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塑料及其復合材料是汽車工業中常用的非金屬材料之一,汽車中的塑料用量已經占到了整個塑料產量的15%。尤其是當今社會,對汽車環保化和輕量化的呼聲不斷高漲,塑料材料在汽車制造中的用量也不斷增加。
汽車外飾零件是汽車零部件中應用塑料材料最多的零件系統,主要包括保險杠、后視鏡、燈、門把手、進氣格柵、天窗等。
現代轎車外飾件一般多采用注塑工藝成型,再進行噴漆或皮紋處理。作為噴漆件,為保證與車身顏色及漆面質量的一致,在選材時必須考慮噴涂系統,例如北美車身油漆多采用高溫烘烤系統,外飾件選材時應考慮選擇可耐高溫烘烤的原料;作為皮紋件,在選材時須特別考慮原料的顏色及耐候性能是否滿足設計要求。
目前常用的外飾材料有PP(聚丙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)、ASA(苯乙烯、丙烯腈和壓克力橡膠共聚)、POM(聚甲醛)、PA(尼龍、聚酰胺)、PC(聚碳酸酯)、PE(聚乙烯)等,但具體到每一個零件所使用的材料又有所不同,以下針對具體的零部件系統介紹材料的選擇和應用情況。
(一)、保險杠材料的選擇與應用
汽車的保險杠系統包括前保險杠和后保險杠,在車輛碰撞時起到了吸收能量、減少車身以及電器等部件受傷程度、減輕碰撞時對行人腿部的傷害的作用。保險杠一般包括蒙皮、吸能塊、加強板等3大部分。
1.保險杠材料的選擇原則
保險杠一般采用噴涂處理,長期受到風吹、日曬、雨淋,在碰撞時首當其沖,工況惡劣,所以其材料有以下要求:
良好的抗沖擊性能:碰撞時有良好的彈性,為乘客提供保護;
良好的耐候性:防止在高溫暴曬下變形、老化等;
良好的油漆附著能力:保證油漆不能脫落、變色;
良好的流動性:滿足注塑加工工藝的要求;
良好的加工性能:便于注塑模具設計;
價格相對低廉:保險杠材料用量大,可以有效降低使用成本。
2.常用保險杠材料的性能
PP類材料無毒無味,密度小,電絕緣性能良好,力學性能好,有良好的延伸性和抗彎曲疲勞性能,對酸堿的耐受效果好,價格低廉,但PP的耐低溫沖擊性能較差,不耐磨,易老化,所以通常采用改性的方法提高聚丙烯性能。目前,市面上PP類保險杠蒙皮材料多用PP/彈性體共混體系,或者PP/彈性體/滑石共混體系,它們屬于熱塑性彈性體的一種,它是通過改變PP的結晶形狀,使PP的球晶細化,達到增韌的目的,PP/彈性體共混可以是二元體系,也可以添加第三種聚合物而成為三元體系。在二元體系中,EPDM(三元乙丙橡膠)對PP的增韌改性效果最佳,也是用量最大的。
PP與EPDM在熔融共混過程中,將EPDM進行硫化,得到分散在PP連續相中的硫化交聯的EPDM微小顆粒,利用動態硫化技術可以制得熱塑性彈性體,PP連續相在高溫時熔化提供熱塑性,而硫化的EPDM橡膠顆粒則在常溫下提供高彈性,這是材料性能的十分巧妙的組合。特別是加入滑石填充后,PP材料具有高剛性、低熱膨脹系數和低收縮率,抗化學腐蝕性能強,尤其是經表面處理的滑石粉填充PP可以有效地改善PP抗沖擊性能,提高模量,提高熱變形溫度。PP/EPDM有優良的耐候性、耐臭氧、耐紫外線、耐溫性能,抗沖擊性能良好,耐溶劑和耐化學藥品性能強,加工簡便,成本低。
目前福特嘉年華、菲亞特菲翔、大眾桑塔納等車型的保險杠蒙皮都采用PP與EPDM的改性材料。
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TPO(熱塑性彈性體)也是保險杠蒙皮的重要材料之一。TPO觸感溫和,易著色,耐化學性能號,抗張強度和斷裂伸長率好,電絕緣性和防滑性強,耐磨性和耐候性能優良。在TPO分子中,大量高度膠連的橡膠粒子呈分散結構,少量塑料相結構包覆在膠連橡膠粒子周圍形成連續相,使TPO既具有硫化橡膠的高彈性,又具有塑料材料的熱塑流動性和可加工性。
目前,大眾寶來、帕薩特、馬自達6等車型的保險杠蒙皮都采用TPO材料。
吸能塊一般采用發泡聚丙烯或者是PP類支架吸能結構,起到吸收撞擊能量的作用。
加強板一般采用GMT材料模壓制成或者鋼梁件,在低速碰撞過程中起到緩沖和吸收的作用,保護車輛內部成員。
除了以上常用材料外,PC/ABS、PBT、SMC等材料也可用于保險杠的生產與制造。
(二)、外后視鏡材料的選擇與應用
汽車外后視鏡一般固定在車門前端,屬于國家強制檢驗的3C零件,其擴大了駕駛者的視野范圍,保證了行車的安全。圖4是典型的后視鏡結構示意圖,主要包括支座、鏡殼、基板、連接件、鏡片、加熱片、鏡頭調節模塊、轉向燈等。
1.外后視鏡的材料選擇原則
外后視鏡一般采用噴涂處理,其材料有以下要求:
良好的耐熱性和抗腐蝕性能:防止在高溫暴曬下變形老化、腐蝕破壞等;
