汽車工程塑料新進展課件

汽車工程材料新進展重慶交通大學機電與汽車工程學院張繼祥2009-3-201目錄前言塑料在汽車中的應用現(xiàn)狀汽車工程塑料研究進展結束語21、前言隨著人們對汽車輕質化、抗沖擊、低油耗、安全等要求的不斷提高，質輕、耐腐蝕、減振、成型加工方便的塑料正越來越多地應用于汽車工業(yè)。根據(jù)美國塑料協(xié)會統(tǒng)計，1999年北美汽車平均每輛車用塑料為117KG，到2009年可望達到142KG。3歐洲全塑料汽車41、前言目前我國經(jīng)濟型轎車每車塑料用量達50～60kg，中高級轎車達60～80kg，有的甚至可達100kg；輕、中型載貨車塑料用量達50kg左右，達國外20世紀80年代初中期水平。52、塑料在汽車中的應用現(xiàn)狀據(jù)統(tǒng)計，常用汽車塑料有PP、PUR、PC、ABS、PA和PE等，主要應用于：內飾件外飾件發(fā)動機部件結構件62、塑料在汽車中的應用現(xiàn)狀1）汽車內飾件塑料應用現(xiàn)狀72、塑料在汽車中的應用現(xiàn)狀2）汽車外飾件塑料應用現(xiàn)狀83）汽車發(fā)動機系統(tǒng)塑料應用現(xiàn)狀92、塑料在汽車中的應用現(xiàn)狀4）結構件塑料應用現(xiàn)狀103、汽車工程塑料研究進展近年來，塑料工業(yè)原料結構沒有更多的變化，但在質量方面有較大的提高，主要發(fā)展方向：塑料合金Alloy塑料共混物Blend填充增強復合塑料（改性）111）聚丙烯PP基新型塑料PP汽車零部件主要品種有：保險杠、儀表板、門內飾板、空調器零部件、蓄電池外殼、冷卻風扇、方向盤等。汽車用PP一般都是改性品級，改性途徑主要是通過加入增韌劑和填充劑來提高PP的性能。通過調整PP基體、增韌劑、填充劑三者的配比可制造出一系列不同性能的材料，滿足汽車不同部件的功能要求。12用于保險杠國外：在反應釜中共聚，同時進行PP與乙丙橡膠等的共混。用這種方法生產(chǎn)的PP專用料性能優(yōu)異。國內：生產(chǎn)方法是采用雙螺桿擠出機等將PP、聚乙烯(PE)、橡膠、無機填料等機械共混造粒。13為了滿足汽車行業(yè)對輕質、高性能長玻纖(LGF)復合材料日益增長的需求，沙伯基礎創(chuàng)新塑料推出SABIC?STAMAX長玻纖聚丙烯樹脂（LGFPP）。SABICPP7690號復合物是SABIC系列產(chǎn)品中專為鈴木而開發(fā)，用于新款鈴木雨燕保險杠的生產(chǎn)。用于保險杠14德國巴斯夫公司開發(fā)的氣相PP技術，直接生產(chǎn)乙丙橡膠為50％的PP共聚物。該材料抗沖擊性能優(yōu)良，熔體流動性好，適于薄壁長流道注射成型；可用于制作汽車保險杠外罩、阻流板和汽車防護器等。用于保險杠15陶氏（Dow）化學公司采用u-nipohm聚合工藝技術及特種催化劑制備的抗沖共聚PP，其橡膠含量達到40％，具有良好的剛性與韌性，耐低溫沖擊性能優(yōu)異，在汽車領域得到廣泛應用。最近：國外還出現(xiàn)了采用β晶型成核劑增韌改性PP的新方法，大大提高PP的耐沖擊性能。用于保險杠16用于儀表盤目前使用的儀表板有硬質儀表板和軟質儀表板兩種。硬質儀表板是整體一次注射成型，所用材料為增韌增強PP；軟質儀表板由表皮、骨架、緩沖材料構成。一般采用金屬或改性PP或ABS等注塑件作骨架，聚氨酯(PUR)泡沫作緩沖材料，聚氯乙烯(PVC)作軟質表皮。17用于儀表盤SABICPP6604/5號復合物也用于新款鈴木雨燕的儀表盤、控制盤和雜物箱，具有高防刮性、強剛性、抗沖擊性及高流動性性能。國內：以聚丙烯(PP)為基礎樹脂，聚烯烴熱塑性彈性體(POE)為增韌劑，來酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)為相容劑，滑石粉為填料制得性能符合汽車儀表盤要求的專用料。

