改性工程塑料行业培训教程-7塑料在汽车工业中的应用

新材料行业——改性工程塑料培训教程—（7）塑料在汽车工业中的应用芜湖新材料有限公司WUHUNIOUMAITENewMaterialTechnologyCentre国际汽车界研究开发的三大热门课题之一应用历史：塑料在汽车中的应用一直被汽车工程界所重视。20世纪50年代即开始了塑料在汽车中的应用研究；60年代开始了商品化生产；80年代塑料在汽车工业中的应用进入快速发展的时期。塑料件成型技术已与汽车塑料化无缝结合，汽车塑料化是现代汽车科技进步的发展方向。一、节能环保；二、提高功能；三、简化制造工序与工艺。已成为国际汽车界研究开发的三大热门课题之一。国内汽车塑料化的工作重点：新材料及其关键零部件技术，以及完善标准体系。预计在不久的将来，汽车塑料零部件制造将成为一个新兴塑料产业，不仅扩大塑料产业的规模，同样也决定了今后汽车制造业的发展趋势。关键材料及塑料零部件制造技术最新进展：国际汽车产业上已有七项最新技术突破，同时该七项技术也即将投身于汽车产业中。汽车塑料化浪潮90年代初100～130kg/辆7%～10%1992年269kg/辆2001年337kg/辆22．7％2020年（预计）500kg/辆以上经济型轿车50～60kg/辆轻、中型载货车40～50kg/辆重型载货车80kg/辆2020年（预计）500kg/辆以上表—1：发达国家汽车平均用塑料量表—2：中国汽车平均用塑料量国家轿车平均使用塑料量占汽车总重量发达国家超过100千克/辆8%左右中国70千克/辆6%左右国家汽车平均使用塑料量占汽车总重量发达国家150公斤/辆13%左右中国110公斤/辆10%左右表—3：我国与发达国家轿车塑料用量比较表—4：我国与发达国家汽车塑料用量比较工业发达国家汽车塑料的用量占塑料总消费量的8%~10%。与汽车工业发达国家相比，我国还存在很大的差距，德国、美国、日本等国的汽车塑料用量已达到10%～15%，有的甚至达到了20%以上。虽然各国使用的塑料品种不尽相同，但大体相似。*FRP：学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，亦称玻璃钢复合材料国别塑料品种德国PVC，PU，PP，PE，ABS美国PU，PP，PE，PVC，ABS日本PVC，PP，PU，ABS，PE，*FRP表—5：发达国家汽车塑料品种比较在我国，塑料件约占汽车自重的7%～10%。我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP，PVC，PU，不饱和树脂，ABS，PF，PE，PA，PC，复合材料。自20世纪90年代以来，随着汽车材料国产化的开展，我国汽车用塑料步入了世界发展的轨道。车型塑料用量轿车、轻型车CA7220小红旗轿车88.33kg上海桑塔纳67.2kg奥迪89.98kg富康81.5kg依维柯0041144.5kg重型车斯太尔149182.25kg斯太尔王120.5kg奔驰Smart在世界各大汽车制造公司中，最热衷于塑料的是戴姆勒—克莱斯勒汽车公司。他们正在开发一项与传统方法完全不同的汽车生产工艺，一项花费浩大，风险也相当大的试验，但是一旦成功，那么它将对整个汽车工业的加工方式产生革命性的影响。目前，戴姆勒—克莱斯勒汽车公司已在一些车辆上使用塑料翼子板、后尾门，并将塑料整体结构用在奔驰Ａ型车和超微型车“ＳＭＡＲＴ”跑车上。这就是用巨型注塑机生产成型的汽车零件，包括翼子板、前照面板、发动机盖、后围板等。塑料——汽车材料的生力军应用品种：通用塑料工程塑料高性能工程塑料2012---2015：纳米复合材料、可喷涂和免喷涂塑料，塑料镜片和塑料玻璃、以及纤维增强热塑性塑料；目前运用的材料：聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、ABS树脂及工程塑料及其合金材料国外汽车已在初步试用车用复合材料纤维增强复合材料（FRP）、车用热塑性复合材料及碳纤维增强复合材料等高分子复合材料。数百种之多应用范围外装饰件内装饰件功能结构件应用特点：以塑代钢，减轻汽车自重。