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汽车用塑料油箱应用现状与发展趋势

汽车用塑料油箱应用现状与发展趋势
汽车用塑料油箱应用现状与发展趋势

汽车用塑料油箱应用现状与发展趋势

臧群传

(https://www.wendangku.net/doc/705419109.html,)

摘要介绍了汽车用塑料油箱的种类、渗漏检测技术、国内外发展状况及趋势。

关键词:汽车用塑料油箱渗漏检测发展趋势

Plastic Fuel Tanks for Automobiles—Present Status and Future Trends

Zang Qunchuan

ABSTRACT Global development and future trends of plastic fuel tanks for automobiles are reviewed. Description of various structural features of plastic fuel tanks and technique for leakage checking are presented.

Keywords:Plastic fuel tanks for automobiles, Leakage checking, Developing

“本文作者臧群传,发表于《中国塑料》,曾在多次技术会议演讲”

0前言

塑料用于汽车时,汽车工业已经诞生了大约50年,从那时起,对于汽车来说,塑料同钢材一样重要。20世纪50年代,OEM汽车公司首先重视在汽车上使用塑料。塑料在汽车上的早期应用大多是汽车简单零部件。自60年代开始为达到汽车轻量化从而降低制造成本与节省燃油费用的目的,汽车塑料化得到了重视,其技术也迅速发展。目前,国外轿车用塑料占车重的5%~12%。日本轿车塑料用量90~110 kg/辆,约占车重的10%;美国140 kg/辆,约占车重的13%;欧洲80~120 kg/辆,约占车重的11%。

油箱塑料化是汽车塑料化的一个重要方面。由于塑料油箱具有金属油箱不可替代的优点,因而世界各国和地区对其研究和应用已越来越多。据加拿大Kautex 发展公司统计,1995年北美60%~70%的小汽车和轻型卡车使用了塑料油箱,美国的塑料油箱产量达500万只。1997年以后福特汽车公司生产的汽车塑料油箱使用率达100%。

1塑料油箱的历史〔1,2〕

由于HDPE具有优异的综合性能,本世纪中叶受到了人们的重视。50年代西德人开发出了塑料燃油箱的雏形,即用HDPE制成的汽车燃油贮罐。并且在1963年,用5 L容器进行了应用试验,1966年,已经有部分汽车装上了这种HDPE燃油贮罐。

HDPE塑料油箱的研制工作始于1967年,由西德的Porsche公司进行。1969年制造出了赛车Porsche 911用的100 L聚乙烯油箱,并且还用到了Pkw小型车上。1972年德国大众(VW)汽车制造厂还把塑料油箱限量成套装配到VW甲壳虫中型汽车上,这为应用到大型汽车积累了生产和实践经验。1973年,西德大众汽车公司和Kautex塑料机械厂及BASF公司联合研制,Passat车批量装备了55 L HDPE塑料油箱。

从那时起,不仅解决了塑料油箱燃油渗透,还解决了输油管路等的渗油问题,消除了之前人们对塑料油箱的种种偏见。塑料油箱代替金属油箱不断地取得进展。

在美国,1973年Bronson公司开始生产塑料油箱。福特汽车公司从1974年开

始进行汽车塑料油箱的应用试验,它制造的Aerostar车成功地使用了塑料油箱,其它几个美国汽车制造厂也将塑料油箱用到了轻型车上。从1984年开始,德国大众汽车公司将塑料油箱安装在该公司在美国装配的大轿车上,1996年北美洲生产的汽车中约有1/4采用了塑料油箱。

在日本,1977年日本运输省颁布了最初的塑料燃油容器标准,允许在日本国内汽车上使用塑料油箱。在此之前,1976年丰田汽车公司向欧洲出口的“セリガ”和“ガリナ”汽车上使用了EHMW-HDPE汽油箱。1984年日产汽车公司根据与VW的合同开始生产销售Santana汽车,其上使用了HDPE汽油箱。另外,在日本市场上还出现了从西德进口、并装有HDPE油箱的汽车,这些汽车均通过了日本运输省的检验标准。

今天塑料油箱的使用越来越多,应用前景越来越广阔。

2国外研究现状及趋势

与金属油箱相比,塑料燃油箱具有以下优点:重量轻40%~50%;形状有更大的自由度,可最大限度地利用汽车座位底下的有效空间,增加了油箱的体积,提高了汽车空间利用性;模具研制周期短,约为金属油箱的1/3;安全可靠性不亚于金属油箱。VW汽车公司曾用Raddit牌(金属油箱)和New Golf牌(HDPE油箱)小轿车进行对比试验。当以55 km/h速度进行撞车试验时,HDPE油箱因塑性好而表现出更好的适应能力。把两者装满水从7.8 m高处进行自由落下试验时,金属油箱从焊缝处开裂,而塑料油箱不裂。在-18℃用重锤以120 N·m的冲击能进行落锤冲击试验时,两者呈现相当的结果〔2〕。塑料的传热性低,着火可软化,燃油常压流出,不会象金属油箱那样发生爆炸,另外,其耐腐蚀性好。金属油箱内表面需要镀耐腐蚀合金。否则易被含乙醇等的燃油腐蚀而降低力学性能和阻透性能。

汽油化学结构与HDPE类似。这样,采用普通聚乙烯容器存储这类溶剂时,其有效成分会湿润HDPE油箱表面,逐渐扩散到容器内部并渗透到外界而气化损失掉。这也是HDPE燃油箱的缺点,即其对燃油有效成分的阻透性能较低。世界各国关于塑料油箱的研究焦点也主要集中在解决这个问题上。

随着各国环保和安全要求的不断提高,对油箱阻透性能的要求越来越苛刻。关于油箱燃油渗漏各地区的法规也不断改进。如:在欧洲,主要根据ECE规则34·5章。据此,油箱40℃、8周内平均燃油损失不得超过20 g/d。而美国、日本和澳大利亚对油箱阻透规定又严格了一些。如在美国,测量的不仅是油箱的燃油质量损失,而且是整个燃油系统燃油损失,包括油箱、油管、接头等,测量方法为气相色谱法,即所谓SHED试验(Sealed Housing for Evaporating Determina-tion),要求不超过2 g/2 h。1995年美国加州又提出2 g/d的CARB法规。实际上一些汽车制造商的目标是渗漏率0.2 g/d。现在,塑料油箱最苛刻的标准是美国环保署的标准要求。许多工业国家也在不断提高阻透要求。

制造塑料油箱的塑料以HDPE综合性能为最好〔3〕。但普通的一种HDPE 制成的油箱的阻透性能有限,为满足更高阻透要求,出现了改性HDPE油箱、多层油箱、表面处理油箱。除此之外,为满足和提高塑料油箱耐温性、耐火性及耐冲击性能的要求,也出现了一些相应方法和措施的油箱。下面就此作一介绍。

2·1单层油箱

生产单层塑料油箱的原料主要有高密度聚乙烯和聚乙烯混合物两种。

高密度聚乙烯是指EHMW-HDPE,分子质量一般在20万以上,熔体流动速率

为4~12 g/10min(21.6 kgf/cm2≈2.16 MPa),密度0.945 g/cm3左右。著名牌号有德国BASF公司的4261 A和Hoechst公司的GM7746;美国Phillips公司的HXM 50100;日本Showa Denko(昭和电工)的4551 Z和东燃油化的B 5742。另外,还有德国Huls的AX4013。

聚乙烯混合物可分为层状掺混物[4~8]和非层状掺混物。

美国Du Pont公司80年代初研究成功Selar RB层状掺混技术。即阻透聚合物(如改性PA或非结晶PA)与聚烯烃(如HDPE)、少量相容剂干混,用混炼适度的挤吹机挤出吹胀,在容器壁内形成层状结构,使阻透物呈许多非连续阻透薄片(厚一般为0.5~50μm),分布在HDPE基料中。

该技术的要点是共混物在挤出机内的混炼程度。当混炼不足时,阻透物的伸展不够充分,阻透性能改善小。若混炼过于强烈,阻透物全被粉碎成小微粒分散在基料中,也不能有效地提高阻透性能。因此,生产时应采用低混炼的挤出机。

该技术对卤代烃、芳香烃和脂肪烃的阻透性能有极大的提高(可达140倍);对酮、酯、醚甚至气态氧等含氧溶剂的阻透性能也有一定提高(达10倍左右);但对极性、低分子量的溶剂(如水和某些醇)的阻透性能没有提高。

从图1可看出,在HDPE中加入18%Selar RB 214后,油箱的阻汽油渗透性有明显提高。通常对盛烃类燃油的油箱,采用PA作阻透物;对盛含甲醇燃油的油箱,则采用EVOH。

