耐鹽害尼龍材料在汽車?yán)魃系膽?yīng)用

張衡

摘 要：隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，基于汽車的使用工況和要求，對于汽車上的零部件的功能品質(zhì)要求也越來越高，換擋拉索作為汽車上的重要功能性部件，下層零件上使用到了大量的樹脂材料（尼龍材料等），本文主要針對于換擋拉索上尼龍樹脂材料的耐鹽害機(jī)理，以及高耐鹽害能力尼龍材料的應(yīng)用進(jìn)行介紹說明。

關(guān)鍵詞：換擋拉索；耐鹽害；尼龍；酰胺基；玻纖

1、換擋拉索簡介

換擋拉索是一種實(shí)現(xiàn)汽車換擋功能的柔性傳遞機(jī)械機(jī)構(gòu)，一端連接著駕駛室內(nèi)換擋器的銷軸上，另一端連接著機(jī)艙變速箱的搖臂，駕駛者在撥動(dòng)換擋器手柄時(shí)，帶動(dòng)換擋拉索內(nèi)的鋼絲繩動(dòng)作，鋼絲繩帶動(dòng)變速箱搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)變速箱內(nèi)的齒輪移動(dòng)嚙合實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比，以達(dá)到換擋功能。因此從整個(gè)換擋的功能實(shí)現(xiàn)路徑來看，換擋拉索有一半處于駕駛室內(nèi)，而另一半處于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。其中處于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部分的塑料零件大部分使用的為尼龍樹脂材料。

2、換擋拉索鹽害發(fā)生概述

在我國北方和部分南方地區(qū)，冬季下雪后，市政部門在進(jìn)行道路除雪時(shí)會(huì)使用除雪劑。道路除雪常用的除雪劑中含的主要成分是氯化鈣（CaCl2）等鹽類物質(zhì)，汽車行駛通過路面，鹽類物質(zhì)會(huì)進(jìn)入到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙，而換擋拉索有一半是處在發(fā)動(dòng)機(jī)艙，其中直接與變速箱相連接的樹脂接頭環(huán)零件很容易接觸到鹽類物質(zhì)，在鹽類物質(zhì)的影響下樹脂零件會(huì)逐漸被腐蝕，若是普通的樹脂材料（尼龍PA66等），由于耐鹽害能力較低，零件材料就會(huì)很快被破壞分解，導(dǎo)致拉索無法實(shí)現(xiàn)換擋，產(chǎn)品功能失效。

3、尼龍材料鹽害機(jī)理和高耐鹽害能力的尼龍材料

3.1尼龍材料鹽害分解機(jī)理

氯化鈣腐蝕尼龍?jiān)恚喝缦聢D所示，尼龍材料上若附著氯化鈣液體，鈣離子會(huì)配位到酰胺基的氫鍵中，干燥后水析出收縮，但鈣離子已存留在在分子鏈結(jié)構(gòu)中，分子鏈?zhǔn)茆}離子影響無法復(fù)原，產(chǎn)生內(nèi)部變形，變形慢慢擴(kuò)大產(chǎn)生細(xì)裂紋，裂紋延展導(dǎo)致材料逐漸被破壞。

3.2高耐鹽害能力的尼龍材料

為滿足更高的耐鹽害能力，使用一種全新的尼龍材料PA6·12，以替代普通的尼龍PA66。這兩種尼龍材料的耐鹽害能力差異的機(jī)理主要體現(xiàn)在材料的分子鏈結(jié)構(gòu)上：從下圖總的分子鏈結(jié)構(gòu)對比可以看出，PA66的C鏈比PA6·12的要短很多，因此在同等質(zhì)量的材料里，酰胺鍵在PA66中的長度比例要比PA6·12大，即酰胺鍵在PA66中的密度要比PA6·12大得多，而氯化鈣鹽類主要就是與酰胺鍵反應(yīng)發(fā)生腐蝕破壞，所以含有較多酰胺鍵的PA66與氯化鈣接觸后會(huì)更容易更快發(fā)生反應(yīng)，而相比之下含有較少酰胺鍵的PA6·12的這種反應(yīng)會(huì)緩慢很多，所以PA6·12的抗鹽害能力也就更強(qiáng)。