从现代汽车使用的材料来看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制作的影子。世界汽车材料技术发展的主要方向：轻量化、环保化。目的：节能、减排、降耗、环保。汽车材料发展的主要方向轻量化：1、减轻汽车自重是提高燃油燃烧效率的最有效措施之一，汽车的自重每减少10%，燃油的消耗可降低6%～8%。2、降低汽车排放，保护环境为此，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。环保化：1、汽车塑料零部件的可回收利用；2、汽车塑料更换为生物塑料，首当其冲是汽车“内饰件”。汽车塑料化的优势一、最大优势是减轻车体的重量，节能降耗；二、塑料成型容易，加工十分便利；三、塑料制品的弹性变形特性能强，对车辆和乘客起到保护作用；四、塑料耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀；五、塑料品种多，性能优异，适应性强。汽车塑料化的优势材料比重(g/cm3)塑料0.9~1.5纤维增强复合材料＜2A3钢7.6黄铜8.4铝2.7一、最大优势是减轻车体的重量。轻量化是汽车业追求的目标，塑料在此方面可以大显其威。这使塑料成为汽车轻量化的首选用材。使用塑料有助于减轻汽车重量，汽车重量每减少10%，燃料经济性可提高5%。汽车配件塑料化后的轻量化情况配件名称原总量/Kg塑料重量/Kg减轻重量/Kg轻量化率/%空调器支架3.180.912.2771盘式制动器活塞0.820.410.4150发动机盖16.3412.264.125后门20.8812.718.1739座椅架(2座)22.711.3511.3550燃料箱22.718.164.5420轮胎(4只)54.4840.8613.6225驱动轴10.224.315.958叶片弹簧12.712.0410.6784门粱7.723.184.5459车身209.2994.43114.8655身架128.4893.9834.527车门（4扇）70.8227.6943.1361前后保险杠55.8419.9835.8764车头43.5813.1730.4270车轮（4只）41.7722.2519.5247合计721.53377.6934447.7二、塑料成型容易，使得形状复杂的部件加工十分便利。使用塑料可以一次成型，加工时间短，精度有保证。汽车塑料化的优势注塑机例如：仪表台用钢板加工，往往需要先加工成型各个零件，再分别用连接件装配或焊接而成，工序较多。三、塑料制品的弹性变形特性能能提高安全系数塑料制品的弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲作用，对车辆和乘客起到保护作用。因此，现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘，以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条都采用塑料材料，以减轻车外物体对车身的冲击力。另外，塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的作用，可以提高乘坐的舒适性。增强缓冲作用前后保险杠仪表板方向盘车身装饰条汽车塑料化的优势四、塑料耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀。钢材制作一旦漆面受损或者先期防腐做的不好就容易生锈腐蚀。塑料对酸、碱、盐等抗腐蚀能力大于钢板，如果用塑料做车身覆盖件，十分适宜在污染较大的区域使用。五、塑料品种多；性能优异；适应性强。根据塑料的组织成分，通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂制出所需性能的塑料，改变材料的机械强度及加工成型性能，以适应车上不同部件的用途要求。例如：保险杠要有相当的机械强度；坐垫和靠背就要采用柔软的聚氨酯泡沫塑料；塑料颜色可以通过添加剂调出不同颜色，省去喷漆的麻烦。有些塑料件还可以电镀，如ABS塑料具有很好的电镀性能，可用于制作装饰条、标牌、开关旋钮、车轮装饰罩等。