改性塑料在汽车领域的运用
汽车轻量化的概念，除了能有效进行轻量化的碳纤维，更便宜塑料开始慢慢替代金属零件，在大部分家用车上慢慢普及。不少人的意识上，优特美塑料零件往往与不结实、低档次挂钩，塑料使用比例越大的汽车，“廉价感”就越强。大量使用塑料材料，真的是厂家想钱想疯了吗？　
如今汽车上早已涵盖了大量塑料零件，例如：保险杠、轮罩、牌照板、仪表板、门板、旋钮，发动机罩、进气系统，都采用了塑料零件。
汽车复杂零件塑料件有与众不同特殊性，注塑成型在设计上需要充分考虑到如下因素，材料的干燥处理、玻纤增强材料对螺杆的新要求、驱动形式及合模结构等。
1、汽车塑料化的趋势
从现代汽车使用的材料来看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制作影子。外装饰件应用特点是以塑代钢，减轻汽车自重，主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件的主要部件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅、后护板等；功能与结构件主要有邮箱、散热器水室、空气过滤器罩、风扇叶等。
2、全塑料汽车业
全塑料制造的敞篷汽车在英国上路了，而更让人惊奇的是，这辆汽车各部件完全是由塑料制成。最高已达时速100公里/小时 。
3、汽车优特美塑料化的优势
一、汽车材料应用塑料最大优势是减轻车体重量。轻量化是汽车业追求目标，塑料在此方面可以大显其威。一般塑料比重为0.9-1.5，纤维增强复合材料比重也不会超过2，而金属材料中，A3钢的比重为7.6、黄铜为8.4、铝为2.7。这使塑料成为汽车轻量化的首选用材。
二、塑料成型容易，形状复杂部件加工十分便利。仪表台用钢板加工，往往需要先加工成型各个零件，再分别用连接件装配或焊接而成，工序较多。而使用塑料可以一次成型，加工时间短，精度有保证。
三、塑料制品弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲作用，对车辆和乘客起到保护作用。现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘，以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条都采用塑料材料，以减轻车外物体对车声冲击力。塑料还具有吸收和衰减振动和噪声作用，可以提高乘坐舒适性。
四、塑料耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀。钢材制作一旦漆面受损或者先期防腐做的不好就容易生锈腐蚀。塑料对酸、碱、盐等抗腐蚀能力大于钢板，如果用塑料做车身覆盖件，十分适宜在污染较大的区域使用。
五、塑料可根据塑料的组织成分，通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂制出所需性能的塑料，改变材料的机械强度及加工成型性能，以适应车上不同部件的用途要求。
4、汽车用塑料应具备特性
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，提高生产效率；经济性，要求材料具有高性价比。
汽车外饰件材料要求
耐候性：对于不涂装或电镀的部件应选用耐候材料，如AES、ASA、PC/PBT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：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。
5、汽车优特美塑料化的前景
汽车是陆上主要灵活交通运输工具，汽车工业是国民经济中极为重要基础工业之一。
中国汽车工业起步较晚，但前景不可限量。随着汽车的大量生产，由之产生了如何节能省油，提高质量，提高功能，节约用材，简化生产工序，降低成本等问题。汽车塑料化是众志所向，它是基于三个主要理由，一、节能，二、提高功能，三、简化制造工序与工艺。
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塑料在汽车工业的应用(2014
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工程塑料在汽车上的应用
工程塑料在汽车上的应用汽车工业是发达国家工程塑料应用最为广泛、 使用量最大的工业门类， 也是中国工程塑料最有发 展潜力的领域之一。 每辆汽车塑料的用量是衡量汽车生产技术水平的标志之一。 日本、 美国和德国等发达国家的每辆 轿车平均使用塑料已超过 100 千克，平均占汽车总重量的 8%。目前，中国每辆汽车平均塑料用 量为 70 千克，平均占汽车总重量的 6%左右。工程塑料在全部汽车用塑料中只占 10%左右的比 例。 尼龙是最重要的汽车工业用工程塑料。汽车零部件也是 PA6 工程塑料最大的消费市场，超过总 消费量的三分之一。随着人们对汽车性能要求的不断提高和 PA6 工程塑料自身的发展，汽车用 PA6 正呈逐年上升的趋势。汽车上可使用 PA6（包括改性产品）制作的部件有空气滤清器、外 壳、风扇、车轮罩、导流板、车内装饰、储水器材盖、线卡、各种车内电气接插件等。PA6/AB S 具有密度低， 流动性好的特点， 并有良好的噪声阻尼性和良好的耐热性、 耐化学性和机械性能， 可用於汽车内饰件；玻纤增强 PA/ABS 可替代 ABS 做汽车排风格栅，并有可能成为汽车排空气 和除霜器护栅及车门组件，以及用於摩托车档板的制作。 现在 PA9T 也已在日本汽车工业上应用，如动力换向装置（齿轮结构）、滚动轴承架。PA9T 耐 燃油性强，适用於做汽车燃油系统部件。此外还可用於制造中间冷却器罐、发动机支架和要求低 摩擦系数的滑动部件。 