、TPU、针织涤纶等。在通用、雪佛兰的一些车型中,骨架、面板都采用玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料(SMC)材料,在有的汽车中也会采用天然纤维和PP热压制作而成,这种手段能够有效减轻车门的重量,降低成本,隔音性能得到明显提高。

车身覆盖件与底盘

改性塑料制作车身覆盖件,与金属覆盖件相比,车身更加光滑、尺寸更加精确,并且质量、噪声、振动等条件上可以更加优化,所以改性塑料在车顶盖、发动机罩、行李舱盖等方面得到广泛应用。福特公司利用SMC制作前方护板、顶盖版、发动机罩;戴勒姆克莱斯勒公司的新型smart车型中,采用了XenoyPC/PBT制作车体面板。

在汽车底盘中,由于需要承受的负荷较大,因此塑料化存在较大的难题。目前主要是在传动悬挂系统、转向制动系统的耐磨运动件方面应用改性塑料,例如改性PBT、改性POM等材料。

(2)改性塑料在功能件、结构件上的应用

保险杠

汽车保险杠是使用改性材料的主要部件之一,目前市场上大部分的保险杠都是采用塑料制品制作而成,保险杠的面板是PP、PC/ABS、PC/PBT等材料,骨架是木材或者金属等材料,中间部分是PP发泡材料等。这类材料从环保角度看不利于回收,经过不断创新在制作保险杠面板时可以采用TPO、骨架可以用玻纤增强PP材料、中间部分可以使用发泡PP,使用相同属性的材质制作保险杠,在进行回收前只要进行清洁和干燥处理就可以。

燃油箱

在制作燃油箱方面,改性塑料也发挥着重要的作用,可以根据一定比例混合树脂、粘合剂、PA等材料,然后吹塑成型。此外,还可以利用超高分子量高密度聚乙烯、共聚PA、EVOH树脂等材料制作燃料箱。

发动机进气岐管

汽车中的进气岐管在制作上存在一定难度,主要是因为进气歧管的形状比较复杂,目前改性塑料在发动机进气岐管的制造上大多是使用AIM工艺进行制作,在克莱斯勒、凯迪拉克的一些型号的发动机中,进气歧管就应用了玻纤增强PA。

汽车发动机中在运行中温度会不断升高,所以发动机周边的零部件必须在承受220摄氏度高温的同时还能保持超高的强度,如果是在比较寒冷的天气下还要有承受低温的性能,因此一般采用PA66材料来确保塑料化零件的性能。

离合器执行系统

离合器因为经常在高温环境下工作并且又受到压力润滑油剂的影响,传统制造工艺中使用金属材料,但是在不断的试验中,改性塑料制作离合器执行系统优势更加明显,在制造离合器执行系统时利用50%长纤维增强黑色尼龙LFRT原材料,稳定性更高,并且节约成本。

(3)纤维增强塑料在汽车中的应用

纤维增强塑料是树脂和增强纤维复合而成的材料,汽车工业主要使用玻璃纤维增强热塑性塑料,它具有密度小、易成型、设计灵活美观、耐腐蚀、耐冲击、抗振、隔热隔电、易于涂装、强度高、成本低的特点。

目前玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料(SMC)制造的前翼子板、发动机罩、尾板等在汽车车身上已普遍应用;以玻璃纤维(毡)为增强材料的玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)已在座椅骨架、保险杠、电池托架、仪表板、地板、护板、发动机罩盖、脚踏板、后背门等部件上得到初步运用。

(4)碳纤维复合材料在汽车中的应用

碳纤维(CarbonFiber)是一种纤维状的碳材料,其直径一般在几个微米,含碳量通常在90%以上。碳纤维具有相当优异的物理性能,其关键力学指标是拉伸强度、拉伸模量,拉伸强度是指材料在拉伸断裂前可承受的最大应力,拉伸模量是指材料拉伸时受到的应力与形变的比值,模量值越高,表示碳纤维的刚度越好,理论上碳纤维的拉伸强度可以达到180GPa,拉伸模量更是在1000GPa左右。

除了有优异的物理性能外,碳纤维还具有优异的化学性能,比如耐腐蚀、耐高温、导电和导热性能良好等,因此碳纤维与各种基体材料经过复合工艺后制成的碳纤维复合材料最先在航空航天和军事领域得到了广泛的应用。

碳纤维复合材料相对于金属材料不仅力学指标优异许多,而且密度要小很多,有利于减轻制品的重量,这在航空航天等对重量异常敏感的领域非常重要。近年来随着碳纤维复合材料成型技术的发展和成本的降低,在汽车轻量化上的应用越来越多,甚至可以用来制作汽车车身,它的出现使得基于改性塑料和复合材料的整车轻量化解决方案的实现成为可能。


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