18用于保險杠和儀表盤豐田汽車公司已開發(fā)出汽車儀表板和保險杠用新一代的聚丙烯(PP)配混料。這種高橡膠含量高結晶聚丙烯(HEHCPP)新材料，具有更高的分子立體規(guī)整性，不需加大量橡膠便能制備柔性、高取向結晶PP樹脂，因而降低加工和材料總成本。其性能與TPO相當，但成本低30％。19用于發(fā)動機冷卻風扇主要用玻纖(GF)增強PP。該類PP的剛性強，韌性和耐熱性高，成型加工性好。其改性方法主要采用GF和彈性體協(xié)同增強增韌。由于長GF增強PP的剛性、強度和耐熱性均優(yōu)于短GF增強PP，國外一些大型企業(yè)推出了長GF增強PP，國內則缺少相應的產(chǎn)品。20其它應用用改性PP制作耐化學介質的容器，如蓄電池外殼、盛裝各類溶劑的容器等。車身頂蓋內飾板材一般采用泡孔結構材料，如交聯(lián)PE泡沫、PUR泡沫、瓦楞紙板等。現(xiàn)在開始使用高熔體強度PP生產(chǎn)的PP發(fā)泡板材和蜂窩PP板材；在復合成型軟內飾護板中，木粉填充PP、天然纖維或廢合成纖維增強PP、天然纖維氈增強PP等環(huán)保材料制造的內飾護板基板正逐步得到應用。212）尼龍(PA)基新型塑料汽車上使用的PA多為增強增韌PA，其增強方法主要是填充無機填料，如GF和碳纖維(CF)；對PA增韌的方法是在PA基體中加入橡膠彈性體。目前研究較多的是利用各種改性方法制備PA合金。22用于電氣部件制造汽車電氣部件的塑料不僅要具有高的力學性能，耐熱性及動、靜載荷承受能力，同時還要具備電性能的安全性和阻燃性。PA主要用于制造汽車電氣配線、接線柱、中央電器板、風扇和車燈外殼等。23用于發(fā)動機進氣歧管、空氣凈化器罩、氣門罩、搖桿、機油盤和散熱器等部件。羅孚汽車公司與BMW、BASF公司等聯(lián)合開發(fā)的2L-4缸渦輪柴油發(fā)動機。進氣歧管組件由35％GF增強的PA制造，這種材料能承受很高的發(fā)動機溫度。空氣凈化器罩所用材料是BASFUhramidB3GM24(10％GF和20％礦物纖維增強PA66)。氣門罩由BASFUhramidA3WGM53(25％GF和5％礦物纖維增強PA66)制成。24Ford公司采用杜邦牌號為Zytel的33％GF增強PA66生產(chǎn)進氣歧管。該進氣歧管較鋁質進氣歧管輕30％。戴姆勒-克萊斯勒(DAIMLER-CHRYSLER)公司的采用西門子公司制造的PA進氣歧管，材料為BASFPlastics公司的UltramidPA(35％GF增強PA66)，使進氣歧管減重2.7kg。用于發(fā)動機25PA11具有吸水率低、耐油性好、耐低溫、易加工、質量輕、耐腐蝕、不易疲勞開裂、密封性好、阻力小等特點，是用來制作汽車輸油管、剎車管的新型尼龍材料。GF增強的PA12可用于制造發(fā)動機罩和散熱器等部件。用于發(fā)動機26用于車身部件PA具有較好的耐沖擊性和強度，主要用來制造汽車車體的驅動、控制部件。大眾“Golf”“Jetta”轎車采用杜邦公司的“Zytel180G33”PA6；雪佛蘭“Corvette”型轎車的翼子板采用杜邦公司的“BexloyC702”增強非晶性PA。27美國ＧＥ塑料公司（現(xiàn)沙伯基礎創(chuàng)新塑料）開發(fā)出尼龍和ＰＰＯ（聚苯醚）合金導電牌號NorylGTX973/976/979;涂覆性能良好，質輕和高抗沖擊性，應用于汽車體部件、室外交通車、園林設施、家用電器、辦公室設備和輕質夾層。

