在當(dāng)今汽車上，塑料代替昂貴的金屬材料在汽車上被廣泛應(yīng)用已成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。高強(qiáng)度的工程塑料不但降低零部件加工、裝配及維修費(fèi)用，還使汽車更輕量化、節(jié)能和環(huán)保。數(shù)據(jù)顯示，塑料及其復(fù)合材料是最重要的汽車輕質(zhì)材料，它不僅可減輕零部件約40%的質(zhì)量，而且還可以使采購(gòu)成本降低40%左右，因此近年來(lái)在汽車中的用量迅速上升。

工程塑料的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

    20世紀(jì)90年代，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車平均用塑料量是100kg/輛-130kg/輛，占整車整備質(zhì)量的7%-10%;到2011年，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車平均用塑料量達(dá)到300kg/輛以上，占整車整備質(zhì)量的20%;預(yù)計(jì)到2020年，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車平均用塑料量將達(dá)到500kg/輛以上。

    目前，汽車塑料中用量最大的通用塑料品種是聚丙烯(PP)、ABS樹(shù)脂、聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)。聚烯烴材料構(gòu)成了汽車主要的塑料件，而且這種趨勢(shì)在今后將會(huì)越來(lái)越明顯。下面筆者將列舉幾種主流的汽車工程塑料解決方案，并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行解讀。

聚丙烯(PP)

    PP可以用作多種汽車零部件，現(xiàn)在典型的乘用車中，PP塑料部件占60多個(gè)。PP汽車零部件主要品種有：保險(xiǎn)杠、儀表板、門內(nèi)飾板、空調(diào)器零部件、蓄電池外殼、冷卻風(fēng)扇、方向盤，其中前五種占全車PP用量的一半以上。

聚乙烯(PE)

    通過(guò)對(duì)高密度PE和低密度PE樹(shù)脂的接枝改性和填充增韌改性，得到了具有良好的柔韌性、耐候性和涂裝性能的系列改性PE合金材料。PE主要采用吹塑方法生產(chǎn)燃油箱、通風(fēng)管、導(dǎo)流板和各類儲(chǔ)罐等。

    近幾年P(guān)E在汽車上的用量基本沒(méi)增加，值得注意的是汽車輕量化的發(fā)展趨勢(shì)促進(jìn)了燃油箱的塑料化。歐洲汽車上正式采用塑料燃油箱，其主要材料為高分子量高密度聚乙烯(HMWHDPE)。

ABS樹(shù)脂

    ABS樹(shù)脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三個(gè)單體的三元共聚物，可以用于制作汽車的外部或內(nèi)部零件如儀表殼體、制冷和采暖系統(tǒng)、工具箱、扶手、散熱器柵板等；它也可以用于制作儀表板表皮、行李箱、雜物箱蓋等。

    近年來(lái)，ABS樹(shù)脂在汽車上用量的增幅不是很大，這主要是由于ABS樹(shù)脂和PP樹(shù)脂的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，而且ABS本身也存在耐候變色性差、易燃等方面的缺陷，因此它在汽車上主要部件如汽車儀表板、格柵等方面的應(yīng)用也受到限制。

聚酰胺(PA)

    聚酰胺俗稱尼龍，具有很高的耐沖擊強(qiáng)度、耐摩擦磨耗特性、耐熱性、耐化學(xué)藥品性、潤(rùn)滑性和染色性。作為汽車結(jié)構(gòu)件，PA的用量不斷上升，并可應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的苛刻環(huán)境下。

聚甲醛(POM)

    具有優(yōu)良的耐摩擦磨耗特性、長(zhǎng)期滑動(dòng)特性、成型流動(dòng)性和表面美觀、光澤特性，也適用于嵌件模塑。汽車底盤襯套，如轉(zhuǎn)向節(jié)襯套、各種支架襯套、前后板簧襯套、制動(dòng)器襯套等廣泛采用聚甲醛型三層復(fù)合材料，它是以冷軋鋼板為基體，以燒結(jié)多孔青銅粉為中間層，表面覆合改性聚甲醛作減摩層的三層復(fù)合材料。并軋出一定規(guī)律的儲(chǔ)油坑，其結(jié)構(gòu)決定丁它的特殊性能：既具有鋼的機(jī)械強(qiáng)度和剛性，同時(shí)又有優(yōu)良的邊界潤(rùn)滑條件下的減摩抗磨特性。其它應(yīng)用包括車門把手、安全帶機(jī)械部件、組合開(kāi)關(guān)和反射鏡等。 工程塑料進(jìn)一步改良

    在上述材料中，用于汽車結(jié)構(gòu)件的尼龍材料的使用環(huán)境最為苛刻，面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的各項(xiàng)汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，工程師對(duì)工程塑料進(jìn)行著不斷改進(jìn)，傳統(tǒng)的尼龍玻纖增強(qiáng)已經(jīng)不能滿足更新的需求。而針對(duì)聚甲醛材料也已經(jīng)出現(xiàn)了更先進(jìn)的解決方案。

Hostaform® XGC

    作為全球性工程塑料生產(chǎn)商，塞拉尼斯的Hostaform® XGC系列材料擁有更出色的耐化學(xué)性、高溫環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、高耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、卓越的熱穩(wěn)定性和工藝穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件中。

