改性塑料材料在汽车上的应用及技术要求

塑料材料在汽车上的应用－－车用塑料材料的发展概况当前，世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化。减轻汽车自身的重量是降低汽车排放，提高燃烧效率的最有效措施之一。据分析，汽车的自重每减少10%，燃油的消耗可降低6%～8%。而塑料及其复合材料是重要的汽车轻质材料．它不仅可减轻零部件约40％的重量，而且还可使成本降低40％左右。为此，增加塑料类材料在汽车中的使用量，便成为降低整车成本及其重量，增加汽车有效载荷的关键。－－车用塑料材料的发展概况据统计，世界上平均每辆汽车上塑料的用量已达到105kg，约占汽车总重量的8％～12％。目前，全球汽车用塑料制品的市场规模为454万吨/年，其中美国为172万吨/年，欧洲为136万吨/年，而我国现在每年的用量只有十几万吨。可见，我国的汽车塑料配件业还有很大的发展空间。－－世界各国车用塑料材料的用量情况：•德国：PVC，PU，PP，PE，ABS，PA，PC及其复合材料；•美国：PU，PP，PE，PVC，ABS，PA，PC及其复合材料；•日本：PVC，PP，PU，ABS，PE，FRP，PA，PC及其复合材料；•中国：PP，PVC，PU，不饱和树脂，ABS，PF，PE，PA，PC及其复合材料－－世界各国车用塑料材料的用量情况：汽车工业主要车型塑料应用情况表(kg/辆)（上汽统计数据）PVCABSPPPEPUPOMPATRP合计CM722021.3413.516.84.439.70.162.420.288.3Jetta1.614.525.56.87.420.62.02.460.82桑塔纳11.7710.518.86.210.00.222.866.1356.80富康24.04.030.09.012.01.05.06.591.5夏利6.54.020.010.08.50.51.54.055.0CM1056L17.332.212.23.88.51.5---4.349.83INECO15.015.0455.060.01.52.08.0151.5CM1092-II3.151.26.7316.810.00.32.12.943.18EQ1092-II13.03.52.02.08.20.51.38.438.9EQ1141G15.04.610.92.57.50.44.517.459.8JN141927.11.00.150.0332.51.00.620.082.38－－车用塑料零部件的分类•按照整车的结构将车用塑料零部件分为以下三类：－－内饰件：主副仪表板、车门内板、杂物箱、门把手，座椅、顶棚、遮阳板、门槛饰条、侧窗防霜器以及其它吸音材料等－－外饰件：保险杠、车身底护板、散热器隔栅、灯罩/灯座、轮罩防护罩、水盒盖板、外后视镜、挡泥板、导流板等－－结构件：方向盘、燃料箱、油门离合器踏脚板、发动机部件等－－功能件：车窗玻璃、暖风机/空调、烟灰缸、缸体及盖板等1）PC／ABS合金应用于内饰件、仪表板、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、汽车车轮罩、反光镜外壳、尾灯罩、挡泥板等2）PC／PBT合金和PC／PET合金应用于外装件、汽车车身板、汽车侧面护板、挡泥板、汽车门框等。3）GFPA6、GFPA66、增强阻燃PA6应用于汽车发动机及发动机周边部件、发动机盖、发动机装饰盖、汽缸头盖、机油滤清器、刮雨器、散热器格栅等。4）PBT应用于保险杠、化油器组件、挡泥板、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。5）POM应用于汽车泵、汽化器部件、输油管、动力阀、万向节轴承、马达齿轮、曲柄、把手、仪表板、汽车窗升降机装置、电开关、安全带扣等。6）PPE／PS合金应用于汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽、尾灯壳等零部件；连接盒、保险丝盒、断路开关外壳等汽车电气元件。