工程塑料拓展汽车应用新领域

工程塑料因其高强度、高耐热、抗老化等优异性能,广泛应用于制造各式各样的工业用零件和机械部件。不少厂家更以工程塑料生产汽车部件,取代传统的金属和玻璃,特别是电动汽车,需要更轻的车身以应付更长的行驶里程。可以说,工程塑料是汽车轻量化、走向绿色的重要一环,在这方面的应用预期在未来将会有增无减。Engineering plastics exhibits superior mechanical and thermal properties compared with commodity plastics. As e

杜邦Sorona与Delrin拓宽汽车市场应用
不论日本或欧洲的汽车制造商,均与各大化工企业合作,把工程塑料应用在量产汽车之上,以求减轻车重、降低耗油量之余又不失刚度及观感。丰田汽车便与杜邦(DuPont)公司合作,以杜邦可再生Sorona EP热塑性树脂制造出用于汽车仪表板的空调系统出风口饰件。该部件将配备于丰田全新混合动力车Priusɑ之上。
杜邦公司指出,相比传统用来制造汽车内饰部件的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)石化材料,Sorona EP除了注塑成型特点相若,更具有较小的翘曲性和更佳的外观,有助简化制造流程。重要的是,Sorona EP聚合物包含的可再生资源成分是从植物糖提取,占材料重量20%-37%。
为全球汽车行业提供百余种材料的杜邦汽车业务部,所供应的技术当然不止如此。美国Bradley大学进行的一项“城市车辆超轻量化”计划,便使用了杜邦Delrin聚甲醛(POM)制成的齿轮。这种物料不仅解决动力传动系统内的负荷和压力问题,且显著降低金属齿轮的噪音和重量。
杜邦开发项目负责人Tim Brogla表示:“保守主义者会说POM材料不适合在恶劣条件下的传动系统使用。很显然,本项目是要打破那些所谓的‘绝对’,让心存怀疑的人亲眼目睹这些齿轮如何应用于如驾驶型草坪割草机和高尔夫球车上的小型发动机传动装置。”
动力传动装置要使用多个经复杂加工的齿轮,一般工程师认为标准级别的聚甲醛在使用上会有局限,但杜邦的Delrin则不在此列。Winzeler Gear公司的设计工程师Mike Cassata指出:“甲醛的优异性能不仅能承受转矩和负荷,而且还具有低摩擦及降噪性能。采用Delrin POM制成的行星传动齿轮可以承受一个25匹马力、每分钟6000转发动机所产生的扭矩。”
据估计,在下一代的汽车创新设计方面,设计师将需要为齿轮和外壳使用更多Delrin POM,以应对降低汽车重量和噪音的问题。下一代设计将进一步显示出产品在恶劣条件下的性能表现。不难想象,在未来这种通常被低估的材料会应用于任何有降低重量和噪音要求的移动部件。

