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塑料与弹性体在汽车行业的应用10.1概述本章主要涉及塑料与弹性体在汽车行业中内饰、外饰、罩内、传动装置及底盘等部件的应用现状与发展前景。汽车的制动系统、输油系统、转向系统和传动系统中，又多处都使用了塑料部件。制动系统中的应用包括驾驶区的刹车踏板和车轮上的鼓式刹车、碟式刹车等；输油系统中的应用始于供油管，一直到发动机的气缸；转向系统中有方向盘、吸能式转向管柱、转向横轴、转向柱、加强盘、连杆、球节、轮轴；动力转向系统中有方向盘、软管、油泵、油箱和其他传动装置；发动机产生的能量由传动系统上的齿轮组传递至车轮处，根据传动方式的不同可分为前轮驱动、后轮驱动和四轮驱动。对于一些组件如进气歧管、输油输气系统、仪表板、变速器、驱动器等，虽然不同厂家有各自的生产平台，相应制品的设计形式会有所差异，但从概念上说，这些内燃机型汽车在很多方面都有着相通之处。本章所介绍的塑料与弹性体应用中采取的成型工艺包括注射成型、挤出成型、中空吹塑成型、热成型、转塑成型、反应注射成型（RIM）、树脂传递模塑（RTM）、模压成型、纤维毡增强成型、拉挤成型、缠绕成型，以及手糊成型和喷附成型等。此外还介绍了21世纪汽车工业中一些传统配件和应用的最新发展情况，比如汽车固定和可动车窗专用仿玻璃材料、数字/无线通讯设备、燃料电池板和薄膜材料。传动装置中的应用包括拉挤和缠绕法成型的高抗扭强度、高负载能力、强耐磨性以及阻燃性好的制品。而在汽车用化学纤维及其织物（如应用在座椅上的聚酯织物、应用在气囊的尼龙织物、汽车地毯用聚丙烯等）和涂料（除了新兴的模内涂装技术）方面，本章未予涉及。通常，现在开发出的任何一样产品应用都对应着不只一种的适用材料，也就是说现有制品使用的材料可以被其他材料代替，这使得汽车工业成为向其他塑料相关行业技术转化的实验场。本章仅仅对汽车工业常用的塑料与弹性体材料进行了简要介绍，如果要更全面更详细地了解每种材料的各种应用，可以参看其他文献。下表列出了较为合适的热塑性、热固性塑料、热塑弹性体及其共混材料，可供汽车用制品设计时参考。最终制品的性能取决于这些材料和共混物的具体配方，对于合成橡胶来说还有硫化剂（硫磺或过氧化物等）的种类和含量以及硫化工艺。表10.1至10.4列出了四类典型聚合物（聚甲醛、尼龙、聚碳酸酯、聚氯乙烯类不饱和聚酯）的主要性能。要想得到某种材料的主要性能，通常可向原料供应商索取材料。弹性体的具体性能参数可参看本手册相关章节。聚甲醛的主要生产商有AsahiChemical（均聚物“Tenac”、共聚物“TenacC”、活性引发共聚物“Lynex－T”）、BASF（共聚物“Ultraform”）、DuPont（均聚物“Delrin”）、MitsubishiGasChemical（共聚物“Iupital”）、Polyplastics（亚洲分部有共聚物“Duracon”）、Ticona/CelaneseAG（欧洲分部共聚物“Celcon”、“Hostaform”）。聚甲醛应用在汽车上的典型制品有启动与加速引擎的齿轮、衣帽钩、控制线、茶杯杯托、车门把手、车门锁、引擎冷却风扇叶片/风扇罩、外饰制件、输油系统配件（如油泵）、座椅靠枕连接件、车内暖通空调控制系统配件、加热板、行李架、散热器与气罐盖子、翻车安全气阀、安全带扣、卷收器防尘盖、档位释放钮、车座扶手、音箱栅格、遮阳板、胶扣、车窗摇柄、升降车窗导向滑槽、车窗支撑垫片、挡风玻璃雨刷、雨刷座和雨刷旋轴[2]。聚甲醛应用在汽车上所需要参考的性能主要有耐油性、耐化学腐蚀性、拉伸强度、韧性、耐磨性、长期负载作用下的尺寸稳定性、抗蠕变性、耐紫外线能力和着色力。均聚聚甲醛的分子结构是由许多个甲氧基重复单元即“－(CH2O)－”构成（POM），而共聚聚甲醛是由甲氧基和乙氧基单元共同构成。表10.1所示为安全带配件用抗冲级“Tenac”SH4010均聚聚甲醛树脂的主要性能参数。