改性塑料材料在汽车上的应用及技术要求课件

塑料材料在汽车上的应用塑料材料在汽车上的应用塑料材料在汽车上的应用1车用塑料材料的发展概况车用塑料材料的发展概况 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。据分析，汽车的自重每减少10%，燃油的消耗可降低6%8%。而塑料及其复合材料是重要的汽车轻质材料它不仅可减轻零部件约40的重量，而且还可使成本降低40左右。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。车用塑料材料的发展概况当前，世界汽车材料技术发展的2车用塑料材料的发展概况车用塑料材料的发展概况 据统计，世界上平均每辆汽车上塑料的用量已达到105kg，约占汽车总重量的812。目前，全球汽车用塑料制品的市场规模为454万吨/年，其中美国为172万吨/年，欧洲为136万吨/年，而我国现在每年的用量只有十几万吨。可见，我国的汽车塑料配件业还有很大的发展空间。车用塑料材料的发展概况据统计，世界上平均每辆汽车上3世界各国车用塑料材料的用量情况：世界各国车用塑料材料的用量情况：德国：PVC，PU，PP，PE，ABS，PA，PC及其复合材料；美国：PU，PP，PE，PVC，ABS，PA，PC及其复合材料；日本：PVC，PP，PU，ABS，PE，FRP，PA，PC及其复合材料；中国：PP，PVC，PU，不饱和树脂，ABS，PF，PE，PA，PC及其 复合材料世界各国车用塑料材料的用量情况：德国：PVC，PU，4改性塑料材料在汽车上的应用及技术要求课件5世界各国车用塑料材料的用量情况：世界各国车用塑料材料的用量情况：汽车工业主要车型塑料应用情况表汽车工业主要车型塑料应用情况表(kg/辆辆)（上汽统计数据）（上汽统计数据）世界各国车用塑料材料的用量情况：汽车工业主要车型塑料应用6车用塑料零部件的分类车用塑料零部件的分类按照整车的结构将车用塑料零部件分为以下三类：内饰件：主副仪表板、车门内板、杂物箱、门把手，座椅、顶 棚、遮阳板、门槛饰条、侧窗防霜器以及其它吸音材 料等外饰件：保险杠、车身底护板、散热器隔栅、灯罩/灯座、轮 罩防护罩、水盒盖板、外后视镜、挡泥板、导流板等结构件：方向盘、燃料箱、油门离合器踏脚板、发动机部件等功能件：车窗玻璃、暖风机/空调、烟灰缸、缸体及盖板等车用塑料零部件的分类按照整车的结构将车用塑料零部件分为以71）PCABS合金应用于内饰件、仪表板、仪表板周围部件、防冻板、车合金应用于内饰件、仪表板、仪表板周围部件、防冻板、车门把手、阴流板、托架、转向柱护套、装饰板、空调系统配件、汽车车轮门把手、阴流板、托架、转向柱护套、装饰板、空调系统配件、汽车车轮罩、反光镜外壳、尾灯罩、挡泥板等罩、反光镜外壳、尾灯罩、挡泥板等1）PCABS合金应用于内饰件、仪表板、仪表板周围部件、防82）PCPBT合金和合金和PCPET合金应用于外装件、汽车车身板、汽车侧面合金应用于外装件、汽车车身板、汽车侧面护板、挡泥板、汽车门框等。护板、挡泥板、汽车门框等。2）PCPBT合金和PCPET合金应用于外装件、汽车车身93）GFPA6、GFPA66、增强阻燃、增强阻燃PA6应用于汽车发动机及发动机周边部件、应用于汽车发动机及发动机周边部件、发动机盖、发动机装饰盖、汽缸头盖、机油滤清器、刮雨器、散热器格栅发动机盖、发动机装饰盖、汽缸头盖、机油滤清器、刮雨器、散热器格栅等等。3）GFPA6、GFPA66、增强阻燃PA6应用于汽车发动机104）PBT应用于保险杠、化油器组件、挡泥板、扰流板、火花塞端子板、供应用于保险杠、化油器组件、挡泥板、扰流板、火花塞端子板、供油系统零件、仪表盘、汽车点火器、加速器及离合器踏板等油系统零件、仪表盘、汽车点火器、加速器及离合器踏板等。4）PBT应用于保险杠、化油器组件、挡泥板、扰流板、火花塞115）POM应用于汽车泵、汽化器部件、输油管、动力阀、万向节轴承、马达齿轮、应用于汽车泵、汽化器部件、输油管、动力阀、万向节轴承、马达齿轮、曲柄、把手、仪表板、汽车窗升降机装置、电开关、安全带扣等。曲柄、把手、仪表板、汽车窗升降机装置、电开关、安全带扣等。