汽车用塑料的应用和发展建议

    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。作为汽车的重要材料之一，汽车用塑料的发展也以这三方面为目标。随着研究的深入，汽车塑料的品种和应用范围不断扩大。

    由于塑料的优越特性，在汽车设计中大量采用塑料，不仅可以实现汽车结构轻量化设计，而且可以综合地反映对汽车设计性能的要求，即轻量化、安全、防腐、造型和舒适性等。另外，还有利于降低成本，节约材料资源。 

    塑料在汽车上的应用主要分为三类：内饰件、外装件、功能结构件。外装件：以塑代钢，可减轻汽车重量，达到节能的目的；内饰件：以安全、环保、舒适为应用特徵，用可吸收冲击能量和震动能量的弹性体和发泡塑料制造仪表板、座椅、头枕等制品，以减轻碰撞时对人体的伤害，提高汽车的安全系数；功能结构件：多采用高强度工程塑料，减轻重量，降低成本，简化工艺，如用塑料燃油箱、发动机和底盘上的一些零件。 

    汽车塑料材料与制品的发展趋势 
    随着塑料新材料的不断开发，塑料在汽车应用的领域不断扩大，主要表现在纳米复合材料、可喷涂和免喷涂塑料、塑件镜片和塑料玻璃、纤维增强热塑性塑料等的应用。 

    纳米复合材料的应用 
    TPO基纳米复合材料，应用于汽车内、外装饰件，优点是质轻、尺寸稳定性提高、强度更高、低温抗冲击性能更好。TPO系纳米复合材料做汽车踏脚板，已用于GM公司轿车，其具有较高的硬度、质量轻、低温下不发脆，而且容易回收。 

    丰田公司将纳米PP复合材料用于汽车前后保险杠，使原保险杠厚度由4mm减至3mm，重量减轻约1/3。丰田公司又相继推出了用于汽车内饰件的PP纳米复合材料。 

    纳米粒子的介入，不仅改善了聚合物的强度、刚性、韧性，而且还有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐热性及防紫外性等。由于加工简便，效果明显，业内对聚合物纳米复合材料的巿场前景持乐观态度。 

    可喷涂和免喷涂塑料 
    美国通用电器公司开发的可导电PPO/PA材料使车身塑料件能与金属冲压件一起进行阴极电泳（即可实现全在线喷涂），从而消除汽车车身非金属件与金属件的色差问题。 

    此外，用于制造汽车车身板的PC/PBT材料与SLX膜通过模内装饰注塑成型工艺制造塑料车身外板、前后翼子板及后举升门等，可以达到油漆的效果，可取消油漆线，以降低生产成本。该技术在国外轿车车身板的生产中开始使用，应引起国内同行关注。 

    塑件镜片和塑料玻璃 
    由美国GE公司生产的特殊聚碳酸酯做成的前大灯镜片，涂有防刮伤涂层，比玻璃镜片更亮，更抗破碎，更具光学加工的准确性。 

    美国在风挡玻璃的三层安全玻璃里面又贴附了20μm厚的聚氨酯膜。美国绝大部分客车采用丙烯酸树脂板，窗玻璃塑料化可以达到节能和保护乘员安全的目的。 

    纤维增强热塑性塑料 
    长纤维增强热塑性塑料（LFRT）是新型轻质高强度工程结构材料，因其重量轻、价廉、易于回收重复利用，在汽车上的应用发展很快。应用部位有：保险杠、行李仓底板、蓄电池槽、车门、车身、座椅靠背、备胎架、发动机底座、仪表盘等。 

    用天然纤维如亚麻、剑麻增强塑料制造车身零件，在汽车行业已经得到认可。一方面是由于天然纤维是环保材料，另一方面植物纤维比玻纤轻40%，减轻车重可降低油耗。用亚麻增强PP制作车身底板。材料的拉伸强度比钢要高，刚度不低于玻纤增强材料，制件更易于回收。对操作工人，可免除因玻纤引起的皮疹和呼吸性疾病。中国江阴一些企业已经开始生产这类材料。 

    塑料在汽车中的应用 
    动力传动系统 
    发动机气门室罩和油底壳采用聚酰胺、反应注塑聚氨酯、环氧树脂等玻璃纤维增强塑料模制或压制而成； 

    发动机的气缸衬垫和密封垫用高性能的或用特殊工艺生产的传统合成橡胶，其中包括CR和FRM。 

    耐磨PP成型材料应用于齿轮、轴等耐磨成型制品，取代聚甲醛塑料。 
    厢式车和货车中，用复合材料（玻璃和碳纤维）传动轴代替的金属轴，减轻了重量，降低了噪声和振动，并使工作更为平顺。英国GKN技术公司用纤维增强塑料制造的传动轴，重量减轻50%～60%，抗扭性比钢大1.0倍，弯曲刚度大1.5倍。 

    杜邦公司开发一种复合玻纤增强尼龙66用于V6发动机的有源集合塑料通风系统。 

    悬架系统 
    塑料弹簧可明显减轻重量。用碳纤维增强塑料（CFRP）制造的板簧为14kg，减轻重量76%。在美国、日本、欧洲都已使板簧、圆柱形螺旋弹簧实现了纤维增强塑料化，除具有明显的防振和降噪效果外，还达到轻量化的目的。 

