塑料在汽車工業(yè)中科學應用

1、 當前，世界汽車材料技術開展的主要方向是輕量化和環(huán)保化。減輕汽車自身的重量是降低汽車排放，提高燃燒效率的最有效措施之一，汽車的自重每減少10%，燃油的消耗可降低6%8%。為此，增加塑料類材料在汽車中的使用量，便成為降低整車本錢及其重量，增加汽車有效載荷的關鍵。 汽車用塑料零部件分為三類：內飾件、外飾件和功能件。自20世紀90年代以來，隨著汽車材料國產化的開展，我國汽車用塑料步入了世界開展的軌道。 在我國，塑料件約占汽車自重的7%10%，舉例來說，在轎車和輕型車中，CA7220小紅旗轎車中的塑料用量為88.33kg，上海桑塔納為67.2 kg，奧迪為89.98 kg，富康為81.5 k g，依維

2、柯0041那么為144.5 kg；在重型車中，斯太爾1491為 82.25kg，斯太爾王為120.5 kg。據(jù)有關部門統(tǒng)計，我國汽車用塑料的品種按用量排列依次為PP，PVC，PU，不飽和樹脂，ABS，PF，PE，PA，PC，復合材料。汽車配件塑料化后的輕量化情況配件名稱原總量/Kg塑料重量/Kg減輕重量/Kg輕量化率/%空調器支架3.180.912.2771盤式制動器活塞0.820.410.4150發(fā)動機蓋16.3412.264.125后門20.8812.718.1739座椅架(2座)22.711.3511.3550燃料箱22.718.164.5420輪胎(4只)54.4840.8613.62

3、25驅動軸10.224.315.958葉片彈簧12.712.0410.6784門粱7.723.184.5459車身209.2994.43114.8655身架128.4893.9834.527車門（4扇）70.8227.6943.1361前后保險杠55.8419.9835.8764車頭43.5813.1730.4270車輪（4只）41.7722.2519.5247合計721.53377.6934447.7 但是，與汽車工業(yè)興旺國家相比，我國還存在很大的差距，德國、美國、日本等國的汽車塑料用量已到達10%15%，有的甚至到達了20%以上。雖然各國使用的塑料品種不盡相同，但大體相似。就不同品種的塑料

4、用量來看，如果按使用數(shù)量排列，德國是PVC，PU，PP，PE，ABS；美國是PU，PP，PE，PVC，ABS；日本是PVC，PP，PU，ABS，PE，F(xiàn)RP。內飾件 一輛汽車最容易出彩的是內飾件，因為汽車的外觀是給別人看的，而人們真正享受的是汽車的內飾，內飾強調觸覺、手感、舒適性和可視性等。內飾產品主要包括以下幾個方面： 儀表板 歐洲汽車的儀表板一般以ABS/PC及增強PP為主要材料；美國汽車的儀表板多用苯乙烯/順丁烯二酸酐SMA，這類材料價格低，耐熱、耐沖擊，具有良好的綜合性能；日本汽車的儀表板曾采用過ABS和增強PP材料，目前那么以玻璃纖維增強的SAN為主，有時也采用耐熱性更好的改性PPE

5、。隨著電子技術的應用，高度的控制技術、發(fā)動機前置前輪驅動汽車操縱系統(tǒng)以及其它中央控制系統(tǒng)等將被集中在儀表板周圍，因此，由紡織物來取代目前在聚氨酯發(fā)泡體外表覆蓋的聚乙烯表皮將成為可能。 目前，我國使用的儀表板可分為硬和軟儀表板兩種。硬儀表板常被用在輕、小型貨車、大貨車和客車上，一般采用PP、PC、ABS、ABS/PC等一次性注射成型。這種儀表板外表有花紋，尺寸很大，無蒙皮，對外表質量要求很高，對材料的要求是耐濕、耐熱、剛性好、不易變形。但由于這種儀表板通常采用多點注射成型，易形成流痕和粘接痕，同時添加色母不均，容易產生色差，因此外表需經涂裝后才能使用，且最好選用亞光漆涂裝。另外，由于高檔儀表板追

6、求質感，所以在儀表板外表做一局部桃木飾紋將是一種開展方向。汽車常用的內飾件及所選材料內飾件主要原料要求性能可代替材料方向盤PP.PU.HDPE等耐熱.手感好熱塑性彈性體儀表盤金屬骨架+半硬發(fā)泡 PU+ABS或PVC皮.ABS.ABS/PVC.PPO/ABS.增強PP等耐光.抗沖擊冷硫化PU.SMA.PC/ABS等儀表板芯ABS強度.涂漆性增強PP儀表蓋板ABS尺寸穩(wěn)定.耐熱增強PP雜物箱PP鉸鏈特性煙灰缸PF耐熱GFPBT儀表板底托架PP價格低車門內手柄ABS.PVC皮+PU+PE韌性好熱塑性PU坐墊.靠墊軟發(fā)泡PU回彈性高.柔軟頭枕芯半硬發(fā)泡PU柔軟曖風機殼ABS.增強PP耐熱強度曖風機葉輪