用于車身部件2829TeknorApex旗下公司ChemPolymer宣布推出一種抗沖擊能力高強的尼龍66材料（Chemlon109），這種材料的流動性能優(yōu)于同類材料，而且彎曲強度和低溫韌性能夠滿足許多汽車部件以及防碰撞填充物的要求。Chemlon109具有出色的流動性能，適用于生產(chǎn)緊固件等精密或多腔部件，憑借出色的彎曲強度，能夠承受裝配和最終使用造成的應力。Chemlon109具有卓越的韌性，用于儀表盤甚至整個發(fā)動機等汽車部件低溫儲存和運輸使用的防碰撞填充物或墊板。用于車身部件30用于安全氣囊安全氣囊外殼使用模塑級PA制造，骨架材料用PA66、PA46制造。大眾汽車公司Lupo型汽車的安全氣囊外殼采用杜邦公司33％GF增強PA(ZytelEFE8089)制造，斷裂伸長率高，抗蠕變性優(yōu)異。313）聚氨酯

PUR歐洲汽車內飾件多以PUR為主，約占內飾件的70％，其主要特點是耐磨性好、耐低溫性優(yōu)良，耐化學藥品性好等。PUR泡沫可制成舒適的座椅，隔熱、減振地毯；半硬質PUR泡沫可制成安全的儀表板；硬質PUR泡沫廣泛應用于冷藏車箱板的隔熱保溫層；熱塑性PUR可制成“三明治”板作車頂篷；自結皮PUR可制成手感良好的汽車方向盤；PUR彈性體能制成汽車擋泥板、軸套、止回緩沖彈簧、輸油管、油封。32Audi公司采用拜耳公司的PUR彈性體和PUR泡沫，改善了舒適性和安全性。GM公司2002年的CadillacSeville（凱迪拉克賽威）車采用陶氏化學（DOWAutomotive）公司的BeraformPUR泡沫填充車身上的凹穴，提高了汽車車身的剛性，降低了噪音，減少了振動。美國固特異輪胎橡膠公司和艾美萊輪胎公司合作，聯(lián)合研發(fā)了PUR汽車輪胎。3）聚氨酯

PUR334）ABS基新型塑料汽車上使用ABS與其它樹脂的共混改性品種，如ABS／PC、ABS／PVC。儀表板使用ABS和ABS／PC，采用注塑丁藝制備而成。歐洲汽車的儀表板以ABS／PC及增強PP為主。紅旗轎車和奧迪轎車車門內板的骨架都是由ABS注塑成，再襯以PUR泡沫和針織滌綸表皮，以真空成型的方法復合在骨架上形成一體。34門把手一般以ABS、ABS／PC合金等采用注塑方法制成。ABS／PC可電鍍，增加廠轎車的飾點，可做成門檻飾條并帶有皮紋。散熱器格柵一般用ABS或ABS／PC合金注塑而成。桑塔納轎車的格柵是用ABS制成的，小紅旗轎車的格柵是用ABS／PC合會注射成后，再噴漆涂敷。散熱器格柵也有采用耐候性較好的ASA材料，注射成型后，表面用涂裝。4）ABS基新型塑料35朗勝（Lanxess）公司的新型抗沖擊耐熱ABS品級LustranUltra4105可用于汽車內飾件，其耐熱達103℃，比一般ABS高得多，室溫下沖擊強度為42kJ/m，適用于內門把手、氣孔、防水器條帶。