改性 PPO 主要用於制作一些薄壁的复杂硬质结构件，如仪表盘骨架等。GE 公司推出的热固性 PPO，具有高强、高韧性和良好的电性能，吸湿小，可用做汽车阀罩、燃油箱导电板、变压器 和风力发动机叶片等。而 PPO/PS 合金加工性良好，可用做流体加工部件、汽车机罩下部件和 电子接插件。 PC 在汽车上也有广泛应用。PC 的高透明性使之成为车灯罩的主要生产材料。硅橡胶/PC 也可 以用做汽车保险。 PC 的另外一大用途是以合金的形式充当汽车内饰材料。 而 PC/ABS 外观好， 容易着色，广泛用於汽车内饰件如仪表板等。 PBT 加工性能和绝缘性能较好。PBT 玻璃化温度低，加工周期短。PC/PBT、PBT/ABS 等主要 用於汽车内饰件。此外，由於 PBT 对汽油、发动机油的耐受性好，PBT 也用於汽车发动机系统 配件材料的生产。 聚甲醛树脂是高度结晶的聚合物，具有类似金属的硬度、强度和刚性，很宽的温度和湿度条件下 都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性、低磨擦系数，因此，聚甲醛主要用於定性要求比较严 格的滑动和滚动机械部件上，包括齿轮、凸轮、轴承、杆、滑轮、扣链轮和轴衬等，与金属和 尼龙相比，聚甲醛具有很低的磨擦系数，是很好的轴承材料。 特种工程塑料在汽车工业中也有应用，如聚醚亚胺（PEI），由於其玻璃化温度可达 249℃，可 满足汽车反光灯的反光板和软电路板、恒温箱板等产品的要求。 德国 BASF 公司开发的由聚醚石风 Ultrason E 制备的发泡塑料 Ultratoct 也已开始用於 BMW 公司 M3 CSL 型运动车的後座靠背，这种新的後座靠背重 5.5 千克，重量仅为以前钢质结构的一 半，汽车碰撞时显示同样的性能，而振动阻尼性则优於传统结构制品。 改性塑料对传统工程塑料的冲击 一方面，工程塑料新品不断，在不断开拓应用领域，并由於生产装置的扩大，成本逐渐降低；另 一方面， 改性技术使通用热塑性树脂不断具有工程化特点， 并抢占部分传统工程塑料的应用市场。 ABS 是最重要的“准工程塑料”，中国已成为全球 ABS 用量最大的国家。除此之外改性 PP 是 最为活跃的产品。不断推出的 PP 增强和高抗冲新牌号，为其在一些领域替代工程塑料提供了可 能。到 2003 年末，全球 PP 在汽车方面的消量将由目前的 140 万吨增至 260 万吨，增长率将达 8-9%，其中亚太地区增长最快，估计年增长率达 20%。 玻纤和矿物增强 PP 已用於汽车零配件，并对 PC 共混物市场构成较大冲击。改性 PP 也正在进 入传统的 PA 领域，如泵体和风扇叶。目前全球 90%的玻纤增强 PP 用於轿车上，其目标主要是 用於发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险、行李架、备胎盘、 挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等。全世界生产玻纤增强 PP 的厂商主要集中在美 国、日本、德国等发达国家。 具有硬度和高抗冲牌号的 PS，也在工程方面的应用上获得进展。由於开发改进、兼具抗冲性和 高光泽的产品改进了流变行为，因而会使 PS 需求有上升的趋势。 SPS 是由金属催化得到的间规聚苯乙烯，是一种结晶形聚合物，具有优良的耐热性、耐化学品 性、良好的机械性能以及卓越的耐湿性、电性能和加工性能。其性质与价格可与多种热塑性工程 塑料，如 PET、PBT、尼龙 66、PPS 以及某些液晶聚合物相媲美。SPS 无定型玻璃转化温度和 结晶熔点均高於尼龙 66、PET 等，尺寸稳定性良好，加工过程中通常不需要预先乾燥，耐化学 品腐蚀，具有良好的耐酸、A、醇和大多数有机溶剂特性，其耐机动车油、防冻液和柴油性能优 良，但耐汽油性一般。此外，其电性能也十分优越，主要的应用领域是汽车和电器零件。 中国的汽车塑料工业任重而道远上汽汽车工程研究院副总工程师 王东川汽车塑料的用量是衡量一个国家汽车生产技术水平的标志之一。近 30 多年来，国际上汽车塑 料的用量在不断增加。目前，我国对汽车塑料的应用情况还只停留在国外 20 世纪 80 年代中期 的水平，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。因此，中国的汽车塑料工业任重而道远！ 当前，我国汽车行业正面临着两大发展问题，一是技术发展问题――就是如何适应未来汽车的 发展方向和循环经济的要求，选择合适的技术路线，开发新能源汽车，以实现节能、环保、安 全、个性化目标；二是自主战略发展问题――就是如何在当前国外品牌产品占据主导地位、国 内汽车主要依赖国外技术的现实条件下，培育自主开发能力，逐步实现自主品牌和自主开发战 略目标。汽车塑料零部件的开发在这两大发展问题中扮演着一定的角色，也面临着自身的发展机遇与挑战。 1、汽车塑料应用的国际趋势 汽车塑料的用量是衡量一个国家汽车生产技术水平的标志之一。近 30 多年来，国际上汽车塑 料的用量在不断增加（如图 1 所示），平均每辆车上塑料的用量从 20 世纪 70 年代初的 50～6 0kg 已发展到目前的 150kg，而且增长还在继续。在日本、美国和欧洲等发达国家中，每辆轿 车平均使用塑料已超过 150kg，占汽车总重量的 10%，表中数据反映了欧洲汽车对塑料的应用 情况。目前，我国每辆轿车塑料用量平均为 100kg，占总重量的 8%左右，达到国外 20 世纪 8 0 年代中期的水平。 自 20 世纪 70 年代开始，汽车塑料的应用经历了从内饰件向外部饰件不断扩展的发展历程（如 图 2 所示）。随着人们生活水平的提高，当前的汽车已经不再是简单的代步工具，提高内饰的 居室化设计、改善乘员的舒适性已成为汽车技术发展的一个重点。