尼龙的主要生产商有Bayer（“Durethan”）、DSM工程塑料（“Stanyl”）、DuPont（“Zyzel”和“Minlon”）、Honeywell（“Capron”）、Rhodia工程塑料（“Technyl”）、Solutia（“Vydyne”，销售商为DowChemical）、TotalFinaElf（“Rilsan”）。尼龙应用在汽车上的典型制品有空气滤清器壳、进气歧管、交流电机配件、轴承套、车身板、刹车踏板、接线柱、链条张紧装置、卡箍、离合圈、联轴器、车门把手、尾气控制系统配件、引擎罩、固定件、油泵支撑衬垫、输油系统配件、车牌照固定架、滤油器外罩、后视镜架和镜框、摇杆盖子、油泵配件、座椅内框、传感器、开关、踏板、方向盘、止推垫圈、硬管、涡轮增压器配件。尼龙应用在汽车上所需要参考的性能主要有抗压、抗扭和抗弯强度，以及韧性、抗蠕变性、耐疲劳、耐磨损、耐油脂、耐罩内腐蚀能力、极限PV值、NVH标准。表10.2所示为玻璃纤维填充量为40％的注塑级“Capron”尼龙6树脂的主要性能参数。聚碳酸酯的主要生产商有Bayer（“Makrolon”PC，“Apec”高温PC，“Bayblend”PC/ABS合金、“Makroblend”PC共混物）、DowChemical（“Calibre”PC、“Pulse”PC/ABS）、GEPlastics（“Lexan”PC、“Cycoloy”PC/ABS）。聚碳酸酯及其共混物应用在汽车上的典型制品有保险杠、透气栅格、车门把手、输气硬管、车窗玻璃、车灯罩（如雾灯罩）、杂物箱、车头灯、停车灯、侧灯、转向示意灯、遮阳板，以及仪表板和其他如配件支座和用于空调、方向盘的配件；内饰部分包括车顶后视镜框、车外后视镜框，以及车头灯反光镜等。聚碳酸酯应用在汽车上所需要参考的性能主要有抗脆裂性、透明度、成像精确度、尺寸稳定性、抗冲击强度、耐划痕性、耐温性能。表10.3所示为“Calilbre”IM40018，抗冲改性聚碳酸酯树脂的主要性能参数。该材料熔体流动速率（MFR）为11～18g/10min，在汽车中多用于大型复杂制品，如仪表板配件和固定件。热固性聚酯和乙烯基聚酯的主要生产商有AOC（一家由OwensCorning和AlphaCorporationresinbuziness合资建设的厂家）（“Vipel”）、AshlandChemical/CompositePolymerDivision（“PhaseEpsilon”、“SMC－LITE”）、DSMCompositeResin（“Atlac”）、DowChemical（“Derakane”）、Interplastics（“CoREZYN”）。乙烯基聚酯应用在汽车上的典型制品有车身板、防火墙、燃料电池板、车头灯配件、皮卡用货仓、散热器支撑架、SUV底盘护板、挂斗卡车车顶和挡风玻璃、摇臂盖、车轮套和防风玻璃外罩。热固性聚酯和乙烯基聚酯应用在汽车上所需要参考的性能主要有尺寸稳定性、强度、韧性，以及高温工作能力。“Derakane”790环氧乙烯基聚酯材料是基于高温酚醛合成工艺开发出来的，同其他“Derakane”家族的乙烯基聚酯树脂相仿，它是采用苯乙烯作溶剂合成的。“Derakane”790树脂在SMC模压工艺的适用温度下以过氧化物为引发剂，如TBPB（过氧化苯甲酸叔丁酯），可获得交联固化。如果用一些金属氧化物如氧化镁填充该树脂，混合物可作为片装模塑料（SMC）使用，如填充料含有收缩率控制助剂，则成型出的产品具有精确的尺寸。该树脂具有出色的尺寸稳定性、在较高的工作温度下也能保持一定的强度（热变性温度550ºF（280ºC））。热固性聚酯和乙烯基聚酯可以制备成SMC、BMC、TMC作原料，采用模压、缠绕、拉挤、树脂传递模塑（RTM）、喷附和手糊等工艺成型制品。表10.4所示为“Derakane”790R-65，环氧乙烯基聚酯树脂的主要性能参数。该材料多用于汽车底盘和能量传动装置配件如油池、阀门盖、同步链条盒等。