Solvay公司开发的类似技术是使用聚亚烷基亚酰胺,其中,HDPE为连续相,聚亚烷基亚酰胺为分散相,也呈微片分布,起阻透作用〔9〕。

Showa Denko公司用高腈树脂作分散相,使高腈树脂微片分布阻透,开发了耐乙醇溶胀和高度阻透含乙醇燃油的系列塑料油箱专用料〔10,11〕。

非层状掺混物由多种聚合物混合而成。如Showa Denko公司开发的专用料为HDPE、不饱合羧酸改性HDPE、ULLDPE的三元混合物。齐鲁石化公司树脂加工应用研究所的专用料是HDPE(A)、HDPE(B)、LLDPE、添加剂和填料的多元混合物。

2.2多层塑料油箱

70年代初日本富士重工(IHI)首次开发了共挤出吹塑多层容器,1978年研制成功55 L三层塑料油箱共挤出吹塑设备。80年代中期在美国得到广泛应用。多层塑料油箱生产设备投资大,废料回收相对困难,但阻透性能比单层塑料油箱好。阻透性能基本由层状结构决定〔12〕。

多层塑料油箱的结构,按其构成可分为基层、功能层和粘合层,一些结构还有回收料层,各层简介如下:

①基层

基层是多层复合结构的主体,厚度较大,主要提供制品的硬度、刚度与尺寸稳定性,也起一定功能作用。基层聚合物主要是HDPE。

②功能层

功能层多为阻透层(阻隔汽油、甲醇、乙醇等),也有提高油箱耐热性和改善外观性能的功能层。

塑料油箱常用阻透物是PA和EVOH、PAN、PVDC等。PA阻烃性好,用于阻透的PA有PA6,PA6/PA66共聚物,PA11和非结晶PA。PA除具有良好的阻透性能外(阻芳烃、脂肪烃、卤代烃、许多含氧溶剂等),还具有较高的耐腐蚀性、光泽度、热稳定性等,在塑料油箱中应用最多。但PA的缺点是吸湿性。EVOH阻甲醇性好,常用于盛装含甲醇燃料的油箱。阻透聚合物一般价格较高,在满足阻透性能的前提下,阻透层应尽量薄(20~30μm)。另外,阻透层应尽量贴近或位于内壁处。

③粘合层

基层和功能层之间的相互粘合性不良时,需使用粘合剂。多层容器壁内各层之间的粘合是难点和要点,粘合不良会发生层间剥离现象。进而影响塑料油箱的强度和阻透效果。

共挤出多层吹塑采用的粘合物主要有两类:第一类为共价键型,侧基用马来酸酐、丙烯酸或丙烯酸酯进行接枝化学改性的PE,常用的有马来酸酐改性HDPE。第二类为离子键型,为直接聚合成的共聚物或三元共聚物。

粘合剂内的活性基团对被粘合物具有良好的亲和力,但会因吸水而饱和,应保持干燥。粘合剂价格一般较高,故粘合层应尽量减薄。

④回收料层

在吹塑油箱的过程中,会产生一些飞边和废件,其回收再利用,可降低成本。多次回收通常不会影响HDPE的性能。Seidl K.S.研究成果〔13〕表明,塑料油箱生产中的HDPE重复回收利用15次以后,仍然是一种高质量的原材料。

单种聚合物油箱的回收料破碎后按一定比例加入挤出机即可,比较容易。共挤出吹塑的回收料包含有多种聚合物,回收比较复杂。这种回收混合料,可单独挤出形成多层结构的附加层,也可掺入新基料。较简单的复合结构是在内外层间加入回收料层。回收料层尽量靠外。

多层塑料油箱的结构,按层数可分为多种,但使用较多的是五层和三层。

五层结构通常是:内层/粘合层/阻透层/粘合层/外层。内层和外层大多用纯HDPE,也有的掺入部分回收料,但回收料多放在外层。

阻透层常用PA、EVOH和其它一些共聚物等。其中以PA为最多,常见的包括PA、PA6/PA66、PA6+改性PE和PA+聚醚,以及共聚物如高腈树脂、热塑性PET、皂化EV A、乙烯基醋酸酯共聚物的水解物等。

所用粘合剂的种类由被粘合物性质决定。对于阻透层含PA或EVOH、内外层含PE的五层结构,粘合剂大多用改性PE,如不饱和羧酸(酐)或其衍生物改性PE;也有用类似混合物的,如马来酸酐改性HDPE +HDPE(或VLLDPE)。对于阻透层是腈树脂的,粘合剂大多用PA6、EVOH,也有的用乙烯单体+环氧树脂共聚物、乙烯单体+环氧树脂+不饱和羧酸酯+乙烯基酯共聚物等。

三层结构通常是:内层/中层/外层。不同专利各层功能不尽相同,变化较大,三层均可作阻透层。三层结构的外层大多用HDPE,也有掺入回收料的,还有的用PA6或聚苯甲撑。内层大多用HDPE、高腈树脂或PA,也有的专利使用混合物,如三菱

化学公司使用85份丁烯-1/乙烯共聚物+ 5份1.0%马来酸酐改性聚乙烯+10份氨基硅烷处理金云母〔14〕。还有粘合和阻透两功能放在中层的技术,如内外层为HDPE,中层为93%PE+7% Selar RB 901混合物。

Mitsubishi化学公司开发的两层结构是可电镀聚合物/阻透聚合物,油箱电镀后具有塑料油箱的结构设计灵活性和金属油箱的优良阻透性,可盛装含氧量高的燃料〔15〕。

层数最多的是BXL塑料有限公司开发的12层结构〔16〕。首先共挤出2个5层结构,VLDPE/粘合层/EVOH/粘合层/VLDPE,粘合层为马来酸酐接枝VLDPE;再用一个聚酯/脲烷2组分粘合剂将2个这样的5层结构的VLDPE外表面层粘接起来,形成1个11层的结构,然后,在这个11层结构的一个外表面上,复合一个碳填充的聚乙烯层。该结构的燃油挥发损失小于0.18 g/(m2/d),在2 000周期的弯曲试验中,表面无电荷产生。

2.3氟化处理油箱

最初的氟化处理技术是空气产品及化学品公司(Airopak工艺)和联碳公司(表面改性工艺)专利技术,按氟化过程与吹塑过程的先后顺序,氟化处理可分为吹塑前氟化处理、吹塑中氟化处理和吹塑后氟化处理三种方法。

吹塑前氟化处理法,即吹塑前对HDPE粉料做氟化处理。容器的阻透性能可提高4倍,较多的用于日用化学品包装。

用于塑料油箱氟化处理的方法有吹塑中氟化处理和吹塑后氟化处理两种方法。吹塑过程中氟化处理是用F2/N2混合气替代吹塑机用压缩空气吹胀型胚,同时F2与容器内表面的聚乙烯发生化学反应,形成氟化烃阻透层。吹塑后氟化处理是用F2/N2混合气处理已经做好的塑料油箱。两者原理类似。反应过程可表示为:

由图看出,汽油用未处理的HDPE油箱贮存时损失达一半以上,而氟化油箱只损失约2%。氟化处理深度一般为5~100μm或稍大,不会改变油箱的拉伸强度和冲击韧性,也不会变色。氟化表层具有很高的耐化学腐蚀性和耐机械磨损性,可很好地保持阻透完整性。

以上所述氟化处理技术对非极性溶剂阻透性好,对极性溶剂阻透性较差。在塑料油箱氟化处理技术方面水平最先进的当属Solvay公司,它开发的SOF,即

Solvay优化氟化处理技术〔17〕,使塑料油箱对含极性溶剂燃油的渗漏量也大大降低。如表1所示。把EVOH五层共挤出吹塑油箱进行SOF处理,即使是对含甲醇汽油,渗漏量可降低到目前发达国家塑料油箱生产厂的最高要求。

2.4磺化/氯磺化处理油箱

美国Bronson公司首先开发了磺化工艺,即把含SO310%~20%的气体注入吹塑容器内,几分钟后注入氨气(NH3)中和,再通水清洗。后来,DOW化学公司在该工艺中引入了氯气,开发了氯磺化工艺。氯气不仅提高了磺化反应速率,还提高了阻透性。磺化处理可在容器内壁形成约20μm的阻透层。反应过程可表示为:

磺化处理油箱的长期阻透性略差,生产安全性差。该领域的相关技术以替代NH3为主,如Solvay公司用多胺化合物(常用聚乙烯亚胺)替代NH3进行中和〔18〕。油箱对含乙醇燃料阻透性好。而美国Mich·联合技术公司用无机钙溶液替代NH3,不仅大大地提高了油箱阻透性和抗溶胀性,而且SO3用量低,由230 g降到3 g,降低了成本〔19〕。