帝人研发的电动汽车概念车仅重47公斤。
帝人新CFRP实现量产
日本汽车工业在世界上举足轻重,帝人集团针对汽车轻量化的研究亦同样出色。传统碳纤维复合材料(CFRP)采用热固性树脂,这一过程往往至少需要五分钟,无法适应汽车批量生产的需要。帝人利用热塑性CFRP材料实现了技术突破,克服了业界最大挑战之一,大幅缩短成型周期至1分钟。
帝人新技术包括用热塑性树脂制成的中间材料,用以代替CFRP模塑所用的传统热固性树脂。帝人还研发了热塑性碳纤维复合材料焊接技术,该技术也用于将碳纤维复合材料与钢材等材料粘合,两者均可降低金属在生产过程中的用量。
通过用热塑性树脂浸渍碳纤维,帝人开发了三种用于生产碳纤维复合材料的中间材料,适用于汽车批量生产。该材料可选择使用,具体根据部件所需强度和成本而定。该材料还可用各类热塑性树脂制成,如聚丙烯和聚酰胺。
为了展现这一领先技术,帝人研发了电动汽车概念车,以热塑性碳纤维复合材料制成该车驾驶室框架,重量仅为47公斤,只有传统汽车驾驶室框架重量的1/5。帝人指出,作为4座电动汽车,行驶速度可达60公里/小时,续航距离大约为100公里。
帝人的Panlite聚碳酸酯树脂亦获得法国汽车制造商雪铁龙集团垂青,用作生产雪铁龙DS5后三角窗的材料。此车今年五月于2011上海国际汽车工业展亮相。
标致雪铁龙集团选择全球汽车用塑化玻璃企业Freeglass和圣戈班安全玻璃有限公司为其DS5汽车提供全套玻璃。帝人表示汽车工程设计期间,公司和Freeglass联合开发了特级黑色聚碳酸酯合金材料,纳入三角窗配方之中。未来6年中,该材料将由帝人供货,用于汽车批量生产。
锦湖日丽推出丰富的汽车用塑料合金
由韩国锦湖石油化学株式会社和中国上海日之升新技术发展有限公司共同投资组建的上海锦湖日丽塑料有限公司,亦把焦点放于汽车生产业。
锦湖日丽研发出哑光内饰材料PA/ABS。这种塑料合金本身不需要添加哑光剂就可以带来特殊的表面柔和哑光效果。与PC/ABS材料性能相近,却有着无可比拟的性能优势,包括密度更低、流长比更大、耐化学品性能更好、耐热性能佳等,主要应用于汽车仪表板周边部件,如控制面板、仪表盘罩及出风口等。
今年,锦湖日丽又以PA/ABS为基础,推出了PA/ASA。这种材料由于用ASA组分来取代ABS组分,大幅提高了合金材料的耐候性,并将其应用从内饰件应用扩大到外饰件应用,如后视镜,散热格栅,门缝装饰条等。
除了汽车内部零件,锦湖日丽亦相当关注汽车外观,相当全面。基于一般用于汽车的塑料件需要进行喷漆,对环境有害之余,亦会产生无法轻易剥离的涂层,最终导致制件回收困难,难以再用。为此,锦湖日丽发展出一系列免喷涂方案,包括Ecoblend哑光系列树脂、高光系列树脂和塑可丽特殊效果系列树脂(类金属漆效果)等。
锦湖日丽还与抗静电剂厂家合作对聚合物作特殊改性,研发出HSC7079V系列的两种抗静电型PC/ASA塑料合金材料——HSC7079V-L 和HSC7079V-H,可有效减低汽车内饰件表面吸附灰尘的可能性。

博世新一代ESP由巴斯夫物料所保护。
巴斯夫推出多种汽车零件工程应用
巴斯夫(BASF)针对不同汽车零件应用,推出多种新的应用解决方案。
巴斯夫的抗水解型Ultradur B4330G6 HR材料获博世(Bosch)选用,制造最新的一代电子稳定装置ESP 9的控制箱。这种特制混配料源于PBT系列能满足热湿环境中工程塑料面临的严格要求。
Ultradur B4330G6 HR新型材料在85℃和85%相对湿度下进行长期测试时,能保持高强度、高弹性、高冲击强度等材料特性。经历5000小时以上测试期后,未出现明显的性能老化现象。与目前仍使用的抗水解PBT材料项目,测试时间延长了数倍。
Ultradur抗水解材料的另一优势是加工过程稳定性。该材料具有良好的流变特性和流动特征,在注塑机内停留较长时间后,仍能保持稳定性。巴斯夫指出,这一特性十分难能可贵。原因在于,为提高抗水解性而添加的许多添加剂会导致流动性大幅度下降,也就是说,流动性随着停留时间延长及加工温度升高而降低。
这一材料还可用于激光打标,在激光焊接过程中作为良好的吸收材料。适合于激光打标这一特性正适合博世的需要,因为部件相关的大量信息需要通过激光方式录入塑料上的数据矩阵码中。同时,激光可焊接性也至关重要,必需具备这一特性,才能在电子部件安装后,将封盖(也采用Ultradur材料模塑而成)紧紧盖严。