近年来，国外普遍采用纳米 高分子材料、抗菌高分子材料等新材料技术来改善汽车的乘坐舒适性。未来几年，塑料车身以 及塑料挡风玻璃也将成为塑料应用技术发展的热点。 2、汽车新技术发展为汽车塑料应用带来了新的机遇与挑战 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。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。目前，国际上由塑料制成的车身已在小批量生产的汽车中或一些高档车型上得到了广泛应用。随着低压成型车身覆盖件制造技术研发的进一步深入，塑料车身部件将在未来的 轻量化和个性化车型中具有广泛的应用前景。 (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，例如，可发性聚丙烯泡沫能量吸收块或依靠前碰撞变 形吸收能量原理的聚丙烯能量吸收构件等都是较为成功的碰撞能量吸收解决方案。 (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。值得注意的是，近年来高强度钢板、镁合金等新材料应用技术发展迅速，特别是镁合金在轿车 仪表板骨架、前端支架、座椅骨架等应用方面已成为塑料材料的竞争对手。因此，塑料材料企 业和零部件企业必须加快新技术的开发，通过降低成本、提高材料的回收利用性来迎接挑战， 以获得可持续发展。 3、我国汽车塑料零部件加工行业存在的问题 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。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。也就是说， 他们还不具有为主机厂(OEM)提供能满足前碰撞、行人保护法规要求的保险杠系统结构设计和 材料工艺等多种解决方案。 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(Copying Manufacture)”的水平上。4、对汽车塑料零部件开发的一些建议 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。 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。根据自主开发的需要，要求塑料零部件商、材料供应商和主机厂应联合起来， 针对未来新车型开发的需要，开展一些诸如塑料车身覆盖件、塑料挡风玻璃、行人保护系统、 轻量化隔音降噪系统等塑料新材料零部件应用技术的研究工作。 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。 另外，还应积极开展塑料回收技术的研究。塑料回收、特别是纤维增强复合材料以及多材料部 件的回收，是关系到未来汽车塑料应用能否得到持续发展的问题。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：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； 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；对热固性纤维 增强复合材料（如 SMC、RTM 部件）的回收技术研究。 面对国际汽车塑料应用技术的快速发展，对于中国的汽车塑料加工工业而言，尽快提高自主开 发能力已显得非常迫切。为此，需要塑料材料供应商、塑料零部件生产商以及汽车主机厂共同努力，开创中国汽车塑料技术的新天地。GE 全面推进汽车的塑料化进程GE 塑料GE 高新材料集团公司汽车部推出了种类繁多的高性能的工程热塑性塑料及复合物，以全面推进塑料在车身板材与车窗玻璃、 零部件、照明部件、构架和内饰件、引擎盖下的部件中取代钢材和玻璃，从而为汽车 OEM 厂商们提供多种具有创新性的有助 于减轻重量和节约成本的解决方案，同时也为汽车的安全性和环保性提供了很好的解决方案。车身板材与车窗玻璃每个汽车生产商都希望借助汽车外观工艺方面的最新技术，从而使自己的汽车更具有独创性。为此，GE 高新材料公司汽车部 在汽车车身板材、免喷漆和车窗玻璃方面，能够通过其新型的高模数可塑材料 (HMD) 和高性能热塑复合材料 (HPPC)技术， 使汽车的重量更轻，制造成本更低。在车身板材这一产品中，GE 的“免喷漆”方案无需进行二次喷漆的操作，这样有助于节省成本。这种“免喷漆”的方案采用了一 种高级 LEXAN SLX 薄膜，能够为车身板材提供 A 级水平的表面，其极好的光泽度受到了汽车用户的青睐。此外，这种薄膜 可以经受长时间紫外线的照射而不褪色， 同时它还具有很强的防刮伤能力和化学稳定性，经测试其寿命可以超过 10 年。GE 的车身板材同样允许客户基于三种传统的喷漆方式而定制个性化的喷漆方案。离线解决方案包括可喷漆的车身板材、预着 色注模、XENOY 树脂板材。离线和在线的喷漆车身板材也可以用 NORYL GTX 树脂制造。在车窗玻璃这一产品中，GE 的环绕式车窗玻璃将设计水平提高至一个新的层次，可使司机和乘客获得 360?的视野，另外它还 具有出色的抗冲击性能。 这种大型三维玻璃车窗的设计是基于高性能的 LEXAN GLX 树脂和 Exatec 的独特涂层技术的完美结 合。LEXAN GLX 树脂玻璃能够生成全景车顶系统中具有复杂形状的一体化部件，而这是普通玻璃材料所无法提供的特性。此 外，GE 的这种设计可以使多个部件与车窗系统更方便地整合在一起，从而节约成本。如：后尾门和车窗系统就包含了与聚碳 酸酯 (PC) 材料结合在一起的注塑紧固元件、 后刹车灯、 把手和锁以及转向柱覆层等部件。 与一般玻璃和金属的车窗系统相比， LEXAN 树脂车窗玻璃系统可以减轻高达 50% 的车身重量，同时可帮助降低汽车的重心，从而保持更好的稳定性。