塑料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

韓琛

摘 要：當(dāng)前，隨著汽車保有量逐年增加，汽車能源消耗與尾氣排放問題越來越突出。因此在汽車制造與使用過程中節(jié)能減排的要求也越來越迫切。使用輕量化的材料對節(jié)能減排起著非常重要的作用，塑料具有輕質(zhì)、環(huán)保、易于成型加工的特性。因此增加塑料在汽車中的使用量是汽車減重的關(guān)鍵，減輕汽車重量同時也是降低汽車排放，提高燃油效率最有效措施之一。

關(guān)鍵詞：塑料：汽車工業(yè)：能源消耗

塑料是汽車中應(yīng)用最廣泛的輕質(zhì)材料，“以塑代鋼”已經(jīng)成為汽車汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢，塑料應(yīng)用從最初的內(nèi)、外飾件擴(kuò)展到現(xiàn)在的汽車結(jié)構(gòu)件、功能件等部件。

1 通用塑料在汽車中的應(yīng)用

塑料按照應(yīng)用范圍分為通用塑料、工程塑料、特種工程塑料。通用塑料具有產(chǎn)量高、價格低、用途廣泛的特點(diǎn)，占汽車塑料用量的60%以上，其主要應(yīng)用的是聚乙烯（ PE）、聚丙烯（PP）和ABS。

1.1 聚乙烯（ PE）

PE具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、優(yōu)良的電絕緣性和較高的韌性及耐低溫性的特點(diǎn)。常用聚乙烯有高密度聚乙烯（ HDPE）、低密度聚乙烯（ IDPE）、線性低密度聚乙烯（ IIDPE）。三者當(dāng)中HDPE有較好的熱性能和機(jī)械性能，常用于生產(chǎn)管材、中空容器、注塑制品等。汽車中的水箱、油箱等一般是用HDPE經(jīng)過吹塑制成的。HDPE油箱的韌性和強(qiáng)度比金屬油箱更好，由于制造過程是吹塑一體成型無縫隙，不會漏油，在發(fā)生碰撞或摩擦?xí)r不容易產(chǎn)生火花，因此作為油箱更安全，而且箱體比金屬更輕、形狀可塑性更強(qiáng)。因此目前大部分汽車用HDPE油箱替代金屬油箱。LDPE和LLDPE具有較好的柔韌性更適合制造膜類產(chǎn)品，在汽車中的電線電纜以及包裝物中應(yīng)用較多。

1.2 聚丙烯（ PP）

PP有著價格低廉、密度小、硬度高的特點(diǎn)，其拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度以及耐熱溫度均優(yōu)于PE。而且材料易于成型加工。PP可分為均聚PP（PP-H）和共聚PP（PP-R及PP-B），均聚PP強(qiáng)度高但韌性較差，共聚PP由于在PP分子鏈中引入乙烯所以材料韌性較均聚PP明顯增加，但強(qiáng)度不如均聚PP。

PP具有低溫脆性、收縮較大的缺點(diǎn)。在汽車中應(yīng)用一般通過與其它材料共混改性來提高材料性能，改性方法主要有填充、增韌、增強(qiáng)、耐候等，經(jīng)過改性后可以提高PP的強(qiáng)度、韌性、成型加工性、尺寸穩(wěn)定性等特性，改性后PP可以達(dá)到工程塑料的性能，在汽車內(nèi)、外飾中應(yīng)用非常廣泛是用量最大的塑料，見表1，見圖l。

PP中填充可以提高材料的強(qiáng)度但會降低材料的韌性，如上圖可以看出材料的彎曲彈性模量隨著滑石粉的添加量增加而增加，材料的缺口沖擊隨著滑石粉添加量的增加而降低。

1.3 丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物（ ABS）

ABS具有較高的沖擊韌性、高剛性和耐低溫性、機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能優(yōu)良。ABS具有較低的成型收縮率（0 5%左右），所以材料成型尺寸穩(wěn)定性好，可做精密度較高的產(chǎn)品，由于其特殊的化學(xué)性能材料容易進(jìn)行涂裝、著色，還可以進(jìn)行噴涂、電鍍，是最適合電鍍的塑料品種。

ABS的耐熱性較差，遇高溫易軟化，維卡軟化點(diǎn)850C左右，汽車使用過程中環(huán)境溫度會超過850C，因此一般汽車中使用的ABS通常是經(jīng)過耐熱改性后的ABS或者使用PC與ABS共混制成PC/ABS合金產(chǎn)品。耐熱ABS維卡軟化點(diǎn)可達(dá)95。C以上，有些甚至可達(dá)llOoc。ABS類產(chǎn)品用于外飾中的格柵、內(nèi)飾中有需要涂裝類的產(chǎn)品中。

2 工程塑料在汽車中的應(yīng)用

工程塑料是指能承受一定的外力作用，并有良好的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能，可以作為工程結(jié)構(gòu)和工業(yè)零件的塑料。汽車中常用的工廠塑料有：聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（ PA）、聚甲醛（ POM）。

2.1 聚碳酸酯（ PC）

PC機(jī)械性能優(yōu)良，其沖擊強(qiáng)度和剛性都較為突出，是典型的既強(qiáng)又韌的材料，能在-60-1000C仍能保持較高的機(jī)械強(qiáng)度，長期工作溫度可達(dá)1200C。材料收縮率為0.5%左右，制品尺寸穩(wěn)定性好，還具有優(yōu)良的電絕緣性，材料較難點(diǎn)燃，離火自熄。

