車用尼龍材料的未來發(fā)展分析

趙冉

摘 要：汽車引擎蓋內(nèi)塑料材質(zhì)組成中，尼龍材料（聚酰胺）占有重要比例，其中PA6占30%，PA66占22%，聚丙烯材料占46%，在汽車生產(chǎn)中，尼龍材料為主，聚丙烯材料為輔的結(jié)構(gòu)會長期維持。本文簡述尼龍材料概念，對其未來在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用方向做出分析，希望汽車性能更加穩(wěn)定，保障行車安全。

關(guān)鍵詞：車用尼龍材料;性能穩(wěn)定;行車安全

引言：汽車已經(jīng)成為大眾日常用品，在節(jié)能減排意識深入人心的今天，全方位降低熱能產(chǎn)生，應(yīng)用環(huán)保材料是大勢所趨。目前，汽車引擎蓋內(nèi)塑料材質(zhì)競爭愈發(fā)激烈。相比普通燃油汽車，綠色能源汽車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量較低，對引擎蓋內(nèi)塑料耐熱性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃油汽車，在未來，尼龍材料在汽車中的應(yīng)用將更加廣泛。

一、尼龍材料簡述

尼龍材料是世界上出現(xiàn)的第一種合成纖維，學(xué)名聚酰胺，由美國科學(xué)家卡羅瑟斯帶領(lǐng)科研小組成功研制，不僅給紡織品行業(yè)注入新鮮血液，還是合成纖維工業(yè)里程碑式的重大突破，更是高分子化學(xué)的重要研究方向。聚酰胺主要應(yīng)用于合成纖維，耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它所有已知纖維，其耐磨性高出棉花10倍，高出羊毛20倍，在傳統(tǒng)紡織工業(yè)材料中加入適當(dāng)聚酰胺纖維，能夠極大提升耐磨性，經(jīng)受上萬次磨損而不斷裂。聚酰胺纖維的新品種——錦綸-3和錦綸-4，質(zhì)量較輕、透氣通暢、抗皺性較強(qiáng)、耐久性極強(qiáng)，在工業(yè)上用途廣泛。隨著汽車小型化、綠色化以及電子電氣設(shè)備高性能化迅速發(fā)展，尼龍作為主要結(jié)構(gòu)性材料，由于其強(qiáng)度、耐熱性、抗寒性等符合產(chǎn)業(yè)需求且性價(jià)比極高，因此被視為未來機(jī)械制造等行業(yè)的熱門原材料。科學(xué)研究表明，在尼龍PA品種中加入30%玻璃纖維，PA材質(zhì)的力學(xué)性能、穩(wěn)定性、抗衰老性均有較大程度提高，然而過量加入玻璃纖維會使塑化元件磨損程度加劇，因此尼龍材料在未來的應(yīng)用中還需要技術(shù)創(chuàng)新。

二、車用尼龍材料未來發(fā)展應(yīng)用方向

（一）高流動(dòng)性尼龍材料的應(yīng)用

2019年工信部發(fā)布的《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》中，高流動(dòng)性尼龍材料名列其中，基于PA66、PA12系列的TMF6-14、TMF12-195等型號尼龍材料成本較低，具有中等磁性和高流動(dòng)性，主要應(yīng)用于電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽車微電機(jī)轉(zhuǎn)子等部件生產(chǎn)。在汽車加工時(shí)相比傳統(tǒng)材料大幅降低投入成本，生產(chǎn)周期明顯縮短，還可以提高汽車外觀質(zhì)量，使汽車造型優(yōu)美，更加符合力學(xué)特性。由于高流動(dòng)性尼龍材料穩(wěn)定性極高，加入玻璃纖維、配合聚丙烯等材料，能夠有效降低磨損程度，提高抗腐蝕強(qiáng)度，能夠使汽車消費(fèi)者同周期內(nèi)減少汽車維護(hù)次數(shù)，降低維護(hù)成本。除此之外，高流動(dòng)性尼龍材料生產(chǎn)工藝先進(jìn)，符合環(huán)保理念，合成材料可以從植物等纖維中提取，避免污染物的出現(xiàn)，未來必將全面占領(lǐng)汽車部件生產(chǎn)市場。目前全球最知名的產(chǎn)品是法國Rhoda公司推出的半結(jié)晶型PA-TechnylStar，此產(chǎn)品具有良好的加工性能，外觀與大米相似，其玻璃纖維改性和填充改性相較于PA6等基礎(chǔ)材質(zhì)流動(dòng)性更加強(qiáng)大，成型后注射壓力減小30%，成型時(shí)間縮短10%，溫度下降更多，注塑機(jī)合模力降幅更是達(dá)到驚人的50%，被汽車制造商廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩、燃油桶襯里和其他裝飾性器件。