7）PPE／PA合金应用于外部件如大型挡板、缓冲垫、后阻流板－－车用塑料零部件的分类•内外饰中各类型材料的用量情况：（以一汽大众轿车为例）材料比例(%)PP36PC/ABS12PU12ABS10PVC10PE7PA5PBT4PMMA2POM1PC1其他4－－车用塑料零部件的用料情况（内饰件）•仪表板：由于仪表板的表面温度往往很高，为了适应发动机室的高温以及阳光的照射，要求塑料仪表板在较高温度下蠕变小，不变形以及良好的耐候性。其中，欧洲汽车的仪表板一般以ABS/PC及增强PP为主要材料；美国汽车的仪表板以前较多采用ABS、PC／ABS合金，近期多用苯乙烯/顺丁烯二酸酐SMA，这类材料价格低，耐热、耐冲击，具有良好的综合性能；日本汽车的仪表板曾采用过ABS和增强PP材料，目前则以玻纤增强的SAN为主，也采用耐热性更好的改性PPO。－－车用塑料零部件的用料情况（内饰件）目前，我国使用的仪表板可分为硬质仪表板和软质仪表板两种。硬质仪表板常被用在轻、小型货车、大货车和客车上，一般采用改性PP、ABS及ABS/PC合金等一次性注射成型，也有用MPPO材料。软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成。骨架材料多采用改性PP、ABS、PC/ABS合金及FRP等；表皮目前很多车辆均采用PVC/ABS合金材料－－车用塑料零部件的用料情况（内饰件）•车门内板：车门内板的构造基本上类似于软质仪表板，由骨架材料、发泡和表皮革构成。中高档次的轿车其骨架多采用ABS注塑而成，再采用真空成形的方法，将衬有PU发泡材料的针织涤纶表皮复合在骨架上形成一体（如红旗轿车与奥迪等）。低档次的轿车木粉填充改性PP板材或废纤维层压板表面复合针织物的简单结构，即没有发泡缓冲结构，有些货车上甚至使用直接贴一层PVC人造革的门内板。－－车用塑料零部件的用料情况（内饰件）•车门内板：有的门内板也采用50%天然纤维和50%PP热压而成，使车门减重，成本下降，隔音性能改进。在美国，门内装饰板用ABS或PP注塑成形的居多，现在我国国产的卡车—斯太尔王也使用同类板。近年来，车门内饰板为满足耐候性和柔软性，已开始使用热塑性弹性体与PP泡沫板相叠合的结构。日本开发了一种冲压成形、连续生产全PP车门内饰板的技术，门板包括PP内衬板、PP泡沫衬热层和PP/EPDM皮层结构。－－车用塑料零部件的用料情况（内饰件）•座椅：目前坐垫及靠背基本上是由软质PU发泡制成.软质PU发泡材料可用热硫化层和冷硫化法生产，但从设备投资和材料性能考虑，目前座椅缓冲垫多用冷硫化法生产。考虑到座椅的舒适性，缓冲垫的密度可以改变，从而使软硬度随之改变。如奥迪A6轿车靠背上的缓冲垫可使用天然纤维（如椰子壳）浸胶材料，其特点是透气性好；骨架材料可用GMT（玻璃纤维毡片/高分子增强复合材料）取代钢铁材料。－－车用塑料零部件的用料情况（内饰件）•顶棚、后围：车内顶棚、后围（后围主要对重型车而言）是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合层压制品，它的作用除了起装饰功能外，还起着隔热、隔音等特殊功能。顶棚、后围一般由基材和表皮构成，基材需要具有轻量、刚性高、尺寸稳定，易成形等特点，为此一般使用热塑性聚氨酯发泡内材、PP发泡内材、热塑性毡类内材、玻璃纤维瓦楞纸、蜂窝状塑料带等。－－车用塑料零部件的用料情况（内饰件）•顶棚、后围：表皮材料可用织物、无纺布、TPO、PVC等。我国的轿车顶棚一般使用TPO发泡片材、玻璃纤维、无纺涤纶布材料层压成型。顶棚的种类有成型顶棚、粘接顶棚和吊装顶棚，其中成形顶棚占70%以上。卡车主要用成型顶棚，基材采用热固性或热塑性毡类，压制成型，表皮材料选用针织面料、无纺布或软质PVC等。－－车用塑料零部件的用料情况（外饰件）•保险杠：保险杠既是外装饰件又是功能件，保险杠的材料要求具有足够的强度、刚性、耐冲击性、耐热性、耐气候性、耐污染性、耐药品性、耐震动性及良好外观。在80年代中期，汽车保险杠多采用玻璃纤维增强PP(GMP)、反应注塑模塑物，高纤维片材模塑物等增强型材料制作。