    XGC系列材料即便在零下30℃-零下40℃的環(huán)境溫度下仍然可以保證強(qiáng)度、剛度和韌性之間的平衡。其還采用了塞拉尼斯專屬的混配主鏈改性技術(shù)。常規(guī)的玻纖增強(qiáng)材料中，樹(shù)脂和玻纖在熔融狀態(tài)下只進(jìn)行了物理混合。而XGC材料是在熔融狀態(tài)下同時(shí)有類似偶聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)在內(nèi)部進(jìn)行，一部分POM的分子鏈會(huì)接到玻纖上面去，因此它不是純粹的物理反應(yīng)。這樣的材料在抗沖擊性能方面比常規(guī)的材料要高出至少50%。

    Hostaform® XGC 擴(kuò)大了玻纖增強(qiáng)型 Hostaform® 共聚甲醛的應(yīng)用范圍，并對(duì)現(xiàn)有的玻纖增強(qiáng)產(chǎn)品組合加以補(bǔ)充。XGC 系列的性能可以與非同類基材PBT 和 PA玻纖增強(qiáng)型產(chǎn)品相媲美。下圖顯示的是機(jī)械性能對(duì)比，以下列出的是潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

Hostaform® XGC 系列產(chǎn)品與各種可替代的玻纖增強(qiáng)材料的機(jī)械性能對(duì)比

    更高的強(qiáng)度–符合未來(lái)的規(guī)格要求且/或減輕組件重量，同時(shí)仍滿足應(yīng)用功能的要求。

    更好的韌性–適用于在使用過(guò)程中，部件可能承受較高沖擊力的應(yīng)用（典型案例包括雨刮臂、輸送系統(tǒng)和滑雪板固定裝置）。

    優(yōu)異的抗疲勞性能–車窗和車門系統(tǒng)的傳動(dòng)齒輪是在操作過(guò)程中組件承受了嚴(yán)苛的周期性應(yīng)力的典型應(yīng)用。

    更高的拉伸強(qiáng)度和剛性–針對(duì)新零件，有機(jī)會(huì)減少加強(qiáng)筋及降低壁厚，和/或使用比非同類樹(shù)脂更低的玻纖含量。這能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化和/或在現(xiàn)有部件設(shè)計(jì)中確保更高的安全系數(shù)。
 
      免于濕度影響–在較廣操作溫度范圍內(nèi)提供尺寸穩(wěn)定性，這對(duì)于精度要求較高的應(yīng)用（如車門、車窗和雨刮系統(tǒng)中的齒輪系統(tǒng)）至關(guān)重要。塞拉尼斯的 Hostaform® 玻璃纖維增強(qiáng)型產(chǎn)品憑借這些優(yōu)點(diǎn)與其他所有備受推崇的性能優(yōu)勢(shì)的結(jié)合，使設(shè)計(jì)工程師能夠從全新的高度來(lái)看待材料選擇。

    在抗沖擊性方面，Hostaform® XGC系列也在原有的典型玻纖增強(qiáng)產(chǎn)品基礎(chǔ)上大幅提高（如下圖所示），可以看到XGC 的抗沖擊性能已經(jīng)得到明顯改善，超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)玻纖增強(qiáng)型（C9021GV1/30）品級(jí)。

Hostaform® PTX

   汽車制造商正面臨著減輕重量、降低成本以及提高燃料效率的壓力。使用高性能的工程材料可幫助制造商在成本和競(jìng)爭(zhēng)壓力日益增加之際依然維持利潤(rùn)。

   塞拉尼斯Hostaform® PTX系列針對(duì)冷抗沖性、熔接強(qiáng)度和耐燃油性設(shè)定了基準(zhǔn)。這些新型 POM 品級(jí)具備低吸濕性、絕佳的機(jī)械性能和摩擦性能以及高水平的耐化學(xué)性和耐燃油性。Hostaform® PTX 可以擠壓成平管和波紋管，可用于燃油、氣動(dòng)剎車系統(tǒng)、離合器、新鮮空氣通風(fēng)口和襯板應(yīng)用。

    據(jù)了解，Hostaform® PTX與常規(guī)POM的區(qū)別在于前者很軟，后者剛度很高。這樣一來(lái)，PTX系列材料則更多地應(yīng)用于汽車管路中，典型的應(yīng)用就是汽車油箱內(nèi)的油管。

    早期汽車油箱軟管采用的是尼龍11、尼龍22這類材料，它們的缺點(diǎn)在于：長(zhǎng)期經(jīng)受燃油浸泡，很容易有低分子量的尼龍分子析出，隨著油溫變低，這些物質(zhì)就沉淀下來(lái)，久而久之會(huì)堵塞油路、噴油嘴。而PTX材料則不會(huì)出現(xiàn)低分子量的聚甲醛析出的情況，是燃油箱軟管的理想材料。

小結(jié)

    汽車中包含著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的零件，不同部位對(duì)于材料特性需求也有很大差別，隨著汽車設(shè)計(jì)的進(jìn)步與消費(fèi)者理念的改變，人們對(duì)于汽車材料需求越來(lái)越多。無(wú)論是法規(guī)層面還是消費(fèi)者需求層面，工程塑料由于其環(huán)保、輕質(zhì)、節(jié)能、多樣化的特性已經(jīng)成為了汽車新材料的必然趨勢(shì)。