7、POM強度汽車常用的內飾件及所選材料 內 飾 件主要原料要求性能可替代材料表皮PVC革柔軟.耐寒車門內飾板填料發(fā)泡PU隔熱.隔音發(fā)泡PE及PS芯材硬紙板價格低PP+廢紙表皮PVC膜或壁紙柔軟.耐寒布車頂棚襯里填料發(fā)泡PU隔熱.隔音PP+廢紙基材塑料氈+PF價格低PS泡沫 軟質儀表板由表皮、骨架材料、緩沖材料等構成。斯太爾 “7001產品采用鋼板骨架，也有用ABS、改性PP、FRP做骨架的；桑塔納、捷達、富康及斯太爾“7001均采用PVC/ABS或PVC片材作為表皮材料，并帶有皮紋，其加工工藝是先將表皮真空吸塑成型，再將吸塑好的表皮修剪后備用，置入發(fā)泡模腔內，再放上骨架，然后注入緩沖類發(fā)泡材料如

8、PU而成形。 由于半硬質PU泡沫的開孔性，因此它具有良好的回彈性，并能吸收50%70%的沖擊能量，平安性高，耐熱、耐寒，鞏固耐用，且手感好。但是，由三種以上材料構成的儀表板，材料的再生利用極為困難。為了便于回收利用，正在開展用熱塑性聚烯烴TPO表皮和改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯發(fā)泡材料構成的儀表板。 車門內板 車門內板的構造根本上類似于儀表板，由骨架、發(fā)泡和表皮革構成。以紅旗轎車和奧迪轎車為例，車門內板的骨架局部由ABS注塑而成，再采用真空成形的方法，將襯有PU發(fā)泡材料的針織滌綸表皮復合在骨架上形成一體。 最近開發(fā)成功的低壓注射壓縮成型方法，是把表皮材料放在還未凝固的聚丙烯毛坯上，經過壓縮，壓成

9、為門內板。表皮材料為襯有PP軟泡層的TPO，這類門板易回收再生。中低檔轎車的門內板，可采用木粉填充改性PP板材或廢纖維層壓板外表復合針織物的簡單結構，即沒有發(fā)泡緩沖結構，有些貨車上甚至使用直接貼一層PVC人造革的門內板。 在美國，門內裝飾板用ABS或PP注塑成形的居多，現(xiàn)在我國國產的卡車斯太爾王也使用同類板。近年來，車門內飾板為滿足耐候性和柔軟性，已開始使用熱塑性彈性體與PP泡沫板相疊合的結構。日本開發(fā)了一種沖壓成形、連續(xù)生產全PP車門內飾板的技術，門板包括PP內襯板、PP泡沫襯熱層和PP/EPDM皮層結構。 車 門 周 圍 塑 料 件 部 件 名 稱 所 以 材 料門檻前部.后部護板左門內飾

10、板總成門框內護條總成車門窗內密封條總成門拉手總成左右門上梁護板總成PPPVC膜+PP泡沫塑料+纖維板軟PVC.EPDM.TPV植絨PVC. EPDM.TPV軟PVC+金屬架+PP蓋PVC.PU.纖維板 座椅 目前坐墊及靠背根本上是由軟質PU發(fā)泡制成。對于座椅的表皮材料，60年代大多數(shù)采用PVC人造革，70年代開始使用真皮織物包皮，織物材料主要是尼龍，預計聚酯織物包皮會逐年增加。座椅緩沖材料為模壓發(fā)泡的軟質高彈性PU，目前尚無其它發(fā)泡材料可以替代它。 軟質PU發(fā)泡材料可用熱硫化層和冷硫化法生產，但從設備投資和材料性能考慮，目前座椅緩沖墊多用冷硫化法生產?？紤]到座椅的舒適性，緩沖墊的密度可以改變，

11、從而使軟硬度隨之改變。如奧迪A6轎車靠背上的緩沖墊可使用天然纖維如椰子殼浸膠材料，其特點是透氣性好；骨架材料可用GMT玻璃纖維氈片取代鋼鐵材料。 方向盤 方向盤一般采用自結皮硬質PU泡沫材料高壓或低壓發(fā)泡而成。方向盤結構要求挺拔、鞏固、輕便、外韌內軟，并能耐熱、耐寒、耐光、耐磨。因此，包覆物多用改性PP、PVC、PU、ABS等樹脂，骨架一般選用鋼骨架與鋁壓注而成，考慮到輕量化，現(xiàn)在也有用玻璃纖維增強PA替代鐵芯的趨勢。為了追求豪華、舒適、手感好，現(xiàn)在的方向盤外表局部增加了桃木飾紋或真皮包皮等。 頂棚、后圍 車內頂棚、后圍后圍主要對重型車而言是內飾件中材料和品種把戲最多的一種復合層壓制品，它的作