良好的油漆附著能力:保證油漆不能脫落、變色;
良好的流動性:滿足注塑加工工藝的要求;
良好的加工性能:便于注塑模具設計。
2.常用后視鏡材料的性能
后視鏡鏡殼和基座的常用材料為ASA,它是一種由丙烯腈(Acrylonitrile)、苯乙烯(Styrene)、丙烯酸橡膠(Acrylate)組成的于上世紀70年代研制成功的三元聚合物,屬于抗沖改性樹脂。ASA樹脂是由橡膠相和樹脂相組成的兩相結構,橡膠相以顆粒狀分散在連續的樹脂相中,形成“海島”結構,在兩相的界面上有一層SAN接枝物。ASA屬無定型三元共聚物,為飽和主鏈結構,不含雙鍵,因此對紫外線的耐受能力很強,克服了ABS樹脂長期露置室外機械強度顯著下降,受日光的分解而使顏色變黃等缺點;ASA結構中引入了丙烯酸酯橡膠,使其共聚物具有極好的抗沖擊性,尤其是低溫抗沖擊性能優良;ASA結構中含有腈基,因此具有極強的耐化學腐蝕性;ASA與PVC的溶解度參數十分接近,兩者具有很好的相溶性,流變性能、熱膨脹系數更加接近;ASA在加工過程中熱穩定性好,熱變形溫度可達92℃,共擠型材與PVC型材焊角強度基本相同。
此外,改性PP也可作為外后視鏡的重要材料。
(三)、燈材料的選擇與應用
車燈可以分為前照燈、后車燈、轉向燈、車牌照明燈等,它在車輛安全行駛的過程中起了重要的作用。組合前照燈在整輛車的前部,它主要起照明和信號作用。
1.燈材料選擇原則
燈材料有以下要求:
良好的耐沖擊性能:能夠承受行駛中跳起碎石的沖擊;
良好的透光性:起到照明的作用;
良好的耐候性:防止在風吹、日曬、雨淋等惡劣環境下變形、老化等;
良好的穩定性:在長期的燈光炙烤下不能變形;
良好的流動性:滿足注塑加工工藝的要求;
良好的加工性能:便于注塑模具設計。
2.常用燈材料的性能
燈罩一般采用PC或者PMMA材料,燈座一般采用ABS材料。
聚碳酸酯(PC)俗稱防彈膠,是分子鏈中含有碳酸酯的聚合物,是一種透明的工程塑料產品。PC是高性能高透明的結構性材料,其力學性能和PA/POM相近,沖擊強度是常用塑料中最好的,它具有非常突出的耐蠕變性、耐熱性和耐寒性,具有優良的韌性,其長期使用溫度范圍為-60~120℃,即使在-105℃時,仍有很好的沖擊韌性。PC具有很好的光學性能和著色性能,能制造出各種顏色鮮艷的透明制品。但PC的耐疲勞強度低,不宜長期暴露在高溫及潮濕的環境中、長期受高溫作用或太陽光照射易產生應力開裂,在外飾制品使用時需經過改性處理。
PMMA聚甲基丙烯酸甲酯俗稱有機玻璃或亞克力,是透明度極高的塑料,表面硬度低,易被硬物擦傷。它是一種無定型聚合物,成型溫度范圍廣,使用前進行預干燥處理,與無機玻璃的光學性能相似,質輕、不易碎裂,有韌性和一定的拉伸強度和彎曲強度,可以透過波長為270μm的紫外線光,其綜合性能好于聚苯乙烯。
ABS材料無毒無味,兼有三種成分的特征,即聚苯乙烯的光澤性、良好的成型加工型;聚丙烯腈的剛性、耐化學腐蝕性、耐油性和良好的機械性能;丁二烯的橡膠的韌性和耐沖擊性。
(四)、進氣格柵
進氣格柵也是前部造型中重要的組成部分,它與前保險杠、前照燈一起構成了整個汽車的前部造型。為了美觀起見,進氣格柵一般都采用鍍鉻工藝制作。
1.進氣格柵材料選擇原則
由于進氣格柵靠近發動機艙,經常受到高溫的烘烤,一般是電鍍件,其材料要求有以下要求:
良好的電鍍性能,有利于電鍍;
良好的耐候性,防止在高溫暴曬下變形、老化等;
良好的穩定性,在長期的工作中不能變形;
良好的流動性,滿足注塑加工工藝的要求;
良好的加工性能,便于注塑模具設計。
2.常用格柵材料的性能
進氣格柵常用材料為ABS或者PC/ABS合金,這兩種材料都具有良好的電鍍性能。
ABS樹脂為淺黃色較狀或珠狀不透明樹脂,吸水率低,具有較高的抗沖擊性、剛性、耐油性、耐寒性、耐化學藥品性能,它容易電鍍,易于成形,價格低廉。
PC/ABS合金是由聚碳酸酯(Polycarbonate-PC)和聚丙烯腈(ABS)合金而成的熱塑性塑料,在加工過程中,一般加入ABS接枝物、馬來酸酐、丙烯酸、胺基等相容劑來增加相容性。PC/ABS合金結合了兩種材料的優異特性:ABS材料的成型性和PC的機械性、沖擊強度和耐溫、抗紫外線(UV)等性質。PC/ABS合金由PC相、SAN相及接枝的PB橡膠相組成,微觀結構十分復雜,與PC相比,降低了熔體粘度,改善了加工性能,并大大提高了產品耐應力開裂的性能,與ABS相比,提高了耐熱性和耐候性,成本介于PC和ABS之間,又兼具兩者的良好性能,是性價比非常高的塑料材料。
(文字來源,中國汽車材料網,圖片來源網絡,編輯:粵高分子)
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