（從下方材料鹽害試驗(yàn)后的彎曲強(qiáng)度保持率和表面放大圖可以進(jìn)行對比）

耐鹽害循環(huán)試驗(yàn)方法：

事前調(diào)濕樣品。（80℃×80%RH壞境下放置后，鋁袋放置2周）

（1）將紗布（3重）浸入氯化鈣水溶液（40%）中。用紗布包裹樣品兩面，放置30分鐘。

（2）30分鐘后，保持此狀態(tài)不變，在100℃的烤箱中放置3小時(shí)，使氯化鈣水溶液干燥。

（3）干燥后從烤箱中取出，去掉紗布，水洗。

（4）水洗后80℃×60%RH恒溫恒濕槽內(nèi)放置16hr后，進(jìn)行下個(gè)循環(huán)。

（周末則80℃×55%RH×64hr）

（1）～（4）為1個(gè)循環(huán)。150循環(huán)后，進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。

4、材料性能的兼顧提升（加入玻纖）

由于換擋拉索的接頭環(huán)與變速箱上的搖臂連接，拉索在換擋作動(dòng)時(shí)，接頭環(huán)變速箱側(cè)的接頭環(huán)零件承受著較大的負(fù)荷，因此對零件材料的強(qiáng)度也有很高的要求，所以在主材PA6·12中追加了一定含量的玻纖（常用15～40%GF，具體的比例可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整），玻纖對樹脂材料的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、耐老化性有明顯的提高，因此在滿足材料耐鹽害要求的基礎(chǔ)上，使零件在強(qiáng)度上也得到了很好的保證：如在尼龍中加入30%GF，材料的耐疲勞強(qiáng)度是未增強(qiáng)的2.5倍。另外，材料若是純PA6·12，在價(jià)格上也很貴，添加一定比例的玻纖，對原材料本身的成本價(jià)格也會(huì)有一定降低。

但是需要注意的是：玻璃纖維的成型工藝與未增強(qiáng)時(shí)大致相同，但因流動(dòng)性較增強(qiáng)前差，所以注射壓力和注射速度要適當(dāng)提高，注塑機(jī)機(jī)筒溫度需要提高10～40℃。由于玻纖在注塑過程中會(huì)沿著流動(dòng)方向上取向，引起力學(xué)性能和收縮率在取向方向上增強(qiáng)，導(dǎo)致制品變形翹曲，因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口的位置、形狀要合理，工藝上可以提高模具的溫度，制品取出后放入熱水中讓其緩慢冷卻。另外，加入的玻纖的比例越大，對注塑機(jī)的塑化元件的磨損越大，最好是采用雙金屬螺桿、機(jī)筒。對于玻纖的增加比例，需要結(jié)合產(chǎn)品的強(qiáng)度要求以及成型工藝進(jìn)行綜合考慮。

5、其他塑料材料在汽車上的應(yīng)用

上述耐鹽害尼龍材料只是塑料中的一種，大量塑料材料已廣泛地應(yīng)用在汽車上的各個(gè)區(qū)域，塑料材料不僅可以減輕零部件約40%的質(zhì)量，還可以降低成本40%左右，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：目前世界上每臺(tái)汽車上塑料的用量已達(dá)到105Kg，約占汽車總質(zhì)量的8%～12%。汽車上塑料材料主要是內(nèi)外飾件：儀表盤、門把手、座椅、雜物箱、頂棚、引流板、保險(xiǎn)杠、擋泥板、格柵、車輪護(hù)罩、車門檻板、后視鏡框、空調(diào)系統(tǒng)配件等，其中用到的塑料材質(zhì)主要為ABS、PC、PP等；塑料功能件：發(fā)動(dòng)機(jī)部件及其燃油進(jìn)氣系統(tǒng)和電器系統(tǒng)，用到的主要是尼龍PA、PPS、聚酯、酚醛塑料等，塑料制作的發(fā)動(dòng)機(jī)部件成本低、質(zhì)量輕、噪聲小，同時(shí)耐高溫、剛性好、尺寸穩(wěn)定性好、耐腐蝕。

6、結(jié)束語

隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，新工藝和新材料的應(yīng)用也在不斷更新，而汽車消費(fèi)者對汽車提出了更高的要求：安全性、舒適性、環(huán)保性等，汽車上的零部件數(shù)量巨大，在汽車節(jié)能低排、輕量化的發(fā)展趨勢下，會(huì)有更多的高性能的新型高分子塑料材料被應(yīng)用，以替代傳統(tǒng)的金屬材料，這也必將為汽車工業(yè)發(fā)展的變革創(chuàng)新注入新的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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[2] 高亞楠，溫龍飛.淺談汽車輕量化發(fā)展態(tài)勢.汽車工業(yè)研究，2007：33～35.

（作者單位：重慶海德世拉索系統(tǒng)（集團(tuán)）有限公司）