浅议工程塑料在汽车上的应用与发展.doc

1、1浅议工程塑料在汽车上的应用与发展摘要：汽车正向轻量、高速、节能、舒适、安全、低成本、长寿命的方向发展，其所用材料应与其相适应。塑料与混凝土、钢铁、木材并称为四大工业材料，其生产的年增长率塑料居首位，以塑料代替钢材是节约能源，方便制造以及赋予材料具有的特殊性能，已经成为汽车零部件用材的主导发展方向。 通过对工程塑料性能状况、加工状况、应用状况的分析，阐述了工程塑料在汽车材料中所占的比例、实际应用情况及发展趋势。 关键词：工程塑料；汽车；应用；发展 一、应用概况 工程塑料是以合成树脂为基本原料，根据使用要求和性能指标而加入填料、增强材料、增塑剂、稳定剂及其他添加剂等配合而成的混合物。在一定温度和

2、压力下，可塑制成一定的形状，且在常温下保持形状不变的材料，其机械强度好，能做工程材料和代替金属来制造各种机械设备或零件的塑料，例如：聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。 工程塑料在汽车工业上的应用始于本世纪五十年代、六十年代进入商品化生产，七十年代得以迅速发展，八十年代进入轻质、高强度的材料体系，九十年代各种新型复合材料进入汽车领域。随着汽车工业和塑料工业的发展，塑料这种非金属材料在汽车上使用越来越多，这些材料2不但用作一些受力较小的零件，而且用来制造受力构件，目前在汽车材料构件中，非金属材料占 26%28%，其中塑料占 9%，其它为橡胶、玻璃、涂料及防震材料，非金属材料

3、的性能与汽车的经济性、安全性、舒适性有密切关系。国内改性原材料主要供应商： 汽车塑料制品根据其应用部位，大致可分为内饰件、外饰件和功能件，到目前为止世界各国汽车塑料内饰化已基本完成，今后塑料化的主要任务是减轻汽车自重，提高防锈质量，降低成本，着重发展车身覆盖件等塑料复合材料的外装件及功能件，汽车上内饰件的塑料制品有仪表板、侧围内衬板、正副司机门内饰件、顶盖内衬件、车门防撞条、地板铺面、正副司机门地板压条、软质 PVC 扶手、车窗、门口密封条及一些塑料扣、螺钉座等，用做外饰件的塑料制品有前、后保险杠、散热器罩、灯罩、自然通风窗、车门防撞条、顶盖流水槽护角等。用做功能件的有各种转向柱护套，汽车塑料

4、油箱、汽车制动系尼龙管、螺旋管、汽车方向盘等，与发动机有关的塑料制品有散热器塑料风扇，发动机气门室罩，蓄电池壳、暖风机壳、空调机壳等。 二、工程塑料在汽车上广泛应用的原因 当今，汽车的发展方向是：节约能源、防止环境恶化、改善安全性能。为了降低能耗、减轻车体重量、降低成本和提高部件性能，用塑料代替钢材、非金属材料和有色金属已取得共识，塑料汽车部件的问世更说明这一点。以塑料制造汽车部件具有下列优点：（1）重量轻；（2）可降低摩擦；（3）能减少事故造成的破坏；（4）模具成本大幅度下降；（5）生产成本下降；（6）制品可大批量制造；（7）防锈性能强；3（8）设计灵活性更大等。 （一）能降低车身自重 用塑

5、料作为车身结构材料，其比重小，耐腐蚀，噪音低，设计自由度大及易成形和耗能低等特点，尤其能使汽车轻量化。所谓汽车轻量化，就是减轻汽车的自重，从而可改善车辆动态特性，降低燃料消耗。在第三十届东京国际汽车展览会上，展出了具有强度高，质量轻，又可再生利用的液晶体聚合而成的复合塑料车身本体，在外装件上赛车导流用轻质的复合 SMC（SHEET MOLDING COMPOUND）塑料，这是一种玻璃纤维增强的片状模压成形的复合材料，由于 SMC 是片状的，有利于模压成型，改善表面粗糙度，保持尺寸稳定性，减小风阻，提高车速。由于使用这种塑料使整个轿车的重量平均减轻 200Kg，同时也给人们启示了新的车身材料的开

6、发发展方向。 （二）塑料颜色稳定性好 塑料部件的色泽能保持多年不变，具有很好的稳定性，且根据用户要求能加工不同颜色的零部件，使用户维修费用相对减少，零部件也不必专门涂层。为汽车多彩化提供了保证。 （三）塑料制件性能可靠耐用 目前，塑料以能准确的设计制造具有一定性能的零部件。而不像过去，塑料只作为金属材料的代用品。因此，设计者能用工程塑料制造出其它材料所不能实现的性能。例如：燃油箱，同容积塑料制件与金属制件比，其重量可降低约 30%50%，设计者自由度大，可充分利用有效空间，具有耐石撞击性好，耐腐蚀性好，不生锈，成型方便，生产率高等4优点，其采用材料一般是高分子量聚乙烯，其性能耐蠕变、耐应力干裂