4）ABS基新型塑料365)聚苯醚PPO及其合金PPO耐熱性高、電性能好、具有阻燃性、吸水小、收縮率低等優(yōu)點，汽車用PPO多為改性品級或合金，如PPO／聚苯乙烯(PS)、PPO／PA、PPO／PBT等。雪佛蘭Venture公司的Mercedes-Benz概念車上采用了GE（現(xiàn)沙伯基礎創(chuàng)新塑料）NorylGTX樹脂制備成后舉門上的擾流板和下面板，重量分別為1.0kg和2.1kg。37PPO／PS合金適用于潮濕、承載負荷、對電絕緣及尺寸穩(wěn)定性要求高的場合，適用于制造汽車輪罩、前燈玻璃嵌槽、尾燈殼等零部件，也適合于制造連接盒、保險絲盒、斷路開關外殼等汽車電氣零件。PPO／PS合金已用于奧拓轎車的儀表前蓋。5)聚苯醚PPO及其合金38PPO／PA合金具有優(yōu)異的力學性能、尺寸穩(wěn)定性、耐油性、電絕緣性和耐沖擊性，可用于制作汽車外構件，如大型擋板、緩沖、后阻流板等PPO／PA已用于NISSNA／B-l、HONDA／CR-X等車型的擋泥板和門外圍板等。5)聚苯醚PPO及其合金39PPO／PBT合金的熱變形溫度高，對水分敏感度小，是制造汽車外板的理想材料。近幾年，PPO／PBT合金已用于RENAULT／25、HONDA／SATURN等車型的擋泥板、門外圍板等。豐田汽午公和美國Ford汽車公司使用PPO制造儀表板．奧拓A8的儀表面板也使用PPO合金制造．由于PPO具有成本低、減振和易于再生利用等特點，使PPO成為未來汽車儀表板的首選材料。5)聚苯醚PPO及其合金406）聚碳酸酯(PC)及其合金PC主耍用于汽車照明燈和車窗等。目前，國內外出現(xiàn)了PC／ABS、PC／PBT等合金；中石化北京化工研究院生產(chǎn)的PC／ABS合金FKAC8476、FKAC1459、FKAC168W等牌號已大批量用于富康車左右側門護板和窗裝飾件等。41戴姆勒-克萊斯勒公司的Smart微型轎車采用GEPlastic公司（現(xiàn)沙伯基礎創(chuàng)新塑料）的XenoyPC／PBT合金制造車體面板，其中的PC保證面板的耐沖擊性和韌性，PBT可提高面板的耐腐蝕性、耐紫外線性能和高溫(140℃)條件下的尺寸穩(wěn)定性，制成的面板外觀光滑，顏色耐久，比金屬面板減輕50％，降低燃油消耗。6）聚碳酸酯(PC)及其合金42Nissan公司Xtera車的頂蓋活動式行李架由GEPlastic公司（現(xiàn)沙伯基礎創(chuàng)新塑料）提供，材料為PC／(內烯腈／苯乙烯／丙烯酸酯)共聚物(ASA)合金。這種行李架的鋁側桿和橫梁固定在6個頂蓋支撐上，能承受18kg的貨物，比原PA行李架減輕61％。6）聚碳酸酯(PC)及其合金43沙伯基礎創(chuàng)新塑料推出附加車窗應用中使用與有機硅硬膜相結合的透明、注塑成型的LexanGLX樹脂。LexanGLX樹脂具有很高的抗沖擊強度和剛度，而且十分輕巧，還涂敷了一層基于有機硅的硬膜，從而具備了抗磨損以及抗紫外線和化學降解能力。最近沙伯基礎創(chuàng)新塑料推出了一項革新儀表板(IP)計劃。特點是提供多種新型的高性能PC／ABS和PC的產(chǎn)品（XtremeCY．COLOYPC／ABS樹脂，和LEXANEXL1414H樹脂）以及更大范圍的全球性技術資源和支持。6）聚碳酸酯(PC)及其合金447）PE多層燃油箱PE在汽車上主要用作燃油箱，美國克萊斯勒公司首次在1993型輕便高速轎車上使用了高密度聚乙烯(HDPE)燃油箱。