（二）高耐熱性尼龍材料的應(yīng)用

高耐熱性尼龍材料代表型號為PA97和PPS，其中PPS性能最佳但成本價(jià)格相對較高，目前應(yīng)用廣泛且技術(shù)成熟的材料是PA97。PA97是從原料單體自行開發(fā)的具有獨(dú)創(chuàng)性的聚酰胺類工程技術(shù)塑料，耐熱性極強(qiáng)、耐藥品性優(yōu)越，在加工過程中可以經(jīng)受反復(fù)的摩擦、滑動(dòng)而成型。與標(biāo)準(zhǔn)尼龍材料相比，在跨度較大的干燥或潮濕環(huán)境中，PA97均能保持同樣的強(qiáng)度和韌性。溫度更高時(shí)，PA97依然能保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性，強(qiáng)度和韌性下降幅度較低。因?yàn)槠渚哂辛己玫牧鲃?dòng)性、熱穩(wěn)定性和較低的模具腐蝕性，非常利于加工。常見高耐熱性尼龍?jiān)诟邷丨h(huán)境下吸水率在2.6%以上，PA97僅有1%，抗化學(xué)腐蝕、尺寸穩(wěn)定性極高，在0.75mm厚度下達(dá)到94V-0的效果。經(jīng)過試驗(yàn)證明PA97的玻璃化溫度在125℃，低于該溫度則保持高結(jié)晶性且堅(jiān)韌度極佳，大幅度領(lǐng)先PA66和PA46，其耐磨性和摩擦系數(shù)等更是遠(yuǎn)超POM和LCP等型號，對油、醇、酸、二氯化鈣、高溫水以及其它流體均保持“免疫”狀態(tài)，僅次于PPS。其對燃油的阻隔性是PA6和PA12的10倍以上，接近乙烯-四氯乙烯共聚物的水平，在汽車面罩、電氣電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果。

（三）阻燃尼龍材料的應(yīng)用

未經(jīng)改造的尼龍材料阻燃性能較差，垂直燃燒只有UL94-V2級，氧指數(shù)為24，燃燒過程中會形成低落，使火勢迅速蔓延，屬于易燃材料。應(yīng)用于汽車生產(chǎn)以及電氣電子產(chǎn)品制造引發(fā)的火災(zāi)不計(jì)其數(shù)，造成損失巨大。目前廣泛應(yīng)用的尼龍阻燃改性是無鹵阻燃劑，主要材料為紅磷和三聚氰胺鹽。紅磷特性在于阻燃效率極高，在改善制品抗電弧形方面效果顯著;缺點(diǎn)在于其本身顏色泛紅，活性較大且不易儲存，極大影響了在尼龍材料中的應(yīng)用，只有少量應(yīng)用于PA6型號中。三聚氰胺鹽類中的尿酸和磷酸鹽是最常見的無鹵阻燃劑，在實(shí)際使用過程中雖然能夠保持較高的阻燃效率，但是熱穩(wěn)定性較差，使尼龍材料承受高溫時(shí)容易發(fā)生結(jié)構(gòu)改變。此外，由于三聚氰胺鹽吸潮性較強(qiáng)，降低了尼龍材料的抗水性，大大降低了尼龍材料在潮濕環(huán)境中的電性能。綜合來看，目前市場上性能最佳的無鹵阻燃尼龍材料為荷蘭DSM工程塑料公司推出的基于PA6牌號為Akulon-K225-KS型材料，其特性為不含鹵素，不含磷，比重極小，流動(dòng)性較強(qiáng)，玻璃纖維增強(qiáng)為30%，容易加工，不易起霜，最重要的在于0.75mm和1.5mm樣品垂直燃燒達(dá)到UL94-V0級，阻燃效果理想。

（四）PA？納米復(fù)合材料的應(yīng)用

PA？納米復(fù)合材料是當(dāng)前產(chǎn)量最大的工業(yè)化聚合物系納米復(fù)合材料，納米粒子填充量小，改性產(chǎn)品的密度幾乎與基礎(chǔ)晶級相同，其優(yōu)越性顯而易見。近年來PA？納米復(fù)合材料領(lǐng)域研究活躍，由于其密度較低，比強(qiáng)度和比模量較高，在汽車制動(dòng)器、風(fēng)扇葉片、保險(xiǎn)杠、車體、車門等部件生產(chǎn)應(yīng)用十分廣泛。日本豐田汽車公司生產(chǎn)的Camery型汽車在很多方面設(shè)計(jì)均使用了PA？納米復(fù)合材料。該材料最早也是由豐田公司與PA樹脂廠UBE公司共同研發(fā)而生，早期主要應(yīng)用于汽車定時(shí)器罩的生產(chǎn)，意大利Flat公司經(jīng)過技術(shù)改良和數(shù)據(jù)論證，決定將PA？納米復(fù)合材料作為燃油管阻隔材料進(jìn)行功能試驗(yàn)，取得了意料之外的良好效果，因此Flat公司決定將PA？納米復(fù)合材料全面替代使用了多年的PVDF型尼龍材料，PA？納米復(fù)合材料的使用在汽車燃油管外包裹多層材料，包括PA12外層，PA6共聚物粘接層和PA12共聚物粘結(jié)層，含有純度為2%黏土的PA6、PA12、PA66共聚物阻隔層，內(nèi)層中包含PA6、PA12，此種全PA尼龍材料結(jié)構(gòu)的汽車燃油管不僅性能卓越，在材料回收、更換時(shí)更方便，由此使汽車燃油管阻隔技術(shù)得到全面提升。

三、結(jié)語

尼龍材料作為汽車零部件生產(chǎn)的重要組成部分，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。汽車生產(chǎn)材料逐漸更新?lián)Q代，從鋁鑄件一步步發(fā)展到尼龍材料注塑件，不但成型加工性能穩(wěn)定，還具有生產(chǎn)效率高，成本低等優(yōu)勢。同時(shí)由于其回收方便，經(jīng)過二次處理之后能夠再利用，且效果性能依然保持較高水平，還能有效降低廢品率。

參考文獻(xiàn)：

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