5）POM应用于汽车泵、汽化器部件、输油管、动力阀、万向节轴126）PPEPS合金应用于汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽、尾灯壳等零部件；连接合金应用于汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽、尾灯壳等零部件；连接盒、保险丝盒、断路开关外壳等汽车电气元件盒、保险丝盒、断路开关外壳等汽车电气元件。6）PPEPS合金应用于汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽、尾灯壳等零137）PPEPA合金应用于外部件如大型挡板、缓冲垫、后阻流板合金应用于外部件如大型挡板、缓冲垫、后阻流板7）PPEPA合金应用于外部件如大型挡板、缓冲垫、后阻流板14车用塑料零部件的分类车用塑料零部件的分类内外饰中各类型材料的用量情况：（以一汽大众轿车为例）（以一汽大众轿车为例）车用塑料零部件的分类内外饰中各类型材料的用量情况：（以一15车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（内饰件）（内饰件）仪表板：仪表板：由于仪表板的表面温度往往很高，为了适应发动机室的高温以及阳光的照射，要求塑料仪表板在较高温度下蠕变小，不变形以及良好的耐候性。其中，欧洲汽车欧洲汽车的仪表板一般以ABS/PC及增强PP为主要材料；美国汽车美国汽车的仪表板以前较多采用ABS、PCABS合金，近期多用苯乙烯/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；日本汽车日本汽车的仪表板曾采用过ABS和增强PP材料，目前则以玻纤增强的SAN为主，也采用耐热性更好的改性PPO。车用塑料零部件的用料情况16车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（内饰件）（内饰件）目前，我国使用的仪表板可分为硬质仪表板和软质仪表板两种。硬质仪表板常被用在轻、小型货车、大货车和客车上，一般采用改性PP、ABS及ABS/PC合金等一次性注射成型，也有用MPPO材料。软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成。骨架材料多采用改性PP、ABS、PC/ABS合金及FRP等；表皮目前很多车辆均采用PVC/ABS合金材料 车用塑料零部件的用料情况17车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（内饰件）（内饰件）车门内板：车门内板：车门内板的构造基本上类似于软质仪表板，由骨架材料、发泡和表皮革构成。中高档次的轿车其骨架多采用ABS注塑而成，再采用真空成形的方法，将衬有PU发泡材料的针织涤纶表皮复合在骨架上形成一体（如红旗轿车与奥迪等）。低档次的轿车木粉填充改性PP板材或废纤维层压板表面复合针织物的简单结构，即没有发泡缓冲结构，有些货车上甚至使用直接贴一层PVC人造革的门内板。车用塑料零部件的用料情况18车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（内饰件）（内饰件）车门内板：车门内板：有的门内板也采用50%天然纤维和50%PP热压而成，使车门减重，成本下降，隔音性能改进。在美国，门内装饰板用ABS或PP注塑成形的居多，现在我国国产的卡车斯太尔王也使用同类板。近年来，车门内饰板为满足耐候性和柔软性，已开始使用热塑性弹性体与PP泡沫板相叠合的结构。日本开发了一种冲压成形、连续生产全PP车门内饰板的技术，门板包括PP内衬板、PP泡沫衬热层和PP/EPDM皮层结构。车用塑料零部件的用料情况19车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（内饰件）（内饰件）座椅：座椅：目前坐垫及靠背基本上是由软质PU发泡制成.软质PU发泡材料可用热硫化层和冷硫化法生产，但从设备投资和材料性能考虑，目前座椅缓冲垫多用冷硫化法生产。