采用 GE 的环绕式车窗玻璃设计，可使司机和乘客获得 360 度的视野采用 LEXAN GLX 树脂制造的后尾门和玻璃窗系统可使多个部件更方便地整合在一起零部件GE 高新材料公司为整部车由内至外的零部件应用提供了一批又一批种类繁多的高性能的工程热塑性塑料及复合物。例如，GE LOY XTW 树脂是一种革命性的材料，能提供比传统丙烯酸―苯乙烯―丙烯腈 (ASAs) 材料高 3 ~ 5 倍的色泽和光泽的保持 度，并且可呈现光谱中的各种颜色，使之成为“免喷漆”材料。该树脂的应用包括反光镜外壳、缝饰、内饰和栅格。由于它使用 了新型的具有抗老化性的聚合体结构单元，从而大大增强了其作为外饰产品的耐侯性。尽管预着色注模没有使用油漆和坚硬的 涂层，但是汽车制造商们同样可以实现更深更暗的黑色和更亮更纯的白色，以及被汽车用户赞赏的优异景深。同时，GELOY XTW 树脂还是一种可以替代金属的“免喷漆”材料，因为不需要二次喷漆操作，使用它可以降低总体的系统成本。Visualfx 特效树脂用在汽车的内外部件上，同样也可以实现“免喷漆”。比如图示的福特汽车的换档旋钮（该旋钮也可采用 GE 的 Geloy FXW751SK 树脂制造）。Visualfx 树脂能够实现多种视觉效果（例如：发光、漫反射及其他效果），使用它能够生产出 流光溢彩的汽车外部部件。因为无需进行花销甚大的二次喷漆及涂层操作，Visualfx 树脂能够帮助设计师打破色彩设计上的局 限。该图为用 GE 的 Geloy FXW751SK 或 Visualfx 树脂制造的福特汽车的换档旋钮。与涂漆的部件相比，它可以长久地保持美观效 果，不会像涂漆部件会随着时间的推移而褪色和掉色。GE 新型的 Noryl* BN9003G 树脂可以帮助汽车厂商生产吹塑扰流器――如图示的 Pontiac Grand Prix 扰流器。 由于其减少了打 磨时间，提升了生产效率，因而降低了系统成本。与传统材料如高温丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)相比，用这一新材料注塑的部 件壁更薄、耐高温性更好、抗张力和冲击力更强，并且热膨胀系数更佳。此外，这一新材料的气味较淡，而且扰流器表面的抗 汽油和柴油的耐化学腐蚀能力更强。此外，GE 推出的用于汽车零部件的新型材料还包括用于踏脚板和脚蹬的 Xenoy X4000BM 树脂；用于外门和内门把手、踏脚 板、轮毂罩、栅格、顶架和饰件的 Cycoloy CP8930 树脂；以及用于油箱盖的、导电的、可以在线静电喷涂的 Noryl GTX 树脂。照明部件采用 GE 高新材料公司的树脂所生产的汽车照明系统具有坚固、美观的特性，并且能够耐受聚光灯和雾灯的高热环境。全球数 以百万计的汽车上都安装着用 LEXAN 树脂生产的具有高度抗撞击能力和高清晰度的前灯玻璃和表盘玻璃。如今，LEXAN 440 1R 树脂代表着 GE 高新材料公司在树脂的流动性和耐热性的平衡技术上所取得的成功，这种材料非常适合制造既需要直接用 金属法电镀（要求耐热性好），又要求具有高表层质量（要求流动性好）的表盘玻璃，同时它拥有更快的生产周期和更高的生 产率。ULTEM XH6050 树脂同样可以提供高模量和优异的耐热性能，它可以耐 225℃的高温。该树脂具备极好的空间维度稳定性、 强度和耐久性，并且可以通过标准设备实现 100% 的回收利用。构架和内饰件GE 高新材料公司汽车部在汽车构架和内饰件方面的经验非常丰富，其产品包括新型仪表板、车顶篷以及符号合“美国联邦机动 车辆安全标准 (Federal Motor Vehicle Safety Standard)”及全球“行人冲撞保护要求”的能量吸收系统。其集成的前端模块 (Fr ont-end Modules) 推动了汽车轻型全塑前端模块的发展，同时也推动了诸如 HydroPlast?架构的高级钢材/塑料系统和用于集 成安全气囊设计的材料的发展。随着 GE 的“新型仪表板计划”地推进， 该公司推出了一个既美观又安全的解决方案，该方案包含一个用 LEXAN EXL 树脂制造 的无缝集成的安全气囊门的仪表板系统。这种革新的设计可以使气囊门与仪表板无缝结合在一起，不但美观，而且有助于释放 出坚固的气囊，即使在-40℃的温度下释放气囊时也不会破裂，从而提高了气囊的安全系数。HydroPlast?构架方案是一套金属/塑料的混合方案，这个方案结合了钢材的强度以及塑料的质轻这两个优点，而且这种构架可 以在一个单一的、低成本的成型过程中完成。因为该方案有着可观的节省成本的前景，GE 高新材料公司将这个创新技术集中 运用于汽车的大型首尾构架的开发，以帮助减轻车重、降低成本，同时减少体积，并简化零件的整合过程。HydroPlast? 构架 和 SmartLok?的连接允许高压力铸成的钢件与工程热塑性构架一次注模成型。引擎盖下的部件GE 高新材料公司可提供多种耐高热环境和能够适应苛刻的化学环境的工程树脂和复合物，其产品在引擎盖下的应用范围非常 广泛，涉及到从空气进气系统到引擎盖下的各种应用。这些塑料部件能够降低成本、减轻重量、提高集成度，以及具有可与金 属媲美的高空间维度稳定性。例如，由 GE 的高耐热 ULTEM 树脂制成的电子节气门可以降低系统成本，并减少 30% 的组成 部件，而且与传统金属材料相比，它能够免除二次加工工序，并减轻多达 50% 的重量。GE 新型的柔性 Noryl 树脂用于制造汽车引擎盖下的电线电缆GE 在引擎盖下应用的最新材料是基于阻燃的柔性 Noryl 树脂的电线材料，该树脂可以帮助 OEM 厂商替代目前使用的传统卤化 电线材料。 作为汽车行业创新的电线电缆材料的解决方案， 柔性 Noryl 树脂要比聚氯乙烯(PVC)和交联聚乙烯(XLPE)的性能更为 优越，它可以通过显著减轻电线电缆的重量和尺寸来满足节省能源和空间的需求，同时还满足了汽车行业对不含卤素和铅零部 件的需求。