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。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，而且還可以使采購成本降低40%左右，因此近年來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，而且這種趨勢在今后將會(huì)越來越明顯。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)
通過對高密度PE和低密度PE樹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增加，值得注意的是汽車輕量化的發(fā)展趨勢促進(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樹脂
ABS樹脂是丙烯腈、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，ABS樹脂在汽車上用量的增幅不是很大，這主要是由于ABS樹脂和PP樹脂的競爭十分激烈，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，面對越來越嚴(yán)格的各項(xiàng)汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，工程師對工程塑料進(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)械性能對比，以下列出的是潛在的應(yīng)用優(yōu)勢：
更高的強(qiáng)度–符合未來的規(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)勢的結(jié)合，使設(shè)計(jì)工程師能夠從全新的高度來看待材料選擇。
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爭壓力日益增加之際依然維持利潤。
塞拉尼斯Hostaform®PTX系列針對冷抗沖性、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，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，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。
汽車中包含著數(shù)以萬計(jì)的零件，不同部位對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，人們對于汽車材料需求越來越多。無論是法規(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。