考虑到座椅的舒适性，缓冲垫的密度可以改变，从而使软硬度随之改变。如奥迪A6轿车靠背上的缓冲垫可使用天然纤维（如椰子壳）浸胶材料，其特点是透气性好；骨架材料可用GMT（玻璃纤维毡片/高分子增强复合材料）取代钢铁材料。车用塑料零部件的用料情况20车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（内饰件）（内饰件）顶棚、后围：顶棚、后围：车内顶棚、后围（后围主要对重型车而言）是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合层压制品，它的作用除了起装饰功能外，还起着隔热、隔音等特殊功能。顶棚、后围一般由基材和表皮构成，基材需要具有轻量、刚性高、尺寸稳定，易成形等特点，为此一般使用热塑性聚氨酯发泡内材、PP发泡内材、热塑性毡类内材、玻璃纤维瓦楞纸、蜂窝状塑料带等。车用塑料零部件的用料情况21车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（内饰件）（内饰件）顶棚、后围：顶棚、后围：表皮材料可用织物、无纺布、TPO、PVC等。我国的轿车顶棚一般使用TPO发泡片材、玻璃纤维、无纺涤纶布材料层压成型。顶棚的种类有成型顶棚、粘接顶棚和吊装顶棚，其中成形顶棚占70%以上。卡车主要用成型顶棚，基材采用热固性或热塑性毡类，压制成型，表皮材料选用针织面料、无纺布或软质PVC等。车用塑料零部件的用料情况22车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（外饰件）（外饰件）保险杠：保险杠：保险杠既是外装饰件又是功能件，保险杠的材料要求具有足够的强度、刚性、耐冲击性、耐热性、耐气候性、耐污染性、耐药品性、耐震动性及良好外观。在80年代中期，汽车保险杠多采用玻璃纤维增强PP(GMP)、反应注塑模塑物，高纤维片材模塑物等增强型材料制作。车用塑料零部件的用料情况23车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（外饰件）（外饰件）保险杠：保险杠：目前，汽车保险杠越来越多地使用改性PP及改性PC/PBT合金制成。其中欧洲汽车所使用的保险杠材料大多采用德国BASF公司生产的产品。例如大众的奥迪100、高尔夫、上海的桑塔纳、天津的夏利等型号轿车的保险杠，均采用了改性PP料注射成型的。中高端轿车则多采用改性PC/PBT合金料注塑而成（如奥迪A6、别克等）。车用塑料零部件的用料情况24车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（外饰件）（外饰件）挡泥板：挡泥板：汽车挡泥板多使用热塑性塑料合金。例如，GE公司的PPOPA合金已被用于制作Vcctor型车上的挡泥板；ICI公司在Maestro货车上使用了玻纤增强的PP做挡泥板；BASF公司也开发了专用于挡泥板的PAPPO合金，日本轿车则多采用下PPPA合金制作的挡泥板。车用塑料零部件的用料情况25车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（外饰件）（外饰件）散热器隔栅：散热器隔栅：散热器格栅是为了冷却发动机而设置的开口部件，位于车体前面，往往把汽车的铭牌镶嵌其间，是表现一辆汽车风格的重要部件。目前轿车上所使用的散热器格栅一般用ABS或PC/ABS合金，经注塑成型制成。桑塔纳轿车的格栅是用ABS制成的，由于ABS耐候性较差，使用时需加入耐候性助剂，并且制作成黑色。车用塑料零部件的用料情况26车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（结构件）（结构件）方向盘：方向盘：方向盘一般采用自结皮硬质PU泡沫材料高压或低压发泡而成。方向盘结构要求挺拔、坚固、轻便、外韧内软，并能耐热、耐寒、耐光、耐磨。因此，包覆物多用改性PP、PVC、PU、ABS等树脂，骨架一般选用钢骨架与铝压注而成，考虑到轻量化，现在也有用玻璃纤维增强PA替代铁芯的趋势。