汽车用塑料未来的发展随着汽车向轻量化方向的发展， 塑料在汽车上的用量日益增加， 特别汽车内饰件对材料提出 了更高的要求。利用塑料的质轻、防锈、吸振、设计自由度大的特点，现代汽车用塑料结构 件取得了长足的发展，并且是今后的重点发展方向之一。 塑料的特性 塑料是以合成树脂（聚合树脂或缩聚树脂）为主要成分，并根据不同需要而添加不同添加剂 所组成的混合物，具有独特的性能： 密度小：每 100Kg 的塑料可替代其它材料 200～300Kg，可减少汽车自重，增加有效载荷。物理性能良好：柔韧性较好，耐磨，避震，单位质量的塑料的抗冲击性不逊于金属，有些 工程塑料、碳纤维增强的塑料等还远远高于金属。 耐化学腐蚀性：塑料对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有抵抗能力，其中聚四氟乙烯是化 学性能最稳定的材料；最常用的耐腐蚀材料，是硬聚氯乙烯，它可耐浓度达 90%的浓硫酸， 各种浓度的盐酸和碱液。 设计自由度大：可制成透明、半透明或不透明的制品，外观多种多样，表面可制作具有特 色的花纹。 着色性好：可按需要制成各种各样的颜色，有黑、灰、白、桃木纹等。 加工性能好：复杂的制品可一次成型，能采用各种成型法大批量生产，生产效率高，成本 较低，经济效益显著，如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的 1/10。 环保、节约能源：可回收利用，且每 100km 节油在 0.5L 以上。 但相对来说，塑料也存在一些缺点，如收缩率大，吸水性强，尺寸稳定性差，难以制得高精 度制品，易燃，燃烧时产生大量黑烟和有毒气体，长期使用易老化、易变形；但通过改性可 降低其缺陷。 汽车塑料未来的发展 塑料制品不仅能够减少零件数量， 在降低噪声方面也起到了很好的作用。 生产厂家应利用塑 料制品成型的特点， 尽量是多个零件一体化， 减少数目， 设法达到一次成型复杂零件的目的。 汽车上塑料的使用量每年呈增长趋势，可以预测：这种趋势在今后还将继续。在汽车设计的 诸多条件中，为了轻量化及降低成本，更多地采用塑料具有重要意义。今后的车用材料有从 金属向塑料过渡的趋势。 1、以 PP、ABS 为主导的市场 据英国应用信息（AMI）报告，到 2000 年为止，轿车零部件消耗的热塑性塑料仍然以年均超过 6%的速度递增，而由于 PP 价格低廉且性能优越，所以汽车内外饰件的发展将以 PP 为主，现在市场上使用的 PP 零件占市场份额的 42%，且可望以每年 8%的速度增长，特别 集中的汽车内饰方面。 2、应用范围正在扩大 塑料在汽车中的应用范围正在由内饰件向外饰件、 车身和结构件扩展， 今后的重点发展方向 是开发结构件和外装件。 3、开发复合型材料 复合型材料在汽车零部件上的应用也越来越显示其强大的生命力。 汽车上使用复合材料的零 件主要是仪表板、门护板、顶盖内护板、地毯、座椅及包裹架护板，它们基本上是由表皮(塑 料、织物、地毯)，隔音减振部分(泡沫或纤维)和骨架部分组成，这种形式的零件除满足一定 的使用功能外，又使人感到舒适美观，而且由于该种材料生产工艺简单，成本低廉、适用性 强而发展得比较迅速，它将是今后汽车内饰材料的主要发展方向。 4、工程塑料的需求量将逐年增大 工程塑料，尤其是高性能工程塑料因其具有良好的机械性能、综合力学性能，还有耐热、耐 酸，寿命长，可靠性好，而越来越广泛地用于汽车工业，其前景非常好，例如发动机上的一 些零部件像调速阀、机动盘、气流盘、水泵、输油管、皮带轮罩、冷却风扇、油门踏板等等 已开始使用 PA、PPS、PBT 等注塑或吹塑成型。 5、玻璃纤维增强塑料的应用也有进一步扩大的趋势 玻璃纤维增强塑料俗称“玻璃钢”，具有质轻、比强度高、耐腐蚀、电绝缘、耐瞬时高温、传 热慢、隔音、防水、易着色，能透过电磁波，成型方便，具有可设计性等优点，广泛用于生 产保险杠、车顶盖、导流罩、电瓶托架、挡泥板、前脸部件、裙边部件及车身壳体等。 6、向安全性方面发展 在现今交通事故不断、 乘客安全受到威胁的情况下， 部分内饰零件的安全性检验己纳入议事 日程。比如，仪表板上表面的头部冲击试验；其下边缘的膝盖撞击试验；座椅靠背的身体冲 击试验等，均要求被检验的内饰塑料不能碎裂，更不能碎片四溅或出瑰棱角伤人。因此，汽 车内饰零件不仅要求舒适美观，更要求能保护乘客安全。 7、材料通用性 为了有效合理利用能源及原材料、 降低汽车成本， 不同类型轿车内饰件使用的材料可以归结 到统一使用的几种材料上， 这样事必会扩大这几种原料的生产规模， 无论是在材料质量方面 还是在成本方面都是最经济的。 8、废旧塑料的再生利用随着人们环境保护意识的增强以及所面临的全球性能源和原材料危机， 如何处理与利用好这 些废旧塑料将是摆在世人面前的一大难题。 无论是从充分利用地球资源角度， 还是从环境保 护的立场来看， 都必须积极开展汽车废旧塑料的回收利用技术工作的研究。 材料回收利用技 术工作还应当配合环保法规的制定和废旧材料回收体系的建立，因此也是一项系统工程。 塑料废弃物回收利用的一般流程： 收集 & 分离 & 清洗和干洗 & 粉碎和增密 & 配料和造粒 & 回收和再生 塑料废弃物的处理和回收利用必须坚持“4R”原则， 减少来源 即： （reduction at the source） 、 再使用（reuses）、循环（recycling）、回收（recovery）。 随着汽车向轻量化、环保化方向的发展，纳米技术在生产上的应用，塑料和复合材料研究的 进一步深入，可以预料塑料将在汽车工业上的应用越来越广泛。其重要性不言而喻，开发并 使用全塑汽车已不是梦想，一个塑料化的汽车工业时代即将到来。塑料在汽车工业的应用随着科技进步，汽车采用塑料是不可逆转的趋势，它对提高汽车效能、美观及轻量化的要求 扮演愈来愈重要的角色。