BASF公司以LupolenHDPE為原料生產(chǎn)了多層共擠吹塑燃油箱，與原HDPE燃油箱相比，力學性能上有較大提高。458）聚苯硫醚(PPS）PPS比強度高、綜合性能優(yōu)異，被視為汽車輕量化的理想材料。改性PPS取代原來的鑄鐵及鋁壓鑄件等，用于動力制動裝置和動力導向系統(tǒng)的旋轉式葉片、溫度傳感器、氣化器、進氣管、汽油泵等領域。還可用于制作汽車發(fā)動機和交流電機部件，燃料泵及點火裝置部件，汽化器部件，各種傳感器部件、配電盤、排氣循環(huán)閥及閥門以及燈光反向器和車燈夾具等。46成都樂天塑料有限公司開發(fā)出牌號為SGPPS系列產(chǎn)品。SGPPS一2C104A系列是晶須增強材料，可用于制造保險杠、護板、擋板、柄、前后箱蓋、排氣管、水箱等。SGPPS一2W304A系列是PPS／聚醚醚酮(PEEK)／聚四氟乙烯(PTFE)合金，可用于制造汽車變速齒輪、軸承、軸套、電刷等部件。SGPPS－2E204B系列系納米Al2O3增強材料，能滿足高級電器部件殼體精度要求.8）聚苯硫醚(PPS）479)PBT改性合金汽車上使用的PBT一般都采用GF增強或無機填料改性，或與其它高分子材料共混改性。PBT被廣泛用于生產(chǎn)保險杠、化油器組件、擋泥板、擾流板、火花塞子板、供油系統(tǒng)零件、儀表板、汽車點火器、加速器及離合器踏板等部件。GE公司(沙伯基礎創(chuàng)新塑料)生產(chǎn)的PBT/PC合金(商品名為Xenoyl731)耐熱性好，耐應力開裂，具有優(yōu)良的耐磨、耐化學腐蝕性，低溫沖擊強度高，易加工和涂飾性好，主要應用于高檔轎車的保險杠、車底板、面板等。4810）PET合金美國DuPont公司開發(fā)了汽車用RYNITEPET系列材料，該材料在用于薄壁制品時可發(fā)揮其優(yōu)良的流動特性、較小的成型公差，可設計多腔模具來提高生產(chǎn)效率。與鋅、鋁等金屬相比，RYN1TEPET具有良好的材料性能、加工工藝特性和較低的價格使其制品具有很高的性價比和較輕的質量，在轎車領域具有廣泛的應用前景。49聯(lián)合信號公司（Allied-Signal）研發(fā)的Petra系列PET具有優(yōu)良的耐高溫性能和優(yōu)異的低溫沖擊強度，經(jīng)得起高于200℃的電噴著色處理，另外由它制成的制品具有很好的表面性能，可用于制造汽車的內、外裝飾件，如車門、門支撐架、引擎蓋等。10）PET合金50GE公司(沙伯基礎創(chuàng)新塑料)公司將PET與PBT、PC等共混制成了Valox800PET，它不僅具有良好的表面光澤和成形性，而且能在220℃的高溫下使用，沖擊強度達648J／m，可用于轎車車身的制造。德國BTE公司用GF增強PET研發(fā)出汽車用塑料車輪。該車輪的最大優(yōu)點是不生銹。塑料車輪較輕，可以減輕汽車非懸掛件的質量，使汽車更易于操作、更舒適。10）PET合金5111）玻璃纖維增強塑料汽車用纖維復合材料輕質高強，其拉伸、彎曲、壓縮彈性模量、抗蠕變及耐疲勞特性好，可采用注射、擠出、壓制、層壓等多種成型方法加工，成型周期短、生產(chǎn)效率高，因此其應用領域在不斷擴大。為了更好的發(fā)揮纖維在塑料中的增強作用，在塑料中纖維長度必須大于臨界長度LC，否則其增強作用就同一般的粉末填料相同，因而目前長纖維增強熱塑性塑料(LFRT)已成為熱塑性塑料市場增長最快的品種。