为了追求豪华、舒适、手感好，现在的方向盘表面部分增加了桃木饰纹或真皮包皮等。车用塑料零部件的用料情况27车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（结构件）（结构件）燃油箱：燃油箱：燃油箱是汽车中重要的安全部件之一，具有单层或多层复合结构，要求其材质具有耐寒、耐热、耐蠕变、耐应力开裂、耐大气老化、耐溶剂和耐化学药品腐蚀等性能，以适应抗冲击、抗渗漏、阻燃、防爆等方面的要求，因此塑料燃油箱通常采用超高分子量的高密度线性聚乙烯（HMWHDPE）基材，并辅以粘接和阻隔性材料吸塑而成，其箱体内壁要用不同的方法进行表面处理。车用塑料零部件的用料情况28车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（结构件）（结构件）发动机部件：发动机部件：车用塑料零部件的用料情况29车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（结构件）（结构件）发动机部件：发动机部件：车用塑料零部件的用料情况30车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（结构件）（结构件）汽车底盘：汽车底盘：真空管 材料:TPC 制造工艺:挤出制动齿轮 材料:PA46-GF30 制造工艺:挤出管口 材料:PBT-GF 制造工艺:注塑阀体 材料:PET-GF35 制造工艺:注塑车用塑料零部件的用料情况31车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（功能件）（功能件）照明系统：照明系统：前大灯多数采用表面涂敷硬膜的PC，从而进一步提高了耐擦伤性和耐候性。为了满足耐热性及表面处理要求，前大灯反射镜壳一般采用BMC(团状模材料)、PPS、PC、PBT等制成。通常，后排指示组合灯罩材料为PMMA，灯壳为填充改性PP，它们之间用热熔性粘合剂粘接。随着震动焊接技术的发展，灯壳材料开始采用耐候ABS，以便于材料的再生利用。车用塑料零部件的用料情况32车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（功能件）（功能件）车窗玻璃：车窗玻璃：目前用于车窗的有无机钢化玻璃、有机玻璃以及透明的PC树脂等。用PC做挡风玻璃在发生车祸时，能减少碎片对司机和乘客的伤害。另一种材料是PVB树脂（聚乙烯醇缩丁醛树脂），它透明性、粘接性能十分优良，可作为两块无机玻璃之间的粘接层，当受到外力冲击时，由于优良的粘接力，碎的玻璃仍被PVB膜粘接在一起。目前由于价格和加工工艺问题，PVB片材作为汽车窗玻璃尚未普及。车用塑料零部件的用料情况33车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（功能件）（功能件）空调，暖风机：空调，暖风机：暖风机、空调是汽车重要的功能件，其总成大部分是由塑料注塑或吸塑而成。以斯太尔王暖风机、空调为例，其塑料件约重6 Kg，其上、中、下壳体由PP+20%玻璃纤维增强注塑而成，暖风管是由LDPE吹塑而成，转动板、臂、拨叉、齿轮等连接件则是由增强PA66注塑而成。车用塑料零部件的用料情况34车用塑料零部件的用料情况车用塑料零部件的用料情况（功能件）（功能件）烟灰缸、缸体及盖板：烟灰缸、缸体及盖板：为了满足阻燃、耐温的需要，这类功能件一般选用PC、PF、PBT或PC/ABS注塑而成，如黄河王子（中国重汽商用车公司的系列中重型汽车）就采用PC，而斯太尔王则用PBT、PC/ABS注塑而成。车用塑料零部件的用料情况35中国的汽车塑料工业任重而道远中国的汽车塑料工业任重而道远36我国汽车塑料零部件加工行业存在的问题我国汽车塑料零部件加工行业存在的问题(1)我国的汽车塑料零部件加工行业是随着20世纪80年代轿车合资企业在中国的建立以及国外技术的不断引进而发展起来的，因此国内大多数知名的塑料零部件供应商所走的道路几乎都是“从引进到不断引进“的发展道路。