2.5等离子体处理油箱

等离子体是一种全部或部分电离的气体,含有原子、分子、亚稳态离子和激发态离子。由于电子、正离子、负离子的电量大致相等而得名,是除了气液固以外的物质第四态。等离子体有高、低温之分。前者数千摄氏度,可产生核聚变原料,提供未来能源;后者室温,可用于高分子合成、界面反应和接枝。

塑料用等离子体处理设备类型较多,但原理大致相同,即用电场加速的电子或亚稳态离子(能量0~20 eV)击断PE分子链上的键(如C—H、C—C和C=C等,能量小于10 eV),之后接上单体或其它物质,使聚乙烯表面形成密度达1.7 g/cm3的超密度阻透膜。

Huels公司用该技术处理塑料油箱的方法是先用等离子体预处理油箱内表面,然后涂覆一层经湿化处理的基于二异腈酸酯的单组分漆。漆层厚30 ~ 60μm,阻汽油性好〔20〕。

INPRO公司的方法是通过改变乙烯单体和三氟甲烷载体气的混合比例,来控

制阻透膜中极性和非极性组分的比例,使极性和非极性组分交替变化,降低油箱内表面润湿性,使油箱满足长期耐渗透性能的要求〔21〕。该公司还把基础树脂与等离子体预处理树脂(粉状、粒状或膜片状)混合,来制造塑料油箱〔22〕。

2.6阻燃油箱〔23~26〕

这方面的专利技术基本上由日本TO-NEN化学公司垄断。阻燃油箱技术的核心是通过γ射线、e射线或UV光引发HDPE,把丙烯腈分子和可聚合阻燃剂分子接枝到聚乙烯分子上。接枝后的聚乙烯具有很高的耐温、阻燃能力和一定的汽油阻透性。常用的可聚合阻燃剂有乙烯磷酸酯低聚体和栀烯。

基本方法有4种:

①做好HDPE油箱,对其外表面层引发并用丙烯腈和阻燃剂的溶液浸泡接

枝改性,干燥后形成阻燃膜;

②先做一个聚乙烯膜,对该膜引发并用丙烯腈和阻燃剂的溶液浸泡进行接

枝处理,干燥后变成阻燃膜,然后将此阻燃膜内衬于模具内,挤出吹塑形

成油箱;

③先做一个聚乙烯和可聚合阻燃物的混合物膜,将该膜内衬于模具内,挤出

吹塑,形成油箱,然后再对最外层的混合物膜引发并用丙烯腈溶液浸泡进

行接枝处理,干燥后使其变成阻燃膜;

④与③类似,但不同的是油箱成型前,先把聚乙烯和可聚合阻燃物的混合物膜引发并用丙烯腈溶液浸泡接枝形成阻燃膜。

2.7渗漏测试技术[27~29]

塑料油箱渗漏程度对汽车安全和环保至关重要。常规的渗透性检验约需10周时间。批量生产时,油箱的检验方法直接影响着油箱质量、成本和经济效益。主要方法有:

①对比技术。Nissan(日产)汽车有限公司的专利技术,即用超声波作用在阻透

和非阻透油箱上,得到两者数据差异,确定这些数据与油箱渗透性的关系。

然后再用超声波作用在待检测油箱上,由得到的数据通过上述关系可知其渗透性如何。

②磁粉技术。Mitsubishi汽车公司的专利技术,即把磁性金属粉(如铁粉、氧

化铁粉)混入阻透层中,通过用金属检测器或超声波检测器检测金属粉的均匀性来判断阻透层的均匀性,从而判断油箱渗漏情况。

③放射物示踪法。即用放射性物质标记塑料油箱所盛溶剂,一段时间后通过

测量扩散到油箱壁中的放射物量可确定油箱的扩散系数。这种方法精确度高,速度快,仅需一天左右的时间。

④超声波干涉法。即通过用超声波检测阻透层的厚度均匀性来判断油箱的渗

漏性。原理是由阻透层反射的回音量小。

⑤充氦渗漏法。即向油箱中充入氦气,氦分子量小,易扩散,较短时间内可测出

其渗漏量。据此可预测其对燃油的渗漏情况。

3国内研究发展状况

从生产方面来看,我国80年代后期已陆续引进多条单层塑料油箱生产线,主要为上海“桑塔纳”、广州“标致”、一汽“捷达”、二汽“雪铁龙”等合资企业车型配套,目前已具备75万只/a以上的生产能力。从微型汽车来看,“柳州”、“长

安”、“奥拓”、“夏利”、“松花江”等发展势头逼人,且已大多采用了塑料油箱。摩托车内藏式塑料油箱的发展也非常迅速,济南轻骑集团的“木兰”、海南“新大洲”、浙江“温岭”等摩托车油箱已大多采用塑料油箱。

1997年国内塑料油箱专用料的总消耗量超过3 000 t,以德国BASF公司的4261 A和Hoechst公司的GM 7746为主。另外,据称,重庆、扬州等地已引进或计划引进多层吹塑塑料油箱生产线,这将使我国塑料油箱的生产技术提高到一个新的水平。

从塑料油箱专用料制造技术方面来看,我国只有非层状掺混单层塑料油箱的专利技术。这是齐鲁石化公司树脂加工应用研究所完成国家“八五”科技攻关项目“单层HDPE汽车油箱专用料的开发”之后,申请的中国专利。该技术的专用料已通过一汽非金属材料研究所的认可,已通过德国TUV认证机构根据欧洲经济委员会标准(ECE)要求的安全认证。经国内多家生产单位试用,完全满足德国大众TL-669材料性能及TL-668成品件性能的全部要求,用该专用料成型的油箱已通过一汽大众夏季海南、冬季黑河试验道路及越野道路的几十万km的路试试验。目前该专用料的国产化工作已全面展开。另外,该单位的层状掺混专用料也已取得重大进展,。

除了上述技术以外,有关塑料油箱多层挤出吹塑、氟化处理、磺化处理、等离子体处理、阻燃和层状掺混等专利技术在我国还是空白。我国与发达国家在塑料油箱诸技术方面存在着很大的差距。在中国进行塑料油箱的研究具有很大的潜力。建议能在这些空白点上适当开展研究工作,以期在不远的将来赶上和超过世界先进水平。

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长安汽车工程研究院

前言 汽车的自主开发是中国汽车业健康发展的必经之路。也是长安车的生存之本。随着能源的紧缺,降低汽车自身的重量已经成为汽车销售的一大卖点,使得塑料材料的应用也越来越广泛;再加上消费者对外观要求的提高,也进一步使得塑料制品的应用成为一种时尚。本规范就是在使用塑料油箱盖的前提下对其设计的思路进行探讨。如有不正确的地方还请多多指教。 本规范由汽车工程研究院车身所负责起草; 本规范由汽车工程研究院项目处进行管理和解释; 本规范主要起草人员:苏建波、苏忠 编制: 校核: 审定: 批准: 本规范的版本记录和版本号变动与修订记录

塑料油箱盖设计技术规范 1 适用范围 本规范适用于长安汽车股份有限公司开发的乘用车、商用车塑料油箱盖(以下简称油箱盖)的设计。 本规范规定了塑料油箱盖在开发设计过程中应遵守一些基本原则和标准,规定了塑料油箱盖开发的一般过程、材料的选择、结构及生产工艺、涂装工艺等。 2 引用标准 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规范,然而,鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规范。 GB11566—1995 轿车外部凸出物 3 设计内容 3.1 设计输入 3.1.1 市场定位及设计任务书 根据塑料油箱盖的控制形式一般可分为以下三类: 1、电机自动式控制:此控制方式需要一个小的电机作为油箱盖的开关控制,操作简便,容易控制,但其价格昂贵,结构复杂,一般用于高档轿车上; 2、手动拉索式控制:其控制方式是采用一根拉索进行开关控制,结构较为简单,价格比较适中,但零部件相对较多,适用于中档轿车;