由于PC有較高的透明度，在汽車照明系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，目前通用、福特、日產(chǎn)等汽車中的前照燈外殼均采用PC生產(chǎn)。PC與其它塑料共混制成的PC合金在汽車中也有較多的應(yīng)用，常見的PC合金有：PC/ABS、PC/PBT、PC/ASA等，這些合金既具有PC的高強(qiáng)度高耐熱又具有其它材料的優(yōu)點(diǎn)，在汽車內(nèi)、外飾中有較多的應(yīng)用。近年來利用PC來制造汽車車窗和車身部件的研究也較為活躍。

2.2 聚酰胺（ PA）

PA俗稱尼龍是性能優(yōu)良應(yīng)用廣泛的工程塑料，PA的種類很多，有PA6、PA66、PA610、PAI010以及近年開發(fā)的半芳香族尼龍PA6T、PA9T和特種尼龍等很多品種。PA具有優(yōu)良的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度、剛性、沖擊韌性較好，還具有白潤滑性，有優(yōu)良的耐摩擦性。PA具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對汽油、潤滑油具有優(yōu)異的抵抗性，見表2。

尼龍有較強(qiáng)的吸水性，最高能從潮濕空氣中吸收5%以上的水分，尼龍吸水產(chǎn)生增塑效應(yīng)，導(dǎo)致體積膨脹、強(qiáng)度下降韌性增加。有些尼龍制品生產(chǎn)后往往通過水煮來減少產(chǎn)品脆性增加尺寸穩(wěn)定性，但因?yàn)槲a(chǎn)品在高溫季節(jié)和低溫季節(jié)性能差別巨大，在使用尼龍材料時尤其要注意材料吸水對產(chǎn)品造成的影響。

尼龍作為結(jié)構(gòu)性材料對其強(qiáng)度、耐熱性、耐寒性提出更高的要求，因此針對某一應(yīng)用領(lǐng)域通過改性來提高材料性能，擴(kuò)大產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。尼龍改性主要有添加玻璃纖維增加改性、增韌改性以及阻燃改性。玻璃纖維能大幅度提高尼龍的性能，添加3 0%的玻璃纖維PA6的模量可以從2500MPa上升到IOOOOMPa以上，長期使用溫度從800C提高到1400C。可以替代金屬材料使用。應(yīng)用進(jìn)氣歧管、發(fā)動機(jī)裝飾蓋、散熱風(fēng)扇、電氣外殼等部件。

2.3 聚甲醛（ POM）

熱塑性結(jié)晶聚合物，被譽(yù)為“超鋼”或者“賽鋼”，五大通用工程塑料之一，白色粉末狀或顆狀固體，表面光滑且有光澤和滑膩感，硬而致密，呈半透明或不透明，POM有均聚和共聚之分。均聚POM的密度、結(jié)晶度、熔點(diǎn)都高，力學(xué)性能較好，熱變形溫度高，但不易加工，熱穩(wěn)定性差，加工溫度范圍窄（約10℃），對酸堿穩(wěn)定性略低；力學(xué)性能隨溫度變化小。共聚甲醛密度、結(jié)晶度、熔點(diǎn)、強(qiáng)度和熱變形溫度都較均聚POM低，但其熱穩(wěn)定性好，有較高的連續(xù)使用溫度，不易分解，加工溫度范圍寬（約50℃），對酸堿穩(wěn)定性較好，韌性高，耐候性能較好。

POM表面硬度高，具有較高的磨蝕阻力和較低的摩擦系數(shù)，還具有白潤滑性能，這些特性是用以生產(chǎn)齒輪和減磨軸承材料所不可缺少的性能，POM做齒輪和耐磨材料有著重要的優(yōu)勢。在汽車上用于輸油管、泵、動力閥、軸承、齒輪、軸套、電氣開關(guān)等部件。

3 特種工程塑料在汽車中的應(yīng)用

特種工程塑料是指綜合性能更高、性能更好，長期使用溫度在150。C以上的工程塑料，特種工程塑料主要包括聚苯硫醚（ PPS）、聚酰亞胺（PI）、聚砜（PSF）、液晶聚合物（ LCP）、含氟聚合物等，特種工程塑料種類多，性能優(yōu)異但價格昂貴。最初主要用于高科技領(lǐng)域、軍事和航空工業(yè)中。

特種工程塑料與普通工程塑料相比，特種工程塑料使用溫度更高，普通工程塑料最高使用溫度一般在100℃左右，而特種工程塑料很多品種能在200℃以上的高溫條件下使用；特種工程塑料比一般工程塑料的強(qiáng)度更高，用玻纖增強(qiáng)的特種工程塑料可以達(dá)到與金屬相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。

有些部件在工作時溫度會超過200℃，普通工程塑料材料由于使用溫度較低而無法使用，就需要使用這些能耐高溫的特種工程塑料了。特種工程塑料在汽車中主要用于制造功能件，如用PPS制造發(fā)電機(jī)和發(fā)動機(jī)上的點(diǎn)刷、電刷托架、汽車上的點(diǎn)火器、加熱器、離合器、齒輪箱排氣系統(tǒng)等部件。

4 結(jié)語

不同種類的塑料性能差別很大，各種塑料都有其獨(dú)特的用途，在選用塑料種類時首先了解不同塑料的特性，然后根據(jù)塑料使用環(huán)境進(jìn)行選擇，在選用塑料時要遵循經(jīng)濟(jì)適用的原則，選擇合適、價格便宜的塑料。