52長玻璃纖維增強聚丙烯(LGF．PP)SABIC?STAMAX公司近年開發(fā)了一種高彈性模量復合材料LGF-PP，玻璃纖維的長度為12-25mm，下表列出了注塑LGF．PP典型機械性能。LGF．PP可取代現(xiàn)有的材料，用于儀表板托架、保險杠梁、防濺板、車門和IFEM等零部件。5312）玻纖氈增強熱塑性塑料(GMT)目前，歐美玻纖氈增強熱塑性塑料(GMT)在汽車中的應用日趨廣泛。成型工藝有兩種。一種是干法成型，即利用玻璃纖維針刺氈或連續(xù)原絲氈與聚丙烯等熱塑性塑料復合成片材，在裁切成所需形狀后經(jīng)紅外加熱使樹脂至塑熔狀態(tài)，置于模具中加壓成型為最終產(chǎn)品。這種片材所制的產(chǎn)品等用于汽車部件，如保險杠襯里等。54另一種成型工藝為濕法成型，將短切玻璃纖維與熱塑性塑料(如聚丙烯)粒子在水中混合，借助于助劑的作用使塑料顆粒懸浮在水中，將此漿料送到紙機的網(wǎng)上脫水形成片材，該片材經(jīng)特制的加熱系統(tǒng)使塑料粒子達到塑熔狀態(tài)，將纖維固結在一起最終形成干的片材。用這種片材經(jīng)模壓可以制出各種外觀良好的汽車外裝飾部件。12）玻纖氈增強熱塑性塑料(GMT)55近年來隨著GMT技術的不斷改進，出現(xiàn)了性能更為優(yōu)越的GMT。它具有以下優(yōu)點和用途：制件性能穩(wěn)定，重復性好，適用于轎車儀表盤、座位等結構件；含礦物填料，用作保險杠時兼具有高強度和高韌性，可吸收高能量；流動性好，用于發(fā)動機減噪裝置時可設計成壁厚小但有細筋增強的制件；制件可回收利用，經(jīng)濟性好，是某些汽車車身底板的理想材料。12）玻纖氈增強熱塑性塑料(GMT)5613）碳纖維增強復合材料2003年，DaimlerChrysler公司推出的DodgeViper型跑車的擋板支架系統(tǒng)首次將碳纖維應用在大型底盤和車身外部部件上。近年來，日本開始研究采用碳纖復合材料代替目前正在使用的鋁合金，來制造汽車渦輪增壓器壓氣機葉輪，具有強度高、耐久性好和可靠性高的優(yōu)點，并使葉輪質量減輕了48％，降低了轉子慣量，提高了轉子加速性能，縮短了渦輪增壓器的響應滯后。5714）生物復合塑料最近，帝人纖維與馬自達共同開發(fā)出使用聚乳酸纖維的汽車座椅材料；用于馬自達“PremacyHydrogenREHybrid”車型座席和門板。馬自達汽車制造廠與廣島大學簽署了合作研究協(xié)議，將開發(fā)系列聚丙烯生物塑料以供汽車用途。該項目將使用“第二代”生物塑料生產(chǎn)技術，使用不可食用的高纖維素含量植物如植物莖或木材刨花。豐田2003年首次在汽車中使用了生物塑料聚乳酸和洋麻的混合材料作為備用輪胎罩和車墊的材料，計劃到2015年，將20％的汽車塑料部件更換為生物塑料。5815）金屬塑料據(jù)報道，一種集塑料和金屬特點于一身的新型材料一一“金屬塑料”最近由我國科學家研制成功。目前，德國朗盛公司正致力于開發(fā)由塑料與金屬做成的混合元件。其原理是在鋼板內注入塑料，并產(chǎn)生若干支點，由特殊纖維如玻璃纖維、B纖維或碳纖維根據(jù)不同用途澆鑄在熱塑模架里制成。這項技術已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到了廣泛的應用。車頭前部大規(guī)模使用這種技術的車型包括了福特?？怂笴－MAX，大眾輝騰和寶馬1系