汽车用塑料的现状和发展趋势

汽车用塑料的现状和发展趋势 一、车身塑料使用现状 商用车塑料产品发展的最新特点是产品大型化和装配集成化。目前车身塑料制品中,1m以上的产品已经非常普遍,部分塑料产品长度已经达到2m以上。同时,产品集成化程度提高,像仪表板这样的总成已经集成为一体进行线下装配,也导致塑料配件具有更加复杂的结构。这样,不仅仅要求材料具有高流动、高刚性等基本性能要求,材料的颜色也必须有很好的稳定性。应用先进的加工工艺用于保证制品性能,降低扭曲等现象。下面仅仅就几种使用量较大的材料,介绍目前车身塑料使用现状。 1、改性PP材料 车身塑料材料中,目前使用最多的是改性PP系列材料。使用部件包括仪表板、车门护板、装饰面板等大型内饰部件和保险杠、水箱面罩、挡泥板等外装部件。以改性PP为主的聚烯烃材料已经占到车用塑料使用量的50%以上。改性PP材料目前在使用中,特别注重以下特点: 1.1 高流动性。目前改性PP材料的熔融指数往往达到20~30g/10min。以提高产品的熔接痕强度,降低表面熔接线。为了保证材料制品表观颜色的要求,对PP基料的选择也有更严格的要求,使用专门合成的PP材料满足改性要求。 1.2 性能要求合理化。对于不同部位的产品,材料性能要求更为合理。例如,仪表板使用的改性PP有的已经达到了2G的弯曲模量和25KJ/M2的冲击强度,而门护板则要求在5KJ/M2左右的冲击强度即可。 1.3 密度成为重要指标。为了有效降低材料成本,在材料性能严格要求的同时,材料密度也成为一项重要的指标。目前,国内商用车塑料材料的价格已经占到塑料零部件价格的1/2,因此材料密度对于制品成本控制具有重要的作用。 上述几个方面的要求往往是相互限制,因此对于材料的配方设计、制品加工等都提出了比以前更为严格的要求。同时,随着材料合成技术和加工技术的进步,部分内饰产品也开始用纯PP材料,进一步降低了材料成本。

生物质塑料在汽车上的应用

生物质塑料在汽车上的应用 摘要:随着汽车工业的不断发展,轻量化、节能和环保等问题日益凸显。发展生物质塑料成为降低汽车产业对石油等非可再生资源的依赖并实现汽车塑料可持续性发展的关键一环。本文主要介绍了生物质塑料的种类、生产工艺,复合材料的加工工艺以及在汽车上的应用。 关键词:生物质塑料汽车天然纤维 1. 前言 汽车工业是我国国民经济的支柱产业,近几年来已取得迅猛的发展。随着汽车工业的不断发展,轻量化、节能和环保等问题日益凸现出来。减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。实现汽车轻量化,是节省能源的最有效的途径之一。汽车重量每减轻10%,就会节省6%~8%的燃料。使用塑料及其复合材料取代金属应用于汽车零部件上已成为汽车轻量化的发展必然趋势和最重要的手段之一。目前,汽车塑料约占汽车车身总重量的10%,以2010年我国的汽车总产量超过1800万辆计算,需求的塑料量超过几百万吨。这必然给日益增长的石化产品的消耗带来极大的压力。随着石油价格的波动性太大,也使得传统石油基聚合物的价格成本无法明确。为了满足汽车轻量化的需求并降低汽车产业对石油等不可再生能源的依赖,发展生物质塑料成为实现汽车塑料可持续性发展的关键一环。 生物质塑料指的是以木本、禾本和藤本植物及林产品废弃物等可再生生物质资源为原材料,通过生物化工技术,加工制造的高分子材料。生物质塑料是从原料的角度来分的,与之相对的是以石油等不可再生资源为原料的石油基塑料。目前生物质塑料主要可以分为三大类:天然高分子材料、完全生物质合成高分子材料以及部分生物质合成高分子材料。 本文将从原材料的加工、具体的应用及存在的问题等方向,对生物质塑料在汽车应用研究做一定的综述。 2. 天然高分子 天然高分子材料是最早得到应用的生物质塑料,也是研究比较广泛的生物质塑料,其主要包括淀粉基聚合物材料、天然纤维以及甲壳素等。目前在汽车工业中应用最多的就是天然纤维。相对于传统的玻璃纤维,天然纤维及其复合材料具有节约石油资源、废弃后对环境影响小、减重效果更明显(密度小,质量轻)、原料成本低且来源广泛等优点。天然纤维在汽车内饰件制造的应用已经越来越广泛,并已开始用于汽车外部部件(如挡泥板衬和扰流板)的尝试。 2.1 天然纤维的改性研究 宣善勇,男,博士,毕业于中国科学技术大学火灾国家重点实验室,2011年7月进入奇 瑞汽车股份有限公司博士后工作站,主要研究方向为聚乳酸复合材料的改性。

常用塑料在汽车上的应用

常用塑料在汽车上的应用 如今汽车行业,塑料代替昂贵的金属材料已经成为发展的必然趋势,高强度的工程塑料不但降低零部件加工、装配及维修费用,还使汽车更轻量化、节能和环保。根据数据显示,塑料及其复合材料是最重要的汽车轻质材料。它不仅可减轻零部件约40%的质量,而且还可以使采购成本降低40%左右,因此近年来在汽车中的用量也迅速上升,成为汽车制造的“新宠儿”。 目前,汽车塑料中用量最大的通用塑料品种是聚丙烯(PP)、ABS树脂、聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)。聚烯烃材料构成了汽车主要的塑料件,下面将列举几种主流的汽车工程塑料。 聚丙烯(PP)

PP可以用作多种汽车零部件,现在典型的乘用车中,PP塑料部件占60多个。PP汽车零部件主要品种有:保险杠、仪表板、门内饰板、空调器零部件、蓄电池外壳、冷却风扇、方向盘,其中前五种占全车PP用量的一半以上。 聚乙烯(PE) 通过对高密度PE和低密度PE树脂的接枝改性和填充增韧改性,得到了具有良好的柔韧性、耐候性和涂装性能的系列改性PE合金材料。PE主要采用吹塑方法生产燃油箱、通风管、导流板和各类储罐等。 近几年PE在汽车上的用量基本没增加,值得注意的是汽车轻量化的发展趋势促进了燃油箱的塑料化。欧洲汽车上正式采用塑料燃油箱,其主要材料为高分子量高密度聚乙烯(HMWHDPE)。 聚甲醛(POM) 具有优良的耐摩擦磨耗特性、长期滑动特性、成型流动性和表面美观、光泽特性,也适用于嵌件模塑。汽车底盘衬套,如转向节衬套、各种支架衬套、前后板簧衬套、制动器衬套等广泛采用聚甲醛型三层复合材料,它是以冷轧钢板为基体,以烧结多孔青铜粉为中间层,表面覆合改性聚甲醛作减摩层的三层复合材料。并轧出一定规律的储油坑,其结构决定丁它的特殊性能:既具有钢的机械强度和刚性,同时又有优良的边界润滑条件下的减摩抗磨特性。其它应用包括车门把手、安全带机械部件、组合开关和反射镜等。 ABS树脂

汽车塑料燃油箱de技术条件

xx企业标准 xxx 1—2008 汽车塑料燃油箱技术条件 2008-07-30发布2008-08-01实施 xx发布

前言 本标准是对Q/WSR 4—2004的修订,修订的主要依据是GB 18296-2001汽车燃油箱安全性能要求和试验方法和QC/T644-2000汽车金属燃油箱技术条件,修订的主要内容如下:——标准名称改为“汽车塑料燃油箱技术条件”; ——增加外观尺寸偏差和壁厚允差规定; ——明确安全性能项目; ——规范技术要求和试验方法用语; ——增加抽样项目、抽样方案。 本标准实施之日起代替Q/WSR 4-2004 。 本标准由xx提出。 本标准由xx负责起草。 本标准2004年5月首次发布,2008年6月第一次修订。

汽车塑料燃油箱技术条件 1 范围 本标准规定了汽车塑料燃油箱(以下简称燃油箱)术语和定义、产品分类、要求、试验方法、检验规则、标识、包装、运输及储存。 本标准适用于吹塑型汽车塑料燃油箱。 2 规范性引用文件 下列标准中的条款,通过本标准引用而成为本标准条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版本均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 QC/T 572 清洁度工作导则测定方法 3 定义 3.1吹塑型塑料燃油箱 由塑料采用吹制工艺成型的固定于汽车上用于存贮燃油的独立箱体总成,是由燃油箱体、加油管、加油口、燃油箱盖、管接头及其他附属装置装配成的整体。 3.2燃油泄漏 燃油自燃油箱内呈线状或滴状下落。 3.3额定容量 燃油箱设计参数中规定加注燃油的容积。 3.4耐火试验盛液器 耐火性试验中用来燃烧燃油的平底容器。 3.5耐火试验隔棚 耐火性试验中覆盖在耐火试验盛液器上的平板 3.6燃油箱易损伤部位 根据燃油箱的形状及装配方式确定的燃油箱最容易受到冲击损坏的部位。 3.7燃油箱通气装置 包括安全阀、进气阀、排气阀和燃油箱蒸发排放控制用的排气口。 3.8单层塑料燃油箱 由高密度聚乙烯(HDPE)单一材料制作而成的燃油箱。 3.9多层塑料燃油箱 由高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙烯-乙醇(EVOH)与粘接剂制作而成具有高阻隔性能的燃油

