塑料在汽车应用
发布日期:2020-05-24 00:45   来源:未知   阅读:

  塑料在汽车应用_能源/化工_工程科技_专业资料。塑料在汽车工业中的应用 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,汽车的自重每减少 10%,燃油的消耗可降低6%~8

  塑料在汽车工业中的应用 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,汽车的自重每减少 10%,燃油的消耗可降低6%~8%。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。 汽车用塑料零部件分为三类:内饰件、外饰件和 功能件。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。 在我国,塑料件约占汽车自重的7%~10%,举例 来说,在轿车和轻型车中,CA7220小红旗轿车中的塑 料用量为88.33kg,上海桑塔纳为67.2 kg,奥迪为 89.98 kg,富康为81.5 k g,依维柯0041则为144.5 kg; 在重型车中,斯太尔1491为 82.25kg,斯太尔王为 120.5 kg。据有关部门统计,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。 汽车配件塑料化后的轻量化情况 配件名称 空调器支架 盘式制动器活塞 发动机盖 后门 座椅架(2座) 燃料箱 轮胎(4只) 驱动轴 叶片弹簧 门粱 车身 身架 车门(4扇) 前后保险杠 车头 车轮(4只) 合计 原总量/Kg 3.18 0.82 16.34 20.88 22.7 22.7 54.48 10.22 12.71 7.72 209.29 128.48 70.82 55.84 43.58 41.77 721.53 塑料重量/Kg 0.91 0.41 12.26 12.71 11.35 18.16 40.86 4.31 2.04 3.18 94.43 93.98 27.69 19.98 13.17 22.25 377.69 减轻重量/Kg 轻量化率/% 2.27 0.41 4.1 8.17 11.35 4.54 13.62 5.9 10.67 4.54 114.86 34.5 43.13 35.87 30.42 19.52 344 71 50 25 39 50 20 25 58 84 59 55 27 61 64 70 47 47.7 。就不同品种的塑料用量来看,如果按使用数量排列, 德国是PVC,PU,PP,PE,ABS;美国是PU,PP, PE,PVC,ABS;日本是PVC,PP,PU,ABS,PE, FRP。 内饰件 一辆汽车最容易出彩的是内饰件,因为汽车 的外观是给别人看的,而人们真正享受的是汽车的内 饰,内饰强调触觉、手感、舒适性和可视性等。内饰 产品主要包括以下几个方面: ● 仪表板 目前,我国使用的仪表板可分为硬和软仪表板两 种。硬仪表板常被用在轻、小型货车、大货车和客车 上,一般采用PP、PC、ABS、ABS/PC等一次性注射 成型。这种仪表板表面有花纹,尺寸很大,无蒙皮, 对表面质量要求很高,对材料的要求是耐湿、耐热、 刚性好、不易变形。但由于这种仪表板通常采用多点 注射成型,易形成流痕和粘接痕,同时添加色母不均, 容易产生色差,因此表面需经涂装后才能使用,且最 好选用亚光漆涂装。另外,由于高档仪表板追求质感, 所以在仪表板表面做一部分桃木饰纹将是一种发展方 向。 汽车常用的内饰件及所选材料 内饰件 方向盘 仪表盘 仪表板芯 仪表盖板 杂物箱 烟灰缸 仪表板底托架 车门内手柄 坐垫.靠垫 头枕芯 暧风机壳 暧风机叶轮 主要原料 PP.PU.HDPE等 金属骨架+半硬发泡 PU+ABS或PVC 皮.ABS.ABS/PVC.PPO/ABS.增 强PP等 ABS ABS PP PF PP ABS.PVC皮+PU+PE 软发泡PU 半硬发泡PU ABS.增强PP POM 要求性能 耐热.手感好 耐光.抗冲击 强度.涂漆性 尺寸稳定.耐热 铰链特性 耐热 价格低 韧性好 回弹性高.柔软 柔软 耐热强度 强度 可代替材料 热塑性弹性体 冷硫化 PU.SMA.PC/A BS等 增强PP 增强PP GFPBT 热塑性PU 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 软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成。 斯太尔 “7001”产品采用钢板骨架,也有用ABS、改 性PP、FRP做骨架的;桑塔纳、捷达、富康及斯太尔 “7001”均采用PVC/ABS或PVC片材作为表皮材料, 并带有皮纹,其加工工艺是先将表皮真空吸塑成型, 再将吸塑好的表皮修剪后备用,置入发泡模腔内,再 放上骨架,然后注入缓冲类发泡材料(如PU)而成形。 由于半硬质PU泡沫的开孔性,因此它具有良好的 回弹性,并能吸收50%~70%的冲击能量,安全性高, 耐热、耐寒,坚固耐用,且手感好。但是,由三种以 上材料构成的仪表板,材料的再生利用极为困难。为 了便于回收利用,正在发展用热塑性聚烯烃TPO表皮 和改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯发泡材料构成的仪表板。 ● 车门内板 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 内板的骨架部分由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。 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。 