奔驰选用巴斯夫的工程塑料生产油盖。
巴斯夫还通过与Faurecia和Performance Materials Corporation(PMC)合作,成功开发了利用Ultramid(聚酰胺)新型品级塑料材料制成的汽车座椅靠背。通过采用一件式部件最大限度减少泡沫和边料用量,这一技术取代了传统的金属结构。这一座椅靠背与传统汽车座椅靠背相比,重量大约减轻了20%,厚度减少30毫米,为轻型结构做出贡献。
世界著名汽车制造商奔驰最近推出的E系T型车,配有特大型加油盖,旨在适应各种加油方式。这一加油盖最近改用巴斯夫Ultramid TOP 4000新型材料制成。
在研发过程中,巴斯夫涂料公司专家为优化这一树脂产品作出了巨大贡献。该材料是一种矿物填充型半芳香聚酰胺(PA 6/6T)。这种传导性工程树脂是2007年推出的Ultramid TOP 3000材料的升级材料,具有更高的挺度和外形稳定性。与其前身一样,这一新材料也适合于在线涂层。也就是说,采用Ultramid TOP 4000材料制成的塑料部件,可在不增加人力或成本的情况下承受各种洗浴和涂层操作。
帝斯曼超耐热Stanyl用于喷油系统
由帝斯曼(DSM)研发的工程塑料由于其耐高温特性,被应用在环境恶劣的喷油系统中,可见工程塑料的强大。
大众汽车和奥迪将在新一代柴油发动机喷油系统中采用帝斯曼生产的Stanyl聚合物。供应商泰科电子(Tyco-Electronics)选用帝斯曼Stanyl聚合物作为喷油系统部件。Stanyl作为聚酰胺46材料,由帝斯曼研发并获得专利保护,具有耐高温特性。
大众汽车和奥迪希望在喷油系统各汽缸中采用泵式喷油嘴技术。与共轨燃油喷射系统相比,该技术可产生更高的喷射压力。泵式喷油嘴系统中的连接器和耦合器采用Stanyl TW200F3(15%玻璃纤维增强)制成,以确保发动机内外的可靠连接。
由于发动机内运行温度介于120℃和160℃之间, 所用聚合物必须具有超强的发动机油耐性,尤其是,必须能承受生物柴油混合物的侵蚀性。同时,聚合物还必须能承受这种情况下造成的材料脆性,承受各种材料造成的侵蚀。由于具有较高的结晶度,Stanyl聚合物具有尤其优良的耐机油与耐柴油性能。
Stanyl TW341还具有良好的流动性能,使之成为管道系统首选的制造材料。一体化铰链在负荷作用下具有承载功能,应能在发动机整个寿命周期内保持这一功能。Stanyl TW341能满足上述极端苛刻的耐久性要求。
该材料在模具内可快速结晶,可在注塑过程中提高生产效率,生产效率高于PA66-UF。Stanyl熔化温度为295℃,能承受高于正常运行温度的注射温度。
与PA66相比,另一Stanyl系列 TW200F6具有优良的熔体流动性和机械特性,能围绕传感器元件和插件周围流动,从而提高密封度和封装度,提高表面质量,延长产品使用寿命。由于具有超强的熔体流动性,能缩短注塑周期时间。
发动机和传动系传感器一般将金属热电偶或传感器元件与热塑性保护壳相结合。保护壳为传感器和密封接入点提供保护,配有装配或安装凸耳,便于随附在发动机汽缸盖或驱动桥上。Stanyl TW200F6部件能承受传动油和发动机油侵蚀,挺度超强,能承受流体压力。表面富含树脂,与其它材料相比,对传感器和插件具有更好的密封性能。
帝斯曼客户经理Robert Mushack表示:“Stanyl广泛用于汽车传感器领域,包括Hall传感器和ABS系统传感器。由于Stanyl具有优异的熔体流动性和加工特性,在欧宝汽车油位传感器应用中代替了填充40%玻璃的聚苯硫醚(PPS)。”
该公司表示,Stanyl结晶度高,结晶速度快,与PA6、PA66、聚酯等工程塑料以及半芳香聚酰胺(PPA)、PPS、LCP等其它耐高温树脂相比,具有明显的技术优势。相比之下,Stanyl产品耐热性能良好,高温下机械特性优良,耐磨及摩擦特性优良,周期时间缩短,加工成本更低。

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