塑料在汽车油箱中的应用现状与发展趋势_兰小蓉

技术与应用 1塑料油箱取代金属油箱 由于金属油箱的阻隔性能差、在交通事故中容易导致燃油爆炸、汽车装备偏重等缺陷,塑料油箱的出现可以较好解决金属燃油箱出现的问题。另外,塑料油箱还具有如下优势:(1)生产成本低。与金属材料相比,塑料价格便宜。(2)设计空间灵活。可以根据需要加工成各种所需形状,从而节约汽车空间,因而增加燃油的载重量。例如PASSAT塑料燃油箱容量51L,同金属燃油箱相比容量大6L,重量却轻了1.5kg。(3)隔热性能好。在车辆着火时汽车燃油箱不会很快升温,可延迟爆炸时间而增加乘务员生存的希望。(4)成型加工性以及工艺改进性能优异。从而使得燃油箱易规模生产,简化生产制造工艺。(5)耐老化性能优异,使用寿命高。例如高分子量聚乙烯材料长期稳定性能好,从而可使燃油箱的使用寿命达10年之久。 2塑料油箱的改性 十几年前,吹塑成型HDPE燃油箱的利用率已达50%,也有用超高分子量聚乙烯制作。但是PE对油的阻隔性差,为了降低塑料油箱的漏油量,目前主要采用以下几种生产方法来提高和改善其阻隔性: (1)乙烯与乙烯醇共聚物: 乙烯/乙烯醇共聚物(EV0H)这种材料可降低燃油泄漏,并提高油箱结构的完整性,抗冲击性和耐温性。 (2)HM-WHDPE与EVOH的复合材料: 超高分子量高密度聚乙烯(HM-WHDPE)的相对质量分子愈大,冲击强度愈大,密度也愈大。同时刚性及防止汽油的渗漏性也可以得到很好的改善。但是,单纯用HM-WHDPE来制作燃油箱,其燃油透过率无法达到规定标准,所以可考虑在中间添加阻隔性能优良的EVOH树脂。 (3)对单层塑料燃油箱内壁进行表面处理: 环氧喷涂法。此法较落后,效果也差,现已基本被淘汰。 磺化(SO2气体)处理法。此技术先前是美国Dow化学公司率先开发成功,把油箱从模具上卸下移到别处进行的,目前由Dow和Jonnson公司共同开发研究的新技术是在模具上直接进行磺化处理工艺。磺化处理目前主要用于欧洲,世界上最大的HDPE模具制造商Kublman公司声称用此法处理过3兆个汽车油箱。Mich联合技术公司用无机钙溶液替代NH3,大大提高了油箱的阻透性和抗溶胀性。 氟气(F2)处理法。该方法是在吹塑成型过程中,同时向油箱内部吹入含有1%氟的氮气,使其油箱内层形成防燃油渗透的含氟层。资料证实:将氟化处理的油箱与未氟化处理的油箱装入同量的燃油,在50℃下放置28天,氟化处理油箱的汽油损失约2%,而未处理的HDPE油箱汽油损失达一半以上。 等离子体处理。等离子体是一种全部或部分电离的气体,含有原子、分子、亚稳态离子和激发态离子。等离子体有高、低温之分,低温可用于高分子合成、界面反应。其基本原理是用电场加速电子成亚稳态离子,使其击断PE分子链上的键(如C-H,C-C和CC等),再接上单体或其他物质,使聚乙烯表面积附一层超密度(1.7g/cm3)的阻透膜。目前,用该技术处理塑料油箱的公司有Huel公司、INPRO公司等。 (4)阻隔树脂在基体树脂中形成层状的方法—— —聚乙烯与阻隔树脂共混改性: 层状共混阻隔改性的机理:起阻隔作用的阻隔树脂(尼龙或乙烯-乙烯醇共聚物即EVOH)分散相呈层状分布于连续相机体树脂中,阻隔层与基体组成多层结构,使得容器中溶剂分子穿透途径变得迂回曲折,增加了途径的长度,因而增加了容器的阻隔性能。 为了得到这种层状结构,原料必须满足下列条件: ①基体树脂必须易于加工,并在特定的设备内加工,它必须具有较低的流动活化能,其粘弹特性应与阻隔树脂相匹配;②阻隔树脂应与基体树脂不相容,它在加工温度下有较高的熔点和粘度,并应具有足够的熔体拉伸性;③必须加一定量的相容剂,控制阻隔树脂与基体树脂间的界面张力。 为了使阻隔树脂能以层状分散于基体树脂中,还必须选择合适的加工工艺条件。 在加工过程中,如果流场较弱,阻隔树脂没有被足够拉伸,而以较大颗粒状分布于基体树脂中,共混物的阻隔性能不好;反之,流场过度,阻隔树脂由于受到过强的剪切而被破裂成微粒,不形成片状,共混物的阻隔效果同样得不到改善。 几种形成层状的方法: 塑料在汽车油箱中的应用现状与发展趋势 □兰小蓉 (四川大学高分子科学与工程学院四川?成都610065) 摘要随着工业化的深入发展,汽车行业也得到了极大的发展。汽车的油箱部分不仅是整个汽车系统的动力所在,更是发生交通事故时,产生剧烈燃烧乃至发生爆炸的主要诱导部件。在早期的汽车油箱中,金属油箱得到了广泛的使用,但由于其阻隔性能差、交通事故中容易导致燃油爆炸、汽车装备偏重等缺陷,因而近年来,塑料油箱以其独特的优势,逐步取代着传统的金属油箱。 关键词汽车油箱塑料 中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1007-3973(2007)07-23-02 23 科协论坛?2007年第7期(下)

汽车用塑料材料

汽车用塑料材料的一般要求: 冲击强度与模量相均衡,即同时具备坚、韧的特性; 优良的尺寸稳定性,即材料在长时间负荷下的抗蠕变性要好; 耐温性好,保证材料在光照及受热的工作环境下不变形; 具备特定的表面性能,如哑光、高硬度耐刮伤、易于涂装、电镀等; 汽车用塑料应具备的特性: 耐气候性优良,保证长时间使用不变色、不老化龟裂(包括耐热氧老化和光老化); 耐化学品性佳,以抵抗油品及日化品的侵蚀; 易成型性,对注塑级材料应具有足够的流动性,确保结构复杂部件的成型,并提高生产效率; 经济性,要求材料具有高性价比 汽车外饰件的材料要求 耐候性:对于不涂装或电镀的部件应选用耐候材料,如AES、ASA(AAS)、PC/PBT (PET)等; 耐热性:因环境温度低,标准耐热级就可满足要求; 耐低温性:要求材料具有一定的耐低温性,防止冬季低温环境下部件开裂; 耐化学品性:防止油品及酸雨的侵蚀; 耐刮伤性:要求材料具有一定的表面硬度和较低的摩擦系数,以防止刮伤。 汽车内饰件的材料要求 耐热性:因夏季长时间光照,车厢内温度比较高,要求内饰件材料具有高耐热性; 耐老化性:包括热氧老化和光老化,防止部件老化变色、劣化; 气味性:为了驾乘人员的身体健康,材料应确保低挥发性、低气味; 哑光性:为确保驾驶安全,选用哑光材料或哑光皮纹; 耐刮伤性:要求材料具有一定的表面硬度和较低的摩擦系数,以防止刮伤起毛。 1 2 3 5 4 6

内饰产品所涉及的非金属材料 1. 热塑性材料(ABS 、PP 、TPO 、苯乙烯/顺丁烯二酸酐SMA 等) 2. 热固性材料(酚醛树脂) 3. 面料(机织、针织、无纺布) 4. 皮革、人造革 5. 发泡料(聚氨脂类) 21 4 3 具体部件的材料选择

中国汽车专用改性塑料行业报告

中国汽车专用改性塑料行业报告 日5月7年2019. 改性塑料属于石油化工产品供应链中的一环,处在直接使用顾客和材料供应商之间,是材料供应链的最末端。近10年来,中国改性塑料行业随着国民经济的稳定健康发展而实现了跨越式发展,连续十年经济技术指标稳步大幅递增,全行业不断发展壮大,已成为中国国民经济持续繁荣的重要产业之一。中国改性塑料行业技术创新能力得到进一步增强,企业技术研发中心数量不断增多,已构建成若干个区域性高新技术产业群。产业结构、企业结构和产品结构不断调整,产业集