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。 车门周围塑料件 部件名称 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 所以材料 PP PVC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 ● 座椅 目前坐垫及靠背基本上是由软质PU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。 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)取代钢铁材料。 ● 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。 ● 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。 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、PVC等。 ● 发动机罩及地垫 发动机罩及地垫属中、重型汽车及客车的重要内饰 件。现在,发动机罩一般是将PVC皮革吸塑后与聚醚 多元醇和异氰酸酯 发泡填充而成 主要起到吸音、隔 热、减震和美 化车内环境等作用。 轿车中的 地垫一般都采用美 观、漂亮的复 合成型垫(如橡胶 PVC、毛、 麻类)制成。 除了以上塑料内饰件外,还有遮阳板、门手柄、 门槛饰条、侧窗防霜器、杂物箱及盖以及其它吸音材 料等。 外饰件 外饰件除了要具有内饰件的功能外,还要求具 有高强度、高韧性、耐环境条件性能及抗冲击性能等。 ● 汽车保险杠 保险杠是汽车的主要外饰件之一。保险杠一般采用 模压塑料板材、改性PP材料,或用玻璃纤维增强塑料 经模压、吸塑或注塑成型。桑塔纳轿车的面板材料是 采用共聚丙烯加热塑性弹性体,再加入其它助剂,经 注塑成型的。 改性PP汽车硬质保险杠专用料 原 料配 比原 料 配 比 PP(2401) 13 抗氧剂10110 0.1 PP(1430) 20 抗氧剂DLTP 0.1 POE 12 滑石粉(2500) 30 PP-g-MAH 25 炭黑 2 国内外汽车硬质保险杠改性PP专用料的性能 性能 相对密度 熔体流动速率/(g/10min) 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 弯曲强度/ MPa 缺口冲击强度/(J/m)23°c ?30°c 热变形温度/°c 洛氏硬度(R) 成型收缩率/% 国内 0.91-0.97 2-14 18-30 300-800 14-28 600-750 500-750 90-120 60-65 0.9-1.3 国外 0.90左右 1.7-11 17-33 142-760 19-30 600左右 100左右 80-105 60-84 1.0-1.3 根据不同车型的要求,某些车型的保险杠需要喷 漆,如捷达王、新捷达、别克等车的保险杠都进行了 表面喷漆。而桑塔纳和奥迪—100等就直接采用注塑成 形的保险杠,但要求保险杠与车身同一色泽。保险杠 表面经喷漆后,色泽漂亮,但成本增加近一倍,而且 喷漆后的保险杠,其回收再生料的耐寒性和伸长率大 幅度降低,不能再用于制造保险杠。所以,开发可涂 性PP来制造保险杠是当前的研究课题。斯太尔王的保 险杠及前脸连在一起,主要采用SMC压制而成,质量 轻,强度高。 ● 散热器格栅 散热器格栅是为了冷却发动机而设置的开口部件, 位于车体最前面,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,色泽为黑色。小红旗的格栅是ABS/PC合 金经注塑成型后,再用喷漆喷敷,当然,也有用耐候 性较好的ASA材料,在注塑成型后,表面可不经涂装。 表面不涂装的散热器格栅,其成本将降低50%。最近, 出现了以聚酯弹性体为材料的格栅,经表面溅射金属 铬后使用,此种格栅备受用户的青睐。 ● 翼子板 翼子板(也叫挡泥板)的作用是,在汽车行驶过程 中,防止被车轮卷起的砂石、泥浆溅到车厢的底部。 因此,要求所使用材料具有耐气候老化和良好的成型 加工性。桑塔纳轿车左右前轮的上方有2个翼子板,重 约1.8Kg,它是用增韧改性PP经注射成型而成;重卡 斯太尔王的翼子板采用FRP制作;斯太尔1491的翼子 板则采用PU弹性体制作。现在,翼子板用塑料多为PU 类,也有采用树脂制作的。今后,用PA/PP合金注射 成型是一种发展方向。 TPVC改性PVC汽车挡泥板塑料配方 原料 加入量 PVC 100 DOP 40-80 TPVC 20-40 三碱式硫酸铅/二碱式 6-10 亚磷酸铅 原料 重质炭酸钙 内外润滑剂 加工助剂ACR 炭黑 加入量 10-60 2 3-5 2 改性EVA汽车挡泥板塑料配方 原料 加入量/质 量粉 原料 加入量/质 量粉 EVA(VA15%) 60 稳定剂(944) 0.2 LLDPE 40 炭黑母料 2 抗氧剂(B900) 0.06 ● 进气道 进气道是为发动机而设计的部件。对于卡车来说, 进气道是重要的外饰件,通常位于驾驶室后面,一般 为ABS板吸塑二次加工成型、PE吹塑成型或ABS注塑 而成,重卡斯太尔王和“黄河王子”的进气道就是 ABS注塑而成,重约15Kg。 ● 灯类 对于前大灯来说,考虑到大灯玻璃的透明性、耐 热性、耐冲击性以及易于成型性,多数采用表面涂敷 硬膜的PC,从而进一步提高了耐擦性和耐候性。对于 后排指示组合灯,其灯罩材料选用PMMA,灯壳材料 选用填充改性PP,它们之间用热熔胶粘接剂粘接。随 着振动焊接技术的发展,灯壳材料开始采用耐热ABS, 这样灯壳和灯罩之间可采用振动焊接的方式,也便于 材料的再生利用。

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