我国汽车塑料零部件加工行业存在的问题(1)我国的汽车塑料零部37(2)尽管从加工能力方面来看，国内大多数供应商几乎不存在什么问题，但是在核心技术方面却表现出对引进技术的严重依赖。例如，尽管目前国内供应商能够按照国外的技术要求制造各种汽车内饰件以及保险杠系统部件，但由于缺乏保险杠系统的设计开发能力，他们只能加工塑料保险杠外壳，却不能独立开发保险杠防撞能量吸收系统.(2)尽管从加工能力方面来看，国内大多数供应商几乎不存在什么38(3)多年来，汽车塑料零部件行业的总体表现是，一旦主机厂引进了一部国外新车型，零部件供应商也就同步地从国外订购相应的制造装备和工装模具，并完全按照主机厂提供的图纸和技术要求组织生产。其结果是：企业在增加自身成本、丧失自主核心技术的同时还导致了严重的重复引进问题，而且这样的引进也只是停留在“复制制造模式(CopyingManufacture)”的水平上。(3)多年来，汽车塑料零部件行业的总体表现是，一旦主机厂引进39对汽车塑料零部件开发的一些建议对汽车塑料零部件开发的一些建议(1)近年来，面对国际汽车巨头不断加大进入中国市场的竞争压力，提高自主开发能力已成为中国汽车工业实现可持续发展的重要途径。当然，要实现整车的自主开发首先必须实现零部件的自主开发对汽车塑料零部件开发的一些建议(1)近年来，面对国际汽车巨头40(2)塑料在汽车上的每一种应用都包含着要解决结构设计、制造工艺与装备、材料选择与改性等方面的问题。除此之外，还必须解决制品的表面或涂装、联接、试验评价等问题，所有这些都被称之为应用技术。(2)塑料在汽车上的每一种应用都包含着要解决结构设计、制造工41(3)根据目前的实际情况，建议国内的相关企业首先应加强低压成型等低成本制造工艺技术与装备的研究，开发出低成本、高柔性的塑料零部件制造工艺。通过降低大型塑料部件所需模具和工艺装备的成本，达到降低塑料件、特别是大型塑料车身覆盖件的成本的目的，以促进塑料车身技术的发展。(3)根据目前的实际情况，建议国内的相关企业首先应加强低压成42(4)根据谁生产、谁回收的原则，建议主机厂和塑料零部件厂共同开展对塑料件回收利用的技术研发，研发工作可根据塑料部件的不同从三方面进行:1对可回收的热塑性塑料部件（如保险杠）的回收再利用工艺技术研究2对多材料部件（如汽车仪表板总成和车门护板）的分离技术与再利用技术研究3对热固性纤维增强复合材料（如SMC、RTM部件）的回收技术研究。(4)根据谁生产、谁回收的原则，建议主机厂和塑料零部件厂共同43汽车塑料应用在未来的发展趋势汽车塑料应用在未来的发展趋势汽车塑料应用技术的发展与汽车新技术的发展密切相关。当前，汽车技术正朝着更环保、更安全、更舒适以及个性化方向发展。伴随着轻量化技术、行人保护安全吸能技术的广泛应用，为工程塑料的应用带来了良好机遇。汽车塑料应用在未来的发展趋势汽车塑料应用技术的发展与汽车新技441）轻量化技术的发展为车身应用带来了机遇轻量化技术的发展为车身应用带来了机遇塑料应用是实现轻量化的重要途径之一。以白车身为例，采用纤维增强复合塑料材料制作的车身与钢制车身相比，可实现降重35%的目标；如果采用碳纤增强复合材料，则可达到降重60%以上的效果。1）轻量化技术的发展为车身应用带来了机遇塑料应用是实现轻量452)塑料将在碰撞能量吸收技术中发挥作用随着安全法规的日益严格，目前轿车除了必须满足前碰撞乘员安全保护法规外，还必须满足行人安全保护要求。因此，今后在轿车的前保险杠系统中必须装载前碰撞能量吸收系统，而塑料材料在能量吸收系统中起着关键的作用.2)塑料将在碰撞能量吸收技术中发挥作用随着安全法规的日463）塑料应用面临的挑战尽管汽车塑料应用不断增加，但不可回避的是，汽车塑料应用发展正面临着回收问题的制约和轻金属材料技术发展等方面的挑战。塑料应用虽然具有诸多优点，但相对金属材料而言，一方面，塑料材料成本偏高；另一方面，塑料部件的回收成本偏高，特别是纤维增强热固性复合材料的回收更困难。所有这些因素都成为制约塑料应用发展的障碍。3）塑料应用面临的挑战尽管汽车塑料应用不断增加，但不可回避的47燃油节能材料成本重量速度一个个熟悉的字眼，但是我们想要把节能做到最高，成本降到最低，速度提到极致怎么办？只有高分子才能做得到只有高分子才能做得到燃油节能48