约度逐步升级,改性塑料行业的整体优势得到进一步提升和加强,与国际上发达国家的差距正在逐渐缩小,某些方面已达到世界先进水平。 一、中国改性塑料行业的几个特点 在加工设备、改性技术不断发展成熟的今天,我国改性塑料工业体系也得到了逐步的完善。我国改性塑料产业发展呈现六大显著. 特点。 一是通用塑料工程化。尽管工程塑料新品种不断增加,应用领域也在不断拓展,并且由于生产装置的扩大,使得成本逐渐降低,但目前工程塑料的市场价格仍然远远高于通用塑料的价格,在产量上也远低于通用塑料。随着改性设备的发展、改性技术的进步,通用塑料如聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABS)等通过改性提升了强度,耐热性等性能指标,具备了某些工程塑料的特性,但价格却具有显著的优势,因此能够抢占部分传统工程塑料的应用市场。 二是工程塑料高性能化。随着国内汽车、电气、电子、通讯和机械工业的蓬勃发展,对现有的工程塑料品种如聚碳酸酯(PC)、)等提出了更高的性PPO)、聚苯醚(PET和PBT)、聚酯(PA尼龙(. 能要求,如用做节能灯底座的塑料要求耐高温、耐黄变,用做芯片托盘的塑料要求耐挠曲、抗静电,用做电子接插件的塑料要求高阻燃、高耐热、高流动,用做机械齿轮的塑料要求耐磨、高刚性、高尺寸稳

汽车塑料外饰件的应用现状与发展趋势

汽车塑料外饰件的应用现状与发展趋势 塑料以其加工性优良,使用性能优异及可降低成本,特别是减重等一系列的优势,正越来越多地代替金属应用于汽车零部件的制造中,其中包括汽车外饰件。 图1 依维柯卡车的面罩,采用DCPD材料制造 塑料以其加工性优良、使用性能优异及可降低成本,特别是减重等一系列的优势,正越来越多地代替金属用于汽车零部件的制造中,其中包括汽车外饰件。本文介绍了多种热塑性塑料和热固性塑料及工艺应用于汽车外饰件的现状,并指出了它们的发展趋势。 随着塑料材料技术的发展和制造工艺的不断进步,越来越多的汽车外饰件开始使用塑料材料而非金属来制造。塑料外饰件在乘用车中典型的应用包括保险杠、散热器格栅、翼子板、车灯壳体、后视镜壳体、天窗系统、门把手、车身装饰板、发动机盖、行李箱盖、后背门及硬顶等。使用的塑料材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、尼龙、ABS、聚碳酸酯以及纤维增强复合材料。塑料外饰件在商用车中的应用主要以纤维增强热固性复合材料为主,应用部件包括保险杆、面罩、脚踏板、高顶、导流罩及导流

板等。应用在乘用车中的塑料部件占车身总重量的比例平均已经达到8%~12%,但应用于外饰件的比例仅占车身总重的1%~2%。 热塑性塑料在外饰件中的应用主要是利用其成型加工方面的优势,容易实现复杂的造型,生产效率和质量的一致性高,同时塑料通过合成和改性,能够在某些方面达到比较高的性能,如高韧性和耐划伤等。热固性复合材料由于具有高的热稳定性,通过增强后能够提供更高的力学性能,主要应用于结构功能部件,最有代表性的是乘用车行李箱盖、背门、尾翼及硬顶等。在面积较大的部件制造中,主要选用纤维增强热固性复合材料。 图2 宝马6系行李箱盖,采用SMC材料及工艺,由Polytec Group制造 非纤维增强塑料制造的汽车外饰件的主要成型工艺是注塑成型,后涂装涉及到电镀、油漆喷涂等工艺。由于塑料材料在耐温和喷涂工艺方面与金属材料有很大不同,大部分塑料外饰件的表面涂装都是与白车身分开独立进行的,但可在线喷涂的塑料材料技术也是一个重要的发展方向。相比之下,纤维增强热固性塑料制造的汽车外饰件的成型工艺种类较多,包括SMC模压成型、ZMC注塑成型以及RTM工艺等。在乘用车部件中,更多地使用到生产效率高、可达到A级表面的SMC成型工艺,因为纤维增强热固性复合材料具有更高的热稳定性,容易实现与白车身在线喷涂。在国内比较有代表性的产品包括克莱斯勒切诺基213的背门、雪铁龙富康两厢车背门。

塑料在汽车工业中的应用

塑料在汽车工业中的应用 当前,世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化。减轻汽车自身的重量是降低汽车排放,提高燃烧效率的最有效措施之一,汽车的自重每减少10%,燃油的消耗可降低6%~8%。为此,增加塑料类材料在汽车中的使用量,便成为降低整车成本及其重量,增加汽车有效载荷的关键。 汽车用塑料零部件分为三类:内饰件、外饰件和功能件。自20世纪90年代以来,随着汽车材料国产化的开展,我国汽车用塑料步入了世界发展的轨道。 在我国,塑料件约占汽车自重的7%~10%,举例来说,在轿车和轻型车中,CA7220小红旗轿车中的塑料用量为88.33kg,上海桑塔纳为67.2 kg,奥迪为89.98 kg,富康为81.5 k g,依维柯0041则为144.5 kg;在重型车中,斯太尔1491为 82.25kg,斯太尔王为120.5 kg。据有关部门统计,我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP,PVC,PU,不饱和树脂,ABS,PF,PE,PA,PC,复合材料。 但是,与汽车工业发达国家相比,我国还存在很大的差距,德国、美国、日本等国的汽车塑料用量已达到10%~15%,有的甚至达到了20%以上。虽然各国使用的塑料品种不尽相同,但大体相似。就不同品种的塑料用量来看,如果按使用数量排列,德国是PVC,PU,PP,PE,ABS;美国是PU,PP,PE, PVC,ABS;日本是PVC,PP,PU,ABS,PE,FRP。 内饰件 一辆汽车最容易出彩的是内饰件,因为汽车的外观是给别人看的,而人们真正享受的是汽车的内饰,内饰强调触觉、手感、舒适性和可视性等。内饰产品主要包括以下几个方面: ●仪表板 欧洲汽车的仪表板一般以ABS/PC及增强PP为主要材料;美国汽车的仪表板多用苯乙烯/顺丁烯二酸酐SMA,这类材料价格低,耐热、耐冲击,具有良好的综合性能;日本汽车的仪表板曾采用过ABS和增强PP材料,目前则以玻璃纤维增强的SAN为主,有时也采用耐热性更好的改性PPE。随着电子技术的应用,高度的控制技术、发动机前置前轮驱动汽车操纵系统以及其它中央控制系统等将被集中在仪表板周围,因此,由纺织物来取代目前在聚氨酯发泡体表面覆盖的聚乙烯表皮将成为可能。 目前,我国使用的仪表板可分为硬仪表板和软仪表板两种。硬仪表板常被用在轻、小型货车、大货车和客车上,一般采用PP、PC、ABS、ABS/PC等一次性注射成型。这种仪表板表面有花纹,尺寸很大,无蒙皮,对表面质量要求很高,对材料的要求是耐湿、耐热、刚性好、不易变形。但由于这种仪表板通常采用多点注射成型,易形成流痕和粘接痕,同时添加色母不均,容易产生色差,因此表面需经涂装后才能使用,且最好选用亚光漆涂装。另外,由于高档仪表板追求质感,所以在仪表板表面做一部分桃木饰纹将是一种发展方向。 软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成。斯太尔“7001”产品采用钢板骨架,也有用ABS、改性PP、FRP做骨架的;桑塔纳、捷达、富康及斯太尔“7001”均采用PVC/ABS或PVC片材作为表皮材料,并带有皮纹,其加工工艺是先将表皮真空吸塑成型,再将吸塑好的表皮修剪后备用,置入发泡模腔内,

汽车设计中常用塑料材料及其合理选择方法

汽车设计中常用塑料材料及其合理选择方法 一、高分子材料的主要特征介绍 热塑性塑料 热塑性塑料是指在特定的温度范围内,能反复加热软化和冷却硬化的材料。高聚物由长分子链组成。热塑性高聚物的分子链有线型的或支链的结构。用相对平均分子质量来表征和测定高聚物分子链的长度。分子量越大,固态高聚物的力学强度越好,黏流态高聚物的黏度更高。 聚合物的聚集态结构 表2-2是一些碳链聚合物和杂链聚合物的结构 聚合物内分子链与分子链之间的聚集状态,即聚集态结构,也是聚合物的主要结构参