10.2塑料部分10.2.1热塑性树脂10.2.1.1典型的外饰应用车身装置：空气动力附件（气坝、尾翼），保险杠，车门，翼板，车罩，填充板，驾驶室前围板，围板，后备箱盖，外覆层，帖布通风罩车门把手，车门锁，车门锁驱动与传动装置，车门锁止板前仪表板，后仪表板塑料/金属复合车前罩油箱盖活动车顶导轨车灯配件：聚光镜，支架，封片，雾灯，前照灯，灯座，透镜，反光镜固定件皮卡货舱内衬行李架及行李架横梁动力设施后视镜外罩加强件车门下围板底盘护板内饰件，内饰卡件行李箱门锁天窗切割轮衬垫车轮芯轴螺母车轮盖车窗导滑条车窗支架车窗：固定车窗与可动车窗，挡风窗，侧车窗，后车窗挡风窗通风罩挡风窗雨刷，雨刷座，雨刷旋轴随着模内喷涂、模内装配技术以及薄壁树脂（具有较高的熔体流动速率而不影响制品性能）的出现，塑料制车身板正在一步步地取代钢制的同类产品。这一技术的成功开发应用大大降低了车身板的制造成本。众所周知，塑料车身板与钢制车身板相比，具有很多优点——如轻质、耐压、耐磨，并具有更大的设计自由度。随着模内上色薄膜注射成型技术（IMCF）得以成功开发并逐渐走向成熟，以IMCF为原料所进行的车身板模内涂装工艺可以使车身板获得更好的光泽度，并具有更高的耐磨性[9]。模内涂装工艺使用较为成熟的原料主要包括“Xenoy”PC/ABS合金、“SollX”、“Noryl”GTX、“Surlyn”反射级树脂、“Magnum”ABS、抗冲级PC/ABS合金和“HiFax”聚丙烯树脂等。上述这些模内涂装级树脂可以应用于仪表板、控制面板以及内饰件，通常仪表板、散热器栅格（安装在前栅格板上）、车身侧板、饰件以及覆层是采用混有颜色的Surlyn树脂注射成型得到的。这里的Surlyn树脂是一种具有超强反应能力的离子交联聚合物。除此之外，适合成型外车身板的原料还有很多，包括ABS，ASA，PC/ABS，PC/PBT，PC/PET，TPU（E），PC/TPU（E），TPO，PA以及PBT/PET等。其中无机粒子增强填充的PC与聚酯共混物，由于具有更高的低温冲击强度，更低的CLTE，同时显著改善了汽车上竖直面板、后车门以及保险杠的A级表面质量，近年来在北美和欧洲一带获得了越来越广泛的应用。“Celanex”级耐紫外线PBT，“Ultradur”、“Valox”两种树脂具有良好的刚度、柔韧性、尺寸稳定性，更高的尺寸精度、耐候性，这些性能上的优势使之成为适合注射成型挡风玻璃雨刷罩的原料。功能性配件的模内组装技术（IMA）可以省掉传统工艺中脱模后再组装这一步骤，使制造成本显著降低，因而该技术受到了汽车行业的青睐。目前越来越多的注塑生产商正在使用IMA技术采用旋转的一模多腔式模具大量生产各种配件，然后借助自焊接材料来获得封闭性良好的产品。IMA技术既可以应用于所有汽车零件的生产制造（如外饰件，内饰件，罩内饰件以及底盘配件等），也可以用于汽车工业以外的行业中。“Azdel”玻璃纤维毡增强热塑性材料（GMT）是以聚丙烯和其他热塑性材料为基体，以短切玻璃纤维束，这种GMT做为原料适合于成型外饰制品，如保险杠和备胎架等。而Superlite级Azdel树脂于2002年问世，这种材料适合于内饰制品的生产应用。长玻璃纤维（LGF）增强复合材料如“Compel”和“StaMax”P正在越来越多的应用于保险杠、车门结构件、仪表板架、车前仓、车椅支座以及挡泥板等；此外，“Stamylan”P玻璃纤维和无机粒子增强均聚或共聚级PP粒子原料也可以应用在蓄电池盒、保险杠、汽车内饰与外饰覆层、暖通空调配件（HV/AC配件）、仪表板固定件、内门板结构件和罩内仓等。“Ketan”TP原料可通过注射成型获得保险杠，这些保险杠产品应用在Audi，MecedesBens，BMW以及Ford等车型中，而Mazda323的保险杠制品是采用反应级弹性体改性“Kelburn”PP为原料注射成型得到的。“Vetron”复合材料是一种长玻璃纤维（LGF）填充量高达75％的增强PP材料。该材料产自LNPEngineering（G