    车身 
    塑料在汽车车身上的应用主要有三种模式。 
    1）外覆盖件与结构件全部采用塑料：主要用于高档跑车，其骨架结构件采用碳纤增强塑料，外覆盖件采用玻纤增强塑料，成本很高。 

    2）金属骨架与全塑外覆盖件车身相结合：车身采用玻纤增强热塑性聚酯注射成型，其设备为8800吨注射机，设备费用昂贵。 

    3）部分采用塑料外覆盖件：一些高级轿车，骨架结构采用金属件，外覆盖件则部分采用塑料件。按照塑料性质来分主要有：热塑性纤维增强塑料（FRTP），如玻纤增强PET，GMT；热固性纤维增强塑料（FRP），如手糊玻璃钢、RTM、SMC。按照纤维又可分为：碳纤增强塑料，为超高强度(比钢高)材料，价格昂贵；玻纤增强塑料，为普通增强材料。 

    开发塑料功能件，进一步减轻车重 
    用玻璃纤维毡增强热塑性塑料(GMT)制造支架、托架和多功能制件等； 
    应用塑料制造进气歧管可减轻重量40%-60%，且表面光滑，流动阻力小，可提高发动机性能，并在提高燃烧效率、降低油耗及减振降噪方面有一定作用。 

    开发在基体聚合物中掺入电导性填料的“复合型电导性塑料”，和塑料本身具有电导性的“电导性高分子化合物”，以其高功能性能供汽车生产选用。 

    国外许多汽车厂用泡沫聚氨酯制造门板，不仅减轻重量，强度、吸声性和安全性能也好。聚丙烯由于价格低廉，在美国汽车巿场上得到广泛应用，不仅用聚丙烯替代ABS，而且有些车型内饰全部使用聚丙烯。 

    目前国内使用的仪表板可分为硬质仪表板和软质仪表板两种。硬质仪表板一般为改性聚丙烯采用注射成型，在经济型车上使用。软质仪表板为聚氨酯反应发泡成型，通常用于中高档轿车。 

    发动机 
    利用塑料质轻、防锈、吸振、设计自由度大的特点，汽车发动机有关塑料结构件的应用在发达国家有了长足的进步，是中国汽车行业今后重点发展的方向之一。 

    发动机零部件塑料化的开发和发展可以分成两大类：一、替代金属件的注射成型制品，如：速度表齿轮、油泵齿轮、发动机汽缸盖、皮带轮罩、冷却风扇、发动机进气歧管、油门和离合器踏板等；二、聚烯烃、尼龙等的吹塑成型制品，如：成型连接管。 

    对中国汽车塑料发展的几点建议： 
    （一）中国汽车工业的高速发展，不仅得到世界各大汽车集团的瞩目，也受到世界各汽车零部件公司的关注，许多跨国汽车零部件公司都在中国建立合资、独资零部件企业。这些企业资金雄厚、技术先进、开发能力强，不仅会给同行业企业产生更大的压力，而且有垄断国内技术要求高的零部件巿场的可能。这对中国的汽车塑料行业既是竞争，更是威胁。 

    中国民族工业企业在自主创新上的重大突破，同样给我们汽车零部件、汽车塑料工业提出严峻的挑战：汽车零部件、汽车塑料行业能否及时跟上整车企业的步伐？能否借助这股拉动力加大技术投入，生产技术含量高的配套产品？ 

    国内汽车零部件、汽车塑料行业企业要在汽车行业中占有一席之地，必须提高国际竞争力，把企业开发能力和产品水平提到更高的层次上参与汽车工业的发展与竞争。 

    （二）高度重视环保工作。从设计开发阶段就要进行汽车用塑料材料回收、再生利用的研究，以满足环保的需要。这项研究不仅与汽车行业相关，也是整个社会要关注的事情，应借鉴汽车发达国家对环保的经验，作为重要课题研究。 

    欧洲和美国对于汽车塑料环保的定义是严格的，涉及一个产品的整个生命周期，即：使用环保的原材料；在环保的条件下制造生产；在使用和回收过程中不会对人的健康和环境有任何危害的产品；对塑料制品中的有害物质、气味要有评价方法，并应当标明含量。 

    在报废车辆处理方面：欧共体法律要求，汽车制造商到2006年要负责免费处置所有报废汽车，至少汽车总重量85%的材料都必须回收利用，其它15%的材料采用垃圾掩埋法处理；到2015年这两个比例将分别为95%和5%。金属材料部分已经能够充分回收利用；而非金属材料特别是塑料，由于种类多，用量大，鉴别和筛选周期长，回收利用成本较高。所以在产品设计过程中，就要考虑回收和回收成本问题。 

    尽管目前中国汽车工业还缺少这方面环保要求，但汽车塑料行业在发展中应当促进这一环保领域的创新。 

    （三）塑料原材料生产企业、汽车塑料制品生产企业、与汽车主机厂应加强合作，建立新材料开发研究联合体，协调新材料及新产品的开发工作。开发适合中国国情的汽车专用树脂、专用料、工程塑料系列产品，以提高中国汽车塑料的应用水平。 

    （四）在汽车塑料制品设计及生产中利用计算机辅助分析技术，加强对新工艺的研究，保证制品设计质量，缩短产品开发周期。重视低压注塑成型、气辅注塑成型等先进工艺在汽车上的应用。 

    （五）推动汽车塑料材料、制品向专业化、标准化、高品质化、环保化方向加速发展，提高质量，降低成本。 

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