数。按照分子间的排列状况,可以将固态聚合物的聚集态分为结晶态、无定形态(即非结晶态),结晶态是指线型的和支链型的大分子,能够在三维方向上规则整齐的排列形成晶体结构。具有结晶结构的,或者能形成结晶结构的聚合物称为结晶性聚合物。 与此相反,分子链排列呈无序状态,则定义为无定形态。凡是在任何条件下都不能结晶的称为无定形聚合物。在晶体形成过程中,可能有一部分大分子或大分子链段没有机会结晶,成为聚合物中的无定形部分。结晶部分在聚合物中所占的比例称为结晶度。即便在同一品种的聚合物也因有结构上的差异而影响结晶度。例如低密度聚乙烯,由于其具有较多的支链,使链的规整性收到破坏,因而结晶度低于线型的高密度聚乙烯。 结晶度和无定形态是两 种不同的聚集状态,因此,导 致性能上的较大差异也是必 然的。 由于分子链在较高温度 下有自由卷曲的倾向,当对其 施加外历时,分子链便会伸 展。许许多多伸展的链沿力的 作用方向进行有序的排列,就 形成了取向态,将已经形成取 向态的聚合物降低温度,使其 冻结,取向结构便会保留于制 品中。 取向态和结晶态都以高 分子的排列有序为特征,所不 同的是,结晶态是三维有序, 并且是在合适的外界条件下 自发生成的;而取向态只是一 维或二维有序。如果作用力来 自于一个方向,则分子链单向 取向。 塑料的物态 聚合物在不同的温度条 件下可处于三种物理状态,即 玻璃态、高弹态和黏流态。大 部分塑料以温室下的玻璃态为特征。所谓玻璃态是指塑料在这一状态下呈刚性,质硬如玻璃受外历时变形很小而且是可逆的。塑料在这一状态下作为刚性材料使用,是合乎逻辑的。

油箱塑料

技术与应用塑料在汽车油箱中的应用现状与发展趋势□ 兰小蓉四川成都? (四川大学高分子科学与工程学院摘610065)要随着工业化的深入发展,汽车行业也得到了极大的发展。汽车的油箱部分不仅是整个汽车系统的动力所在,更是发生交通事故时,产生剧烈燃烧乃至发生爆炸的主要诱导部件。在早期的汽车油箱中,金属油箱得到交通事故中容易导致燃油爆炸、汽车装备偏重等缺陷,因而近年来,塑料油箱了广泛的使用,但由于其阻隔性能差、以其独特的优势,逐步取代着传统的金属油箱。关键词汽车油箱塑料文献标识码:A文章编号:1007-3973(2007)07-23-02中图分类号:TP3931塑料油箱取代金属油箱由于金属油箱的阻隔性能差、在交通事故中容易导致燃油爆炸、车装备偏重等缺陷,塑料油箱的出现可以较好解汽决金属燃油箱出现的问题。另外,塑料油箱还具有如下优势:(1)生产成本低。与金属材料相比,塑料价格便宜。2)设(计空间灵活。可以根据需要加工成各种所需形状,从而节约汽车空间,因而增加燃油的载重量。例如PASSAT塑料燃油箱容量51L,同金属燃油箱相比容量大6L,重量却轻了理过3兆个汽车油箱。Mich联合技术公司用无机钙溶液替代NH3,大大提高了油箱的阻透性和抗溶胀性。氟气(F2)处理法。该方法是在吹塑成型过程中,同时向油箱内部吹入含有1%氟的氮气,使其油箱内层形成防燃油渗透的含氟层。资料证实:将氟化处理的油箱与未氟化处理的油箱装入同量的燃油,在50℃下放置28天,氟化处理油箱的汽油损失约2%,而未处理的HDPE油箱汽油损失达一半以上。等离子体处理。等离子体是一种全部或部分电离的气体,含有原子、分子、亚稳态离子和激发态离子。等离子体有高、低温之分,低温可用于高分子合成、界面反应。其基本原理是用电场加速电子成亚稳态离子,使其击断PE分子链上的键(如C-H,C-C和CC等),再接上单体或其他物质,使聚乙烯表面积附一层超密度(1.7g/cm3)的阻透膜。目前,用该技术处理塑料油箱的公司有Huel公司、INPRO公司等。(4)阻隔树脂在基体树脂中形成层状的方法———聚乙烯与阻隔树脂共混改性:层状共混阻隔改性的机理:起阻隔作用的阻隔树脂(尼龙或乙烯-乙烯醇共聚物即EVOH)分散相呈层状分布于连续相机体树脂中,阻隔层与基体组成多层结构,使得容器中溶剂分子穿透途径变得迂回曲折,增加了途径的长度,因而增加了容器的阻隔性能。为了得到这种层状结构,原料必须满足下列条件:1.5kg。(3)隔热性能好。在车辆着火时汽车燃油箱不会很快升温,可延迟爆炸时间而增加乘务员生存的希望。4)成型加(工性以及工艺改进性能优异。从而使得燃油箱易规模生产,简化生产制造工艺。(5)耐老化性能优异,使用寿命高。例如高分子量聚乙烯材料长期稳定性能好,从而可使燃油箱的使用寿命达10年之久。2塑料油箱的改性十几年前,吹塑成型HDPE燃油箱的利用率已达50%,也有用超高分子量聚乙烯制作。但是PE对油的阻隔性差,为了降低塑料油箱的漏油量,目前主要采用以下几种生产方法来提高和改善其阻隔性:(1)乙烯与乙烯醇共聚物:乙烯/乙烯醇共聚物(EV0H)这种材料可降低燃油泄漏,并提高油箱结构的完整性,抗冲击性和耐温性。(2)HM-WHDPE与EVOH的复合材料:超高分子量高密度聚乙烯(HM-WHDPE)的相对质量分子愈大,冲击强度愈大,密度也愈大。同时刚性及防止汽油的渗漏性也可以得到很好的改善。但是,单纯用HM-WHDPE来制作燃油箱,其燃油透过率无法达到规定标准,所以可考虑在中间添加阻隔性能优良的EVOH树脂。(3)对单层塑料燃油箱内壁进行表面处理:环氧喷涂法。此法较落后,效果也差,现已基本被淘汰。磺化(SO2气体)处理法。此技术先前是美国Dow化学公司率先开发成功,把油箱从模具上卸下移到别处进行的,目前由

塑料燃油箱在汽车上的应用及发展

塑料燃油箱在汽车上的应用及发展 随着汽车工业的快速发展和汽车环保要求的提高,燃油箱作为汽车部件中重要的安全件和法规件,对其进行结构优化和性能提高成为各大汽车 随着汽车工业的快速发展和汽车环保要求的提高,燃油箱作为汽车部件中重要的安全件和法规件,对其进行结构优化和性能提高成为各大汽车制造商竞相探讨和解决的问题。 早先的汽车燃油箱大多以金属材料如ST12/ST14冷轧钢板制造,其特点是体积较大,价格便宜,成型容易,模具成本相对较低,一般卡车上多数仍然使用这种大容量、刚度和强度较好的金属油箱。但随着欧IV、欧V排放指标的提高,加上共轨系统对燃油系统材料提出了新的要求(由于铜元素会加速柴油的老化,锌、铅、锡等元素会被燃油中的酸性物质所腐蚀,燃油系统应避免含有铜、锌、铅、锡等成分),由此诞生了铝合金油箱。铝合金材料如3303、5052的铝镁合金以其质量轻、强度高、耐腐蚀、外观美观等优点,代替钢铁材料进入汽车零部件已成为一种趋势,但铝合金油箱成本较高,焊接难度较大,受撞击时容易变形,这些特点都使得铝合金油箱的普及和发展受到了一定的限制。 相比之下,塑料燃油箱以其更好的安全性、更强的耐腐蚀性和更长的使用寿命脱颖而出。笔者现就塑料燃油箱的发展、主要生产方法、阻隔性改善工艺、设计特点、成本驱动因素及发展前景作一介绍。 1 塑料燃油箱的发展 汽车塑料燃油箱的发展起步于欧洲,世界上第一只汽车塑料燃油箱是由德国V olkswagen 汽车公司、BASF公司和Kautex公司于20世纪6O年代联合研究开发而成的,并在Porsche 跑车上得到了成功应用Hj。全球市场上的主要前三大供应商Iner—gY 、Kautex及TI Walbro 占有全球75%以上的塑料油箱市场份额,处于世界塑料燃油箱的领导者地位。随着汽车市场竞争的加剧,成本压力增大,我国政府越来越重视国家自主创新能力的培育,经过二十几年的研究,塑料燃油箱在中国市场迅速发展并广泛应用。第一阵营的亚普(Yapp)、Kautex、八千代填补了国内塑料燃油箱的空白,成功地替代了进口,三家公司的产量已经约占国内塑料燃油箱生产总量的70%。第二阵营的江苏泰顺塑光、安徽芜湖顺荣以自主品牌抢占了一定

汽车塑料的发展现状与趋势

汽车塑料的发展现状及趋势 来源:中国汽车工业信息网 1塑料在汽车上的应用现状 目前,塑料在汽车上的应用主要分为3类:外装件、饰件和功能结构件。塑料外装件减轻了汽车质量,达到了节能目的;塑料饰件具有安全、环保、舒适的特征,用可吸收冲击能量和振动能量的弹性体和发泡塑料制造仪表板。座椅、头枕等制品,可减轻碰撞时对人体造成的伤害,提高汽车的安全系数;功能结构件多采用高强度工程塑料,以减轻质量、降低成本、简化工艺,如塑料燃油箱、发动机和底盘上的一些零件等。当前,汽车用塑料的品种包括:聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯等等,一般使用的是它们的改性材料和复合材料。现阶段我国车用塑料居前7位的品种及其所占比例见表1。 1.1饰件 汽车饰件主要有仪表板、车门板、副仪表板、杂物箱盖、座椅、后护板、安全气囊、座椅和顶棚等,汽车饰件用塑料量已占整车塑料用量的50%左右。汽车塑料饰件特别强调触觉、手感、舒适性和可视性等,所用材料应满足表面不反光、无异味、不产生使车玻璃变模糊的物质、表面污物易除去、阻燃性好等要求。以前的汽车饰件较多采用PVC、ABS和PUR等,现在,仪表板、护板和座椅