12、用除了起裝飾功能外，還起著隔熱、隔音等特殊功能。頂棚、后圍一般由基材和表皮構成，基材需要具有輕量、剛性高、尺寸穩(wěn)定，易成形等特點，為此一般使用熱塑性聚氨酯發(fā)泡內材、PP發(fā)泡內材、熱塑性氈類內材、玻璃纖維瓦楞紙、蜂窩狀塑料帶等。 表皮材料可用織物、無紡布、TPO、PVC等。我國的轎車頂棚一般使用TPO發(fā)泡片材、玻璃纖維、無紡滌綸布材料層壓成型。頂棚的種類有成型頂棚、粘接頂棚和吊裝頂棚，其中成形頂棚占70%以上?？ㄜ囍饕贸尚晚斉?，基材采用熱固性或熱塑性氈類，壓制成型，表皮材料選用針織面料、無紡布、PVC等。 發(fā)動機罩及地墊 發(fā)動機罩及地墊屬中、重型汽車及客車的重要內飾件?，F(xiàn)在，發(fā)動機罩一般是將P

13、VC皮革吸塑后與聚醚多元醇和異氰酸酯 發(fā)泡填充而成主要起到吸音、隔 熱、減震和美化車內環(huán)境等作用。 轎車中的地墊一般都采用美 觀、漂亮的復合成型墊如橡膠 PVC、毛、麻類制成。 除了以上塑料內飾件外，還有遮陽板、門手柄、門檻飾條、側窗防霜器、雜物箱及蓋以及其它吸音材料等。外飾件 外飾件除了要具有內飾件的功能外，還要求具有高強度、高韌性、耐環(huán)境條件性能及抗沖擊性能等。 汽車保險杠 保險杠是汽車的主要外飾件之一。保險杠一般采用模壓塑料板材、改性PP材料，或用玻璃纖維增強塑料經模壓、吸塑或注塑成型。桑塔納轎車的面板材料是采用共聚丙烯加熱塑性彈性體，再參加其它助劑，經注塑成型的。 改性PP汽車硬質保險

14、杠專用料 原 料配 比 原 料配 比 PP(2401) 13抗氧劑10110 0.1 PP(1430)20抗氧劑DLTP 0.1 POE12滑石粉(2500) 30PP-g-MAH25 炭黑 2國內外汽車硬質保險杠改性PP專用料的性能性能國內國外相對密度0.91-0.970.90左右熔體流動速率/(g/10min)2-141.7-11拉伸強度/MPa18-3017-33斷裂伸長率/%300-800142-760彎曲強度/ MPa14-2819-30缺口沖擊強度/(J/m)23c 30c600-750500-750600左右100左右熱變形溫度/c90-12080-105洛氏硬度(R)60-65

15、60-84成型收縮率/%0.9-1.31.0-1.3 根據(jù)不同車型的要求，某些車型的保險杠需要噴漆，如捷達王、新捷達、別克等車的保險杠都進行了外表噴漆。而桑塔納和奧迪100等就直接采用注塑成形的保險杠，但要求保險杠與車身同一色澤。保險杠外表經噴漆后，色澤漂亮，但本錢增加近一倍，而且噴漆后的保險杠，其回收再生料的耐寒性和伸長率大幅度降低，不能再用于制造保險杠。所以，開發(fā)可涂性PP來制造保險杠是當前的研究課題。斯太爾王的保險杠及前臉連在一起，主要采用SMC壓制而成，質量輕，強度高。 散熱器格柵 散熱器格柵是為了冷卻發(fā)動機而設置的開口部件，位于車體最前面，往往把汽車的銘牌鑲嵌其間，是表現(xiàn)一輛汽車風格

16、的重要部件。 目前轎車上所使用的散熱器格柵一般用ABS或PC/ABS合金，經注塑成型制成。桑塔納轎車的格柵是用ABS制成的，由于ABS耐候性較差，使用時需參加耐候性助劑，色澤為黑色。小紅旗的格柵是ABS/PC合金經注塑成型后，再用噴漆噴敷，當然，也有用耐候性較好的ASA材料，在注塑成型后，外表可不經涂裝。外表不涂裝的散熱器格柵，其本錢將降低50%。最近，出現(xiàn)了以聚酯彈性體為材料的格柵，經外表濺射金屬鉻后使用，此種格柵備受用戶的青睞。 翼子板 翼子板也叫擋泥板的作用是，在汽車行駛過程中，防止被車輪卷起的砂石、泥漿濺到車廂的底部。因此，要求所使用材料具有耐氣候老化和良好的成型加工性。桑塔納轎車左右前輪的上方有2個翼子板，重約1.8Kg，它是用增韌改性PP經注射成型而成；重卡斯太爾王的翼子板采用FRP制作；斯太爾1491的翼子板那么采用PU彈性體制作?，F(xiàn)在，翼子板用塑料多為PU類，也有采用樹脂制作的。今后，用PA/PP合金注射成型是一種開展方向。 TPVC改性PVC汽車擋泥板塑料配方原料加入量原料加入量PVC100重質炭酸鈣 10-60DOP40-80內外潤滑劑 2TPVC20-40加工助劑ACR 3-5三堿式硫酸鉛/二堿式亞磷酸鉛6-10 炭黑 2改性EVA汽車擋泥板塑料配方原料加入量/質量粉原料加入量/質量粉EVA(VA15%)60穩(wěn)定