汽车塑料化的优势汽车制造商适应塑料代替传统的钢制材料还可降低成本。戴姆勒-克莱斯勒公司宣称，该公司用模吹塑料制成了吉普车前后保险杠，从而使制造组装成本减少了12％、重量减少了9％。应用开发信息表明，用聚碳酸酯（PC）替代玻璃的环境效益包括重量、安全和设计。1千克的PC釉料可替代2.2千克的玻璃，对于15万公里使用寿命（以美国轿车平均消费计）可节约200~300兆焦的能力和减少14~22千克二氧化碳排放。注模的塑料部件也具有美学效果，而使用传统的材料如钢和玻璃很难达到，如玻璃前灯透镜用聚碳酸酯材料替代。汽车塑料化的优势塑料可提高汽车制造商设计的灵活性。塑料在汽车中的成功应用更使汽车成本得以降低，一个简单的注模塑料部件可起到许多金属部件焊接在一起的功能，塑料可模铸成比钢组合件更为复杂的形状，可减少集成过程中所用的部件数。汽车装饰部件汽车塑料装饰部件一般分为内饰件和外饰件。内饰件：汽车车厢隔板、门内装饰板、仪表板、扶手、地毯、门内手柄、装饰条等。内饰件功能要求：抗冲、减振、隔热、吸音、隔音以及美观、舒适具有较高的要求。但不会影响车辆的整体运行性能，热塑性塑料能满足上述要求，适宜制作内饰件。且质地轻、易成型、易安装、手感好和成本低等特点，用量高达整车塑料总用量的56%。内饰件较早实现了“塑料化”，且用量大。目前汽车内饰件的塑料材料逐渐向高强、复合、美观等方向发展。仪表板内装饰件副仪表板杂物箱盖门内手柄汽车内装饰部件1、耐热性：因夏季长时间光照，车厢内温度比较高，要求内饰件材料具有高耐热性；2、耐老化性：包括热氧老化和光老化，防止部件老化变色、劣化；3、低气味性：为了驾乘人员的身体健康，材料应确保低挥发性、低气味；4、亚光性：为确保驾驶安全，选用哑光材料或哑光皮纹；5、耐刮伤性：要求材料具有一定的表面硬度和较低的摩擦系数，以防止刮伤起毛。汽车内饰件——材料要求汽车常用的内饰件及所选材料内饰件主要原料要求性能可代替材料方向盘PP.PU.HDPE等耐热.手感好热塑性弹性体仪表盘金属骨架+半硬发泡PU+ABS或PVC皮.ABS.ABS/PVC.PPO/ABS.增强PP等耐光.抗冲击冷硫化PU.SMA.PC/ABS等仪表板芯ABS强度.涂漆性增强PP仪表盖板ABS尺寸稳定.耐热增强PP杂物箱PP铰链特性仪表板底托架PP价格低车门内手柄ABS.PVC皮+PU+PE韧性好热塑性PU坐垫.靠垫软发泡PU回弹性高.柔软头枕芯半硬发泡PU柔软暧风机壳ABS.增强PP耐热强度烟灰缸PF耐热GFPBT暧风机叶轮POM强度汽车常用的内饰件及所选材料内饰件主要原料要求性能可替代材料表皮PVC革柔软.耐寒车门内饰板填料发泡PU隔热.隔音发泡PE及PS芯材硬纸板价格低PP+废纸表皮PVC膜或壁纸柔软.耐寒布车顶棚衬里填料发泡PU隔热.隔音PP+废纸基材塑料毡+PF价格低PS泡沫车门内板的构造基本上类似于仪表板，由骨架、发泡和表皮革构成。以红旗轿车和奥迪轿车为例：车门内板部分：注塑成型ABS骨架复合在ABS骨架上形成一体衬有PU发泡材料的涤纶表皮真空成型有高强度隔热性好美观最近开发成功的低压注射—压缩成型方法，是把表皮材料放在还未凝固的聚丙烯毛坯上，经过压缩，压成为门内板。表皮材料为衬有PP软泡层的TPO，这类门板易回收再生。中低档轿车的门内板，可采用木粉填充改性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。汽车内饰件——车门内板车门周围塑料件部件名称所用材料门槛前部.后部护板左门内饰板总成门框内护条总成车门窗内密封条总成门拉手总成左右门上梁护板总成PPPVC膜+PP泡沫塑料+纤维板软PVC.EPDM.TPV植绒PVC.EPDM.TPV软PVC+金属架+PP盖PVC.PU.纤维板目前坐垫及靠背基本上是由软质PU(聚氨基甲酸酯简称聚氨酯)发泡制成。对于座椅的表皮材料，60年代大多数采用PVC人造革，70年代开始使用真皮织物包皮，织物材料主要是尼龙，预计聚酯织物包皮会逐年增加。座椅缓冲材料为模压发泡的软质高弹性PU，目前尚无其它发泡材料可以替代它。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）取代钢铁材料。座椅我