目前，汽车用塑料已由普通的装饰用途，发展至制造结构性及功能 性的部件，要求也不断提高，例如耐热、高强度及抗冲击性便是最常见的要求，一般处理的 方法是采用复合材料或塑料合金。目前，德国制造的汽车使用塑料平均约占用材的 22%， 是使用塑料最多的汽车工业国，而日本汽车使用的塑料则占用材的 7.5%左右。随着科技进步，汽车采用塑料是不可逆转的趋势，它对提高汽车效能、美观及轻量化的要求 扮演愈来愈重要的角色。目前，汽车用塑料已由普通的装饰用途，发展至制造结构性及功能 性的部件，要求也不断提高，例如耐热、高强度及抗冲击性便是最常见的要求，一般处理的 方法是采用复合材料或塑料合金。目前，德国制造的汽车使用塑料平均约占用材的 22%， 是使用塑料最多的汽车工业国，而日本汽车使用的塑料则占用材的 7.5%左右。 汽车内饰件包括仪表板、门内板、座椅、顶棚、门手柄等；外饰件包括保险杠、散热器格栅、 档泥板、侧防撞条及灯类。例如制造侧防撞条可用 PVC 制成的中空型材，并把金属芯材插入其中；在高级轿车上，则用反应注射成形法制造 PUR 防撞条；如考虑循环再造的问题， 便可以使用改性 PP。事实上，由于改性 PP 及 PE 的性能较佳，其应用的发展正在加快。 据调查，目前汽车用外饰件的市场规模约 19 亿美元；而到 2006 年，其年均增长率可望达 3.0%，届时的市场规模将达到 22 亿美元。 塑料外饰件采用五种主要的塑料，包括：热固性塑料、TPE(热塑性弹性体)、工程树脂、日 用热塑性塑料以及合金或半合金。其中热固性塑料外饰件的市场最大，以 5.6 亿美元的规模 占市场的三成左右，其市场增长也将是最快，在未来四年的年均增长率可望达 4.4%。工程 树脂目前占汽车塑料外饰件的第二大市场，其 2001 年的市场规模约 5 亿美元，但预计未来 五年的年均增长率将会是最低。 汽车保险杠是 TPE 的重要应用领域，其中又以 TPO(热塑性聚烯烃)为主。此外，汽车外壳 的裙边模塑件、仪表透明罩、前大灯/信号灯的外壳以及车身内饰板等，也是使用塑料较多 的部分，发展速度非常高。 纳米塑料更轻更强 纳米技术是近年全球的热门话题，无论在先进的航天工业，或是普通的纺织及塑料产品，都 可以利用它来提升竞争力。该技术的基本原理是，控制原子在物质中的排列，工程师可以利 用这个特性，因应工作环境的要求，人为地把原子排列成最理想的状态。例如纳米碳管轻巧 及强度高，十分适合应用于航天工业。 纳米技术近年对塑料也有相当的贡献。先进的 TPO 纳米材料具有重量轻、表现良好及经济 效益高等优点。此物料首次用于汽车外部件，便是在 GM 中型货车出现的复合部件，为一 方便乘客上落的装置。该部件的强度高及重量轻，在寒冬时的脆性较低。由于没有额外使用 添加剂，没有循环再造的问题。纳米复合部件与传统 TPO 部件的体积相约，但由于所需的 物料更少，因此成本较低。纳米部件与热塑性塑料制品的生产程序一样，无需采用另类模具 或考虑个别模具的设计。制造纳米复合物时，只需在树脂加入固体以提高强度，其使用的粒 子极细，厚度只有 10-6mm；相对来说，加入纤维的 TPO 的平均厚度高出一千倍。塑料车身板前景如何？ 塑料车身板前景如何？ Kermit Whitfield2005 版通用土星 Relay 微型厢车于去年秋季推向市场，该车型最值得注意的一点是－他没有了 塑料车身板。 尽管土星长久以来一直在聚合物车身板应用领域拔得头筹， 而其他所有的汽车厂商 仍然在应用传统的压铸钢。但是以前一度独立的土星（通用分公司）如今正越加紧密地回归通用 的产品群，这意味着将会使用更多的钢材料。在即将于新的平台上生产推出的大 SUV 和 Roadst er（双座敞篷车）中，也将确定使用钢材制造车身板（尽管土星在这个项目上对外保持沉默）。 这不得不让我们产生怀疑 ：如果使用聚合物材料的推动力正在日益淡出人们的视野，那么塑料 车身板还有前景么？塑料的远去。土星曾生产了三百多万辆配备塑料车身板的汽车，但是 Relay 车型却第一次采用全钢结构，而且这种情形还会不断发展下去。 来自塑料材料供应商的回答无疑是“当然”，而且充满信心。事实上，他们如今对塑料材料的应用 前景比过去更为乐观，这是因为他们综合市场、成本和技术各类因素，创造出更有利于塑料材料 的应用环境，至少在某些特定的应用类型中，的确是这样的。汽车上主要引人关注的易碰撞点是 挡泥板和车身板。据拜耳聚合物公司（Bayer Polymers）预测，到 2010 年，美国和欧洲仅就热 塑挡泥板一项的市场需求就将翻上一番。而来自 GE 高新材料公司（GE Advanced Materials） 车身板与玻璃装配部门全球项目总监 Mutsuo Aoki 先生更是指出，从 2007 年开始，“市场将发 生爆炸性增长”。这是什么原因？根据 Aoki 先生的解释，汽车生产厂商，特别是位于如欧洲和日 本等高能源成本地区的厂商， 将日益对塑料车身板发生兴趣， 因为塑料制车身板只有相应钢材料 的一半重，这将有效减轻汽车重量，节省燃油。而且，在欧洲，由于对汽车前卫式样的需求再加 上行人安全立法的出台，塑料材料将更具优势，这是由于塑料给了设计者更多的设计自由，而且 在发生汽车碰撞时，塑料也比钢材更具安全性。塑料供应商期望在未来几年中塑材能在挡泥板市场中出现火爆。 但是，宝马公司并没有为此等待，他在其新型宝马 6 系列车型中并 未曾使用 GE 高新材料公司的先进材料－Noryl GTX resin。 而在北美，除了燃油价格较低和车型式样保守以外，还有另外一些因素阻碍了塑料应用。其中最 大的影响因素就是日趋小型化的生产运作以及日益扩大的车辆区别。 塑料供应商承认在高年产量 的情况下， 无法与钢材供应商竞争， 这是由于大量塑料模具的高成本以及注塑模成型的高循环周 期造成了单件成本高于压铸钢件。