工程塑料在汽車輕量化中的應用進展

【摘要】人們大量采用質量輕、韌性好、耐腐蝕、隔音、隔熱、成型方便的塑料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料，這樣既能節(jié)省燃料，又能提高汽車的綜合性能，因而，塑料在汽車工業(yè)中已成為必不可少的基本材料之一。本文分析了車用塑料的性能優(yōu)勢，闡述了塑料在汽車上的應用。

【關鍵詞】工程塑料；輕量化；應用

一、車用塑料的性能優(yōu)勢

工程塑料是指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的可作為結構材料的塑料。工程塑料的主要特性是：密度??；比強度高；化學穩(wěn)定性好，電絕緣性優(yōu)良；耐磨，具自潤滑性，可減低摩擦系數；耐熱性和尺寸穩(wěn)定性高；抗沖擊、抗疲勞性能優(yōu)良。工程塑料除了具備這些優(yōu)異的性能，還可以采用通常的塑料加工方法加工成各種制品，廣泛應用于汽車上。近年來，汽車輕量化已成為汽車材料發(fā)展的主要方向，節(jié)能與環(huán)保成為汽車工業(yè)發(fā)展的兩大課題，而塑料及其復合材料、合金是能加快汽車工業(yè)實現此目標的理想材料；采用塑料制造汽車部件的最大好處是減輕了汽車重量，降低了成本和工序，提高了汽車某些性能。汽車塑料部件代替昂貴有色金屬及合金材料部件，不僅減輕車重，降低油耗和碳氫化合物排放，還可提高動力，適應惡劣環(huán)境，增加安全性，而且塑料可回收，從而節(jié)省了制造過程中的資源消耗，最終使汽車在安全和成本兩方面獲得更多突破。塑料在汽車上應用也為汽車外觀設計更加人性化、多樣化及內飾的手感舒適性、美觀性提供便利，降低部件加工、裝配與維修費用?？梢钥闯觯嚥考芰匣钱斀?！際汽車制造業(yè)的一大發(fā)展趨勢。

二、塑料在汽車上的應用

（一）聚酞胺（PA）

聚酞胺（PA）俗稱尼龍，是以聚酸胺為基礎的塑料，這種材料力學性能優(yōu)異，使用溫度寬，耐磨性好，摩擦系數低，自潤滑性良好，電絕緣性好，耐電弧，易著色，無毒，耐油，耐烴類及醋類等有機溶劑，易加工成型。可用注射、擠出、澆鑄等方法成型。近年來，為進一步提高PA的性能，擴大其應用范圍，人們又利用填充改性技術對其進行增強、增韌，使得該材料更適應汽車零部件的應用要求。PA在汽車工業(yè)中主要用于散熱器箱、皮帶輪、吸附罐、油泵齒輪、方向盤、風扇等，一些PA改性品種也廣泛用于汽車工業(yè)。

（二）聚破酸醋（PC）

PC抗蠕變性優(yōu)異，使用溫度范圍寬，電性能好，阻燃性優(yōu)異，抗沖擊性比A1，Zn還高。但由于PC的耐化學藥品性、耐堿性欠佳，導致其在汽車上的應用較晚。人們通過對PC進行改性從而提高其耐蝕性和耐化學藥品性，使之能應用于汽車工業(yè)。PC及其合金應用于汽車工業(yè)的研究發(fā)展較快。PC在汽車上主要用于汽車上蓋、儀表盤、車身板、底盤、保險杠等。PC/聚對苯二甲酸乙二MWL（PET）合金、PC/聚對苯二甲酸丁二醋（PBT）合金的用量也有所增加，主要用作防護板口。

（三）聚甲醛（POM）

POM在汽車制造領域中被作為節(jié)能材料廣泛應用，其原因是它能夠使汽車輕量化，耗油量減小，能取代各種金屬，節(jié)省成型加工的能耗。主要用于三個方面：發(fā)動機燃料油系統(tǒng)、電氣設備系統(tǒng)和車身系統(tǒng)。在燃料油系統(tǒng)方面主要用來制造散熱器排水管、閥門、水泵葉輪、燃油泵等部件。

（四）聚苯硫醚（PPS）

由于PPS具有優(yōu)良的耐熱性能、力學性能、尺寸穩(wěn)定性和耐化學藥品性，被用于制造汽車零部件如排氣再循環(huán)間、氣動信號傳感器罩、轉速表傳感器罩、水泵葉輪等。隨著汽車對塑料性能要求的提高，人們又研制出改性PPS推出了一種玻纖增強Questra間規(guī)PPS配混料，用于汽車零部件的制造。研究表明，改性PPS在汽車上可用于取代原來采用的鑄鐵及鋁壓制件和ABS及其它工程塑料。

（五）聚酸胺酞亞胺（PAI）

PAI的拉伸強度、彎曲彈性模量、耐蠕變性優(yōu)良，電絕緣性好，甚至在高溫高頻下仍保持良好的介電性能。室溫拉伸強度是未增強型聚合物中最高的。PAI在汽車工業(yè)中主要用于發(fā)動機活塞、活塞環(huán)、連桿、調速齒輪等。用PAI制造的零部件與用其它材料相比，質量可減輕20kg。

三、汽車塑料市場的發(fā)展趨勢

汽車輕量化是指在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地減輕汽車的整車品質。首先要從汽車結構的合理設計開始，充分考慮到新材料的應用。現代汽車工業(yè)設計，幾乎全部采用了CAD/CAE/CAM技術，可利用FEA有限元分析功能來分析部件結構的運動行為、應力分布，并對生成的相關資料進行工程分析與剛度和強度計算，對局部進行優(yōu)化及強化設計，達到輕量化的目的。目前，國外各大汽車公司都成立了專門的汽車回收試驗中心。擴大塑料在汽車上的應用范圍和技術水平。開發(fā)塑料在功能件上的應用，如多功能支架、儀表板托架、發(fā)動機護板等，塑料進氣歧管等在國外汽車上得到廣泛應用；應用玻纖增強熱塑性塑料制作汽車部件，減輕汽車自重；采用先進的成型技術和設備生產汽車塑料部件，提高產品質量。

塑料在汽車制造中得到了廣泛的應用，現已發(fā)展成為汽車的主要材料，塑料固有的性能不僅使汽車輕量化，減少燃油消耗，改善行駛性能、安全性和抗腐蝕性，而且還被用于探索新的汽車外形式樣和零部件的設計，以適應“安全、節(jié)能、環(huán)?！币螅龠M汽車工業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻

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[2]趙文聘，徐長旭.汽車燈罩用聚丙烯改性料的研究[J].塑料工業(yè)，2014，35（06）：378～381.

作者簡介：陳宇光（1987.01—），男，遼寧沈陽人，學士，工程師，研究方向：項目管理、工程設計。