－－车用塑料零部件的用料情况（外饰件）•保险杠：目前，汽车保险杠越来越多地使用改性PP及改性PC/PBT合金制成。其中欧洲汽车所使用的保险杠材料大多采用德国BASF公司生产的产品。例如大众的奥迪100、高尔夫、上海的桑塔纳、天津的夏利等型号轿车的保险杠，均采用了改性PP料注射成型的。中高端轿车则多采用改性PC/PBT合金料注塑而成（如奥迪A6、别克等）。－－车用塑料零部件的用料情况（外饰件）•挡泥板：汽车挡泥板多使用热塑性塑料合金。例如，GE公司的PPO／PA合金已被用于制作VcctorⅡ型车上的挡泥板；ICI公司在Maestro货车上使用了玻纤增强的PP做挡泥板；BASF公司也开发了专用于挡泥板的PA／PPO合金，日本轿车则多采用下PP／PA合金制作的挡泥板。－－车用塑料零部件的用料情况（外饰件）•散热器隔栅：散热器格栅是为了冷却发动机而设置的开口部件，位于车体前面，往往把汽车的铭牌镶嵌其间，是表现一辆汽车风格的重要部件。目前轿车上所使用的散热器格栅一般用ABS或PC/ABS合金，经注塑成型制成。桑塔纳轿车的格栅是用ABS制成的，由于ABS耐候性较差，使用时需加入耐候性助剂，并且制作成黑色。－－车用塑料零部件的用料情况（结构件）•方向盘：方向盘一般采用自结皮硬质PU泡沫材料高压或低压发泡而成。方向盘结构要求挺拔、坚固、轻便、外韧内软，并能耐热、耐寒、耐光、耐磨。因此，包覆物多用改性PP、PVC、PU、ABS等树脂，骨架一般选用钢骨架与铝压注而成，考虑到轻量化，现在也有用玻璃纤维增强PA替代铁芯的趋势。为了追求豪华、舒适、手感好，现在的方向盘表面部分增加了桃木饰纹或真皮包皮等。－－车用塑料零部件的用料情况（结构件）•燃油箱：燃油箱是汽车中重要的安全部件之一，具有单层或多层复合结构，要求其材质具有耐寒、耐热、耐蠕变、耐应力开裂、耐大气老化、耐溶剂和耐化学药品腐蚀等性能，以适应抗冲击、抗渗漏、阻燃、防爆等方面的要求，因此塑料燃油箱通常采用超高分子量的高密度线性聚乙烯（HMWHDPE）基材，并辅以粘接和阻隔性材料吸塑而成，其箱体内壁要用不同的方法进行表面处理。－－车用塑料零部件的用料情况（结构件）•发动机部件：系统零部件塑料材质发动机本体缸体上罩盖PA66(GF无机矿物粉),PA66GFPA6GF固定支架PA66+GF吸引系统吸气管(导管)PPO,PP+GF,PA+GF空气导管PA66+GF,PA+GF缓冲管PA66+GF,PA+GF进气歧管PA66+GF,PA+GF节流阀体PA66+GF－－车用塑料零部件的用料情况（结构件）•发动机部件：冷却系统散热器水泵PA66+GFPA66612+GF散热器支架SMCPA66+GF水泵出水管PA66+GF芳香簇PA+GF耐热镙栓衬垫(罩盖)PP+GFPA66+GF,PPS+GF冷却风扇PP+GF,PA66+GF,PA6+GF风扇护罩PP+GF,PA66+GF,PA6+GF－－车用塑料零部件的用料情况（结构件）•汽车底盘：真空管材料:TPC制造工艺:挤出制动齿轮材料:PA46-GF30制造工艺:挤出管口材料:PBT-GF制造工艺:注塑阀体材料:PET-GF35制造工艺:注塑－－车用塑料零部件的用料情况（功能件）•照明系统：前大灯多数采用表面涂敷硬膜的PC，从而进一步提高了耐擦伤性和耐候性。为了满足耐热性及表面处理要求，前大灯反射镜壳一般采用BMC(团状模材料)、PPS、PC、PBT等制成。通常，后排指示组合灯罩材料为PMMA，灯壳为填充改性PP，它们之间用热熔性粘合剂粘接。随着震动焊接技术的发展，灯壳材料开始采用耐候ABS，以便于材料的再生利用。－－车用塑料零部件的用料情况（功能件）•车窗玻璃：目前用于车窗的有无机钢化玻璃、有机玻璃以及透明的PC树脂等。用PC做挡风玻璃在发生车祸时，能减少碎片对司机和乘客的伤害。另一种材料是PVB树脂（聚乙烯醇缩丁醛树脂），它透明性、粘接性能十分优良，可作为两块无机玻璃之间的粘接层，当受到外力冲击时，由于优良的粘接力，碎的玻璃仍被PVB膜粘接在一起。目前由于价格和加工工艺问题，PVB片材作为汽车窗玻璃尚未普及。－－车用塑料零部件的用料情况（功