但是，当年产量在 8 万件以下时，注塑成型塑料车身板的成 本仍然低于大型级进冲压模的投资成本。 由于具备该类年产量的汽车制造厂商数目不断增多， 对 于塑料车身板的需求也日益增加。当然，事实是，在美国不曾影响到塑料应用的钢材和汽油价格 目前也在不断上升， 因此汽车制造商也在其设计的新车型达到量产之前试图准确预测这些商品在 未来几年的价格走向。 耐高温 对于塑料供应商来说， 另一个令人乐观的原因是塑料材料的技术发展已大大引起了汽车制造商的 兴趣。多年来，塑料车身板的最大致命缺点（阿基里斯的脚踵）就是其无法承受汽车喷漆炉的高 温而发生变形。土星车解决这个问题的办法是，在进行总成装配前，将塑料车身板附着于立体模型架，然后进行低温电子喷涂工艺，但问题是，这项所谓“在线”工艺需要额外的空间和设备，并 要在汽车制造厂中进行空间设计，这对于某些汽车制造商来说，并不愿意去做。另一个解决办法 则是，在室内或供应商处进行离线喷涂，但是这个方法有点冒险，这是因为可能存在颜色吻合度 的差异问题。拜耳聚合物公司车身外饰件分管经理 David Loren 先生称 ：“整车制造商曾说过， ‘要么给我们在线喷漆的方法，否则什么也别给。’”现在，塑料供应商终于完成了这个目标，研制 出了能承受在线喷漆所必需的 200 摄氏度高温环境的各种塑料材料。能制造这类材料的公司有： 罗地亚工程塑料公司（Rhodia Engineering Plastics）、拜耳聚合物公司（Bayer Polymers）和 GE 高新材料公司（GE Advanced Materials）。罗地亚工程塑料公司会计经理 Gary Kachin 先生 声称 ：“在线喷漆能力能重振塑料车身板市场。” 抗伸缩 塑料供应商另一个较少成功克服的难题是塑料车身板在极端温度中的伸缩问题。 塑料具有比钢更 高的线性热膨胀系数（CLTE），因而需要更多的伸缩空间。这就需要更宽的车身板间隙，而大 多数汽车制造商出于精密配合的质量考虑并不希望如此。 这个问题理论上可以通过将挡泥板和车 身板坚固固定于车门一侧并允许其向另一方向单向伸缩来得以改善。但是，其实并不理想，因为 车门是必须能双向伸缩的，所以匹配性并不佳。因此，塑料需要在其配方中改变混合配比和增加 矿物填充剂来减少其线性热膨胀系数， 但是至今为止， 仍然无法赶上钢材， 也没有人相信能赶上。 GE 高新材料公司的 Aoki 先生称，可以通过智能的设计弥补热膨胀系数上的差距，他指出他所在 的公司正在拓展智能塑料车身板调试设计工作。 但是就如同土星一样， 智能汽车的设计从头开始 就以塑料为应用材料， 但是汽车制造商并不愿意颠覆其已成熟的设计工艺来包容如聚合物车门这 样的奇想。事实上，塑料材料之所以重新走红挡泥板和车身板市场，主要的原因是可以取消一些 特殊的处理工序。 至于横向车身板件，例如发动机罩、车顶板和车层盖等，在可以预见的未来将仍然由钢材主导市 场。这些大型板件需要很高的刚性，很小的变形度，而且能承受高温。这些并不是热塑力所能达 到的性能。拜尔公司的 Loren 先生称，一些热塑材料，例如 SMC，正在“慢慢开始涉入市场”。但 是，很明显，没有人认为这在短期内会占据很大的市场份额。因此，回到我们文章最初关于塑料 车身板的发展前途的问题，答案是：有前途但是前途有限。 还记得通用土星商务车由于安装了塑料车身板，而显示出的侧边安全反弹性能么？很好的主意， 不是么？但是显然，并没有被广泛普及。现在的问题是：该技术会否发展下去？ 宝马汽车致力于塑料应用 邓美宝在汽车讲求轻量化的时候，塑料在这领域找到它的用武之地。无论是车身、内饰件以及外饰件等 地方，都可以找到不同种类的塑料应用。作为全球最大的汽车制造商之一，宝马(BMW)也因应潮 流所趋，使用了大量的塑料。宝马 M3 CSL 汽车 宝马汽车在德国慕尼黑设有 2 家工厂，分别位于 Landshut 及 Dingolfing，两厂共有员工超过 26, 000 名，负责零部件制作、车款开发及组装工序，用于各款宝马汽车、摩托车以至一级方程式赛 车。Landshut 工厂生产合金、塑料外饰件及内饰件，以及汽车传动轴和备用发动机；Dingolfing 则以组装为主，特色之处是其组装线灵活性高，一条组装线可装配 4 款不同型号的宝马汽车。 公司运作性能及材料开发总监 Rudolf Stauber 博士指出，现时轿车对减重的要求越来越高，所 以有必要多采用塑料或轻金属来取替以往的铁制部件。 以宝马 7 系为例， 其总重量为 1935 千克， 塑料部份占了 14.5%。虽然这个数字可能还不太高，但 Stauber 博士预测，2005 年聚合物及弹 性体在汽车的使用将超过 20%。 除了减轻汽车的重量外，Stauber 博士还指出了几项未来汽车的发展重点：改善材料与环境的兼 容性、提高司机及乘客的安全、提升实用价值，以及使用更多纳米技术。 宝马汽车现有使用的塑料大致包括热塑性塑料、热固性塑料、弹性体及热塑性弹性体等。如，与 厚钢板制成的同类部件相比， 革新性热塑性塑料车身侧板重量更轻， 两块前侧板可降低每车重量 大约 4 公斤。这一设计理念可进一步增强宝马 6 系车型的行驶动力性能。另一重要的优点是， 采用塑料部件，宝马设计师可继续确保宝马 6 系 Coupe 和敞篷车型侧板从头至尾的优美线条。 如果采用传统钢结构，不可能以同样方式将侧面装饰件整合于侧板内。而且，热塑性塑料作为一 种可逆向成型的材料， 与钢质材料相比， 在一些碰撞中如停车时可能造成的轻微碰撞不会造成严 重影响。 碳纤维增强塑料应用 宝马塑料应用的一个重点发展项目是重量轻的复合材料D碳纤维增强塑料(CFP)。 宝马 BMW FW 25 单壳式一级方程式赛车就是利用这种超强的轻质材料制成。该材料的特点是： 1． CFP 可大幅度减轻汽车重量，特别适合制作车体部件。现代汽车中，车体占整车重量的 15～ 20%，采用 CFP 塑料制成车体部件，其重量比铝材和钢材分别轻 30%和 50%以上。即，这一先 进材料可减轻整车重量达 10%。 2． 除了大幅度减轻整车重量之外， CFP 塑料车体部件的最大优势在于其在碰撞时表现出优异的 强度和刚度。碳纤维厚度大约为 0.007 毫米，受力主要集中在纤维本身的定向流方向。因此，可选择合理的排列，将纤维彼此层叠构建，从而优化 CFP 塑料的特色功能和特性，将其调整到预 期的强度和负载条件。 3． CFP 塑料的另一优势是可制成高度整合的超大型车体部件， 这些部件如果用铝材或钢板制成， 制作过程十分复杂。这样，为车体设计和建造等方面提供了巨大优势，固定和支承等功能可直接 整合于部件本体之中。即使复杂的结构件或整车模块，均可用同一模具一体化制作，从而减少车 体所需部件的数量。通过 Landshut 厂 CFP 塑料专家、宝马研究革新中心专家和宝马公司汽车工程师的密切合作而开 发和设计，宝马 BMW M3 CSL 型汽车的车顶充分体现了采用轻质 CFP 增强车体结构的优势。为 了保证部件所需的稳定性之外，考虑材料的光洁度和外观，还采用了最佳的生产流程，以利用透 明层漆面展现 CFP 材料的组织结构。BMW M3 CSL 型汽车车顶在 Landshut 厂分三个生产阶段 制成。第一阶段中，将 5 层专用碳纤维层叠放置进行预成型。这一阶段的重要要求，同时也是 这一过程的一项重大革新，是确保碳纤维妥善排列，准确到位，具备合理的结构，提供车顶所需 的稳定性和外观。第二阶段是树脂压铸（RTM）注射工艺，将已预成型的多层碳纤维垫放入 1,8 00 吨压机，将透明型环氧树脂注射到材料之中。然后，车顶在高温模具中硬化，最后，由机械 手从模具中拆除，漆上透明漆。 这一新的生产流程在全球属首次系列化应用，它体现了两个特点：首先，由于生产流程高度自动 化，车顶制造所需的时间至少缩短了 1/5。其次，与钢质车顶相比，宝马 M3 CSL 型汽车的车顶 重量减轻了 50%或 6 公斤。 仿真软件的应用 虚拟现实技术是设计中的重点技术，通过三维（3D）演示，使计算结果“有形化”，从而使整个开 发队伍得到工作和结果的确实概念。 在研制车身蒙皮革新部件的过程中， 宝马采用了最先进的仿 真法。如，在将塑料灌注于注射成型的车身侧板模具时，充分考虑了各种高温和机械因素，始终 采用计算机辅助仿真程序。由此，宝马公司塑料技术专家优化了各部件的功能特色和品质。 侧板注射成型模具 左右侧板采用热塑性材料通过注射成型工艺制成。 这一工艺中所用的注射成型模具， 充分考虑了 各个搭接点和工段，当然，也考虑了部件的复杂设计。因此，这是当今汽车制造业中最复杂的模 具。侧板的特定外形和设计，要求采用至少 9 块滑动件，以形成水管、保险杠连接件、车门弯 曲部分和轮罩法兰。当中的挑战是，热塑性塑料要求严格控制模具内温度，连同滑动件一起，必须能在 120℃高温下顺利移动。另一要求是，必须确保宝马汽车保持高标准表面质量，不得留下 模具或滑动件压印。 为了达到上述标准，宝马公司塑料技术专家自行开发了这一模具及其配套理念。结果，开发出了 一套三压板式模具，其中，第三压板作为专用刮板机架。这一模具用于注射成型机上，能产生 3 200 吨的闭模压力。材料的总体收缩率为 1.7%，模具内收缩率大约为 1%。清楚显示了极高的 稳定力。 为防止滑动件在注射过程中移动，异型滑块必须精确设置和调整，公差在 0.02～0.03 毫米范围 内。注射成型之后，5 轴式机械手将部件拆除，模具及围绕工件整个周边的搭接件不会对部件造 成任何损伤。然后，将注塑件从其它链段中切下，放置于冷却计上。 在下一工序中， 一套全自动机械手将增强件由里向外粘贴在侧板内。 粘贴之前进行等离子加工过 程是预处理阶段中十分重要的工序，其目的是保证粘胶得到最佳粘接。最后，考虑到热塑性塑料 部件的膨胀性，必须精密设置生产用模具和模头，精度达到数十分之一毫米。 塑料取代金属材料推进汽车引擎部件的发展塑料正在美国产汽车的气门套和进气总管制造中取得新的进展。新型玻纤增强尼龙 6 和 6 6 以及热固性乙烯基酯化合物正在取代金属生产气门套 ( 也称作摇杆或凸轮盖)，具有质量 轻、成本低、设计灵活等优点。在欧洲尼龙气门套已被人们广为接受，但是在此之前美国对 它还不是很认可。 玻纤增强尼龙已经在进气总管 (AIM)的加工中建立了牢固的地位， 现在一些新型树脂也开始 在以前金属占据优势的进气总管加工方面体现出自己的特性。 一种是 Dow Automotive 公 司提供的间规聚苯乙烯－尼龙 6 混合料，用于俄罗斯产的小型汽车上。另外一种是 Solvay Advanced Polymers 公司的聚邻苯二甲酰胺(PPA)，一种耐高温尼龙，用在高功率引擎的 配套元件中。 戴姆勒－克莱斯勒公司动态 戴姆勒－克莱斯勒公司（DaimlerChrysler）最近采用了二种新型塑料气门套。 一种是用于 V-6 引擎的增强尼龙 66，据说是第一种在美国产大容量汽车上使用的热塑性塑料。同样， 一种用于 V8 引擎的热固性塑料，据说也是首次在气门套上使用，直接注射成型( 不是注 射-模压成型)，薄壁设计（2.5 毫米）。 热塑性塑料气门套由肯塔基州 Russell Springs 市的 Bruss North America 公司制造， 它是 德国 Bruss 公司的一个子公司, 是给欧洲的大众汽车提供尼龙气门套的先驱者， 选用的材料 是杜邦公司玻璃/矿物质增强的 Minlon EFE6053 BK413 尼龙 66。 它取代了 2004 Dodge Caravan 和 Grand Caravan SUV 的 3.3 L 和 3.8 L 冲压钢气门套，年使用量大约为 50 0,000 个。 杜邦公司的引擎盖专家 Pat Granowicz 声称塑料引擎盖重量减轻了 65%，且油气分离器一 体化，降低了油损耗