7、、耐热、耐大气老化、耐溶剂及化学药品等。几种主要部件的特性要求和可用材料： （四）塑料零件加工简单成本低 由于塑料在生产、加工、使用中可以显著节能，产品性能优异，且加工方便，成型废料少，而一般金属铸件的加工废料与成品之比是11，车削件废料与成品之比高达 21，塑料件采用注射、压缩模型，使形状复杂的零件可一次成型，塑料零件的加工费用较低，如一汽Audilon 轿车用备胎仓采用不饱和树脂和短切玻璃纤维经预制成片后模压制成，具有较高的冲击强度，阻燃性能好，又采用 FRP 模压成型，可大大降低模具费用，比钢制低 2/3，从而降低制品成本。 （五）新技术、新设备的出现 汽车工业的发展在一定程度上带动和促

8、进了塑料工业的发展。从我国塑料加工能力来看，已达到 540 万吨，目前已成为塑料制品骨干企业有一汽内饰件厂、上海延风汽车内饰件厂、长春君子兰集团公司、江南塑料模具有限公司、浙江黄岩塑料模具厂、湖北汽车工程塑料厂、江西汽车工程塑料厂、北京汽车塑料有限公司、铁岭橡胶制品厂等基本上能满足汽车内饰品的需要。在工艺方面，有吹塑法、旋转模塑热成型法、单体浇铸和电固化法，其中螺旋注射设备的发展为制造大型、高质量的零部件创造了条件。 （六）适应汽车使用环境 汽车在恶劣环境下工作，机器零件互相磨损，沙石磕碰，在这种情5况下，对保证机器正常运转难度较大。如日本海狮车使用的汽车制动尼龙管，在要求最大工作压力为 1M

9、Pa，温度在-40100条件下工作，其材质为 100%尼龙 11 原粒料，不含再生料。如散热器水池位于发动机附近，在汽油蒸汽环境下工作，因此温度高、振动严重，为减轻重量，提高耐腐蚀性、耐水热、耐防冻液、耐蠕变、耐疲劳、耐振动不变形等特点，散热器上下水池材料逐渐以塑代铜，其材料采用 30%玻璃纤维增强的尼龙66 注射成型，并以机械方式与水箱装配，通过橡胶密封圈使其密封及防振，再如上述所说的燃油箱具有耐石撞击性要好、耐腐蚀性好、不生锈、不变形等特点。当这些系统添加一些塑料制品后，汽车更可以适应恶劣环境下的工作，塑料的这些优点是任何金属无法取代的。 （七）适应汽车使用速度 现代汽车要求轻量化，速度快

10、，其相应的另部件也就要求体积小、重量轻，日本丰田公司采用尼龙 6、11、12 加入增强填充剂，玻璃纤维氯化钙来制作汽车引擎部分外护板，利用玻璃纤维增强聚乙烯制造汽车内板，强度高，重量轻。而 GFRP 用在汽车板簧上，轻量化效果十分明显，重量分别等于钢制弹簧的 1/4 和 1/2 的 GFRP 制横置弹簧和纵置弹簧已得到应用。经过改良后的 FRP 汽车保险杠具有刚性好、高冲击强度、重量轻、装配方便、耐热性好、耐老化性好等特点，已在汽车上广泛应用。还有一些汽车的风扇和风扇罩都换成尼龙制品，一些注塑机压注制品都相继被采用，使用塑料零部件可以减少体积，减轻整车重量，满足现代汽车车速需要。 另外，工程塑

11、料还是适应汽车安装要求，如丰田海狮旅行车后保险6杠护角中有一塑料安装架，通过安装架与车身相连接，其安装方法简单，有许多附件就是通过一些塑料扣安装到车上的。工程塑料还具有金属的韧性、弹性和半柔软性，具有金属阻燃性，如发动机内衬，其材料是铅箔玻璃纤维复合材料，其材质具有耐热、阻燃性好，吸音率高、防水、防油、耐热等特点。 三、发展前景与趋势 根据我国汽车工业“九、五”发展目标，至 2000 年全国汽车保有量约 2000 万辆，其中轿车 600 万辆，当年生产能力 300 万辆，其中轿车150 万辆，重型载货车 8 万辆，轻型车 40 万辆，中型载货车 35 万辆，客车 57 万辆，微型车 10 万辆

12、。改性塑料在汽车、家电等行业的应用越来越广泛。中国改性塑料产量由 2000 年的 32 万吨上升至 2009 年的 584万吨，预计到 2012 年将达到 853 万吨。2000 年2012 年全国改性塑料市场需求见下表： 未来几年，塑料将广泛用于车身和其它另部件结构的制造，全塑车身的汽车产量也将增大，那么现在就必须加快塑料制品的开发工作。现在和将来，汽车用塑料有很大的发展前途。总之，汽车工业要发展，其相应的辅助工业也得跟上去，尤其是塑料工业，这样才能适应汽车发展潮流，赶上世界先进水平。 参考文献： 1 塑料树脂牌号应用手册M.上海科学技术出版社，1994. 2 华晨供应商资源介绍.内部资料.