中的PVC已逐渐被其它塑料取代,门手柄、杂物箱、门槛饰条及其他零件也已更多地使用改性PP、ABS及塑料合金等各种可回收的改性塑料(参见表2)。 仪表板是主要的汽车装饰件之一。硬质仪表板属于整体一次注塑成型的、大尺寸、复杂形状的薄壁结构部件,所用材料有改性聚苯醚(PPO),s/MA(苯乙烯/马来酸酐共聚物)和增韧增强改性PP专用料等。目前,部分中低档轿车、大部分经济型轿车,中型客车和微型车使用一次注射成型的硬质仪表板,高档汽车使用软质仪表板。软质仪表板由表皮、骨架和缓冲材料等3部分构成,中国轿车一般采用PVC/ABS片材真空吸塑制备仪表板表皮,骨架采用金属材料或改性PP,缓冲材料则为PU半硬泡沫塑料或PP发泡材料。 1.2外饰件 汽车外饰件的材质从前以金属合金材料为主,现已逐步转向以各种改性塑料材料为主,这样不仅能够降低生产成本、设计出更时尚和更符合空气动力学的外型,而且可大大减轻汽车质量。汽车外饰件主要有:汽车保险杆、散热器格栅,挡泥板(轮罩壳)、导流板、车身面板。汽车窗、翼子板和汽车照明灯具等。 (1)保险杠

汽车设计中常用塑料材料

汽车设计中常用塑料材料 以下我们列举出塑料最突出的几个优点,以此说明将塑料作为工业设计的首选材料应该是一个合乎逻辑的选择。 (1)低密度,塑料的密度一般在0.9~1.4g/cm3,其重量可以比铝材和钢材分别轻20%和50% 以上; (2)透明、耐冲击,许多塑料具有非常好的透明性,透明性好的有机玻璃,透光率可达92%, 而且冲击强度是无机玻璃的250倍。 (3)成型加工性优良,具体表现在:成型方法多;从原料到成品一次完成,形状复杂的部件 也可从原料到成品一次成型,而金属部件,加工出一个形状复杂的部件,可能要经过数十道工序;较大的设计灵活性; (4)材料的可设计行强,可以用于塑料的合成树脂有300多种,经常使用的也有40余种; (5)理想的手感、触感和视觉效果; 1、聚乙烯(PE)它是乙烯聚合的结晶型塑料。熔体的流动性能好。 低密度聚乙烯(LDPE),用高压法生产,结晶度较低为45%-65%,其柔软性、断裂生长率、重击强度和透明性较好。高密度聚乙烯(HDPE),用低压法生产,结晶度高为85%-95%,具有较高的机械强度和使用温度,适宜中空吹塑,注射和挤出各种瓶、盆、桶、片材、管材和异形材。 设计注意: 不耐高浓度氧化性酸和其他强氧化剂,60°以上可溶于某些有机溶剂。 PE塑料上最好不要直接嵌塑金属件。金属周围的塑料会因负载应力过大而断裂脱开。 动植物油、矿物油能使PE溶胀,能引起制品机械受力部位周围的应力龟裂,这就是聚乙烯的环境应力开裂性。 由于非极性、表面能低、印刷及粘结都比较困难。 收缩性较大,且方向性明显,注塑制品易翘曲变形。 2、聚丙烯(PP)它是密度小而耐热性较好的结晶型聚合物。性能 与PE相近,其成型收缩率大,熔体流动性好,有突出的抗疲劳性能。制品力学性能好,具有高的刚性和表面硬度,特别是有非常优异的耐弯曲疲劳性,能经受几十万次的折叠弯曲而不破坏,很适合用于铰链,长期使用温度可达120°C,不受外力时最高可达150°C,低吸水性,突出的耐化学药品性,能耐80°C以下的酸、碱、盐及很多极性有机溶剂。PP的低 T为-20°C左右,在此温度早已脆化。PP制造的壳体温重击强度低,它的玻璃化转变温度 g 等结构件,如经受过0°C以下的冷冻,就要考虑可能会出现的破裂现象。因此需经复合或共混改性方法加以改善。

汽车用塑料油箱的阻隔技术[1]

收稿日期:2000-05-15。 作者简介:彭少贤,男,副教授,湖北工学院化工系副主任。从事高分子材料及工程研究,现主持几项国家自然科学基金项目。 论 坛 汽车用塑料油箱的阻隔技术 彭少贤 陆 昶 柯清泉 余若冰 (湖北工学院化工系,武汉,430068) 摘要:介绍了汽车用塑料燃油箱的优点,着重分析了提高塑料燃油箱阻隔性能的各种技术:氟化处理、磺化处理、等离子体处理、层状掺混技术、共挤出技术。同时还介绍了各种阻隔技术的国外发展状况以及国内燃油箱阻隔技术的发展现状。 关键词: 塑料燃油箱 阻隔性能 阻隔技术 塑料油箱同金属油箱相比有诸多优点,如重量轻,形状有更大的自由度,可最大限度地利用汽车座位底下的有效空间,增加油箱体积,提高了汽车利用空间,安全性、可靠性不亚于金属油箱[1],因此塑料油箱的研究自70年代以来不断取得进展。1973年德国大众公司首先在Passat Variant 型轿车上批量装备55L HDPE 塑料油箱,到1995年北美已有60%~70%的小汽车和轻型卡车使用了塑料油箱。1997年以后福特汽车公司生产的汽车中塑料油箱使用率达100%。但由于汽油化学结构与HDPE 类似,其有效成分会湿润HDPE 油箱表面,逐渐扩散到容器内部并渗透到外界而气化损失掉。因此塑料油箱的燃油泄漏率比金属油箱高,这也是塑料油箱的缺点。同时,随着各国环保和安全要求的不断提高,对油箱阻透性能的要求越来越苛刻。因此,如何提高油箱的阻透性能成为塑料油箱存在和发展的关键。 1 塑料油箱阻渗技术 塑料油箱的阻渗性能是其重要的性能指标之 一,对此各国都作了较严格的规定。如欧洲根据ECE 规则规定,在23℃下储存燃油56天,平均每24h 烃类溶剂的渗透量小于10g ;在40℃下储存燃油的相应渗透量小于20g [2]。美国、日本、澳大利亚对燃油阻渗性能的规定较严格,例如美国的SHED 试验(Sealed Housing for Evaporating Determination )采用气相色谱法来测量燃油的渗透量,规定整个燃油系统的烃类溶剂的渗透率低于2g/24h 。提高塑料油箱阻渗性能的方法主要有3种,即表面处理法、 层状掺混法及共挤出法。111 表面处理法 目前提高油箱对燃油的阻渗性的表面处理法主要有氟化处理、磺化处理、等离子体处理3种。11111 氟化处理 氟化处理是最早成熟的技术,它的基本原理是利用氟气与容器内表面的聚乙烯发生化学反应,PE 主链上的部分氢原子被氟原子取代,形成深度为几微米的致密氟化合物,改变了油箱内表面特性(包括极性、内聚能密度与表面张力),从而减小了非极性溶剂的渗透。最初的氟化处理技术是美国空气及化学品公司(Airopark 工艺)和联碳公司(表面改性工艺)的专利技术。空气及化学品公司的Airopark 工艺是在容器的吹塑过程中进行氟化处理。其基本工艺是用混合比为10∶90的F 2-N 2混合气体与气化N 2(通常用低温贮罐供给)混合,形成含F 21%~2%的混合气体,注入被模具夹持的型坯内,同时F 2与容器内表面的聚乙烯发生化学反应形成氟化烃阻隔层。联碳公司的表面改性工艺用来处理成品容器,即把燃油箱置于压力容器内加热,用F 2-N 2混合气体来处理内表面层。资料证实:将氟化处理的油箱与未氟化处理的油箱装入同量的燃油,在50℃下放置28天,氟化处理油箱的汽油损失约2%,而未处理的HDPE 油箱汽油损失达一半以上。同时由 于氟化处理深度一般为5~100 μm 或稍厚,不会改现 代 塑 料 加 工 应 用 第12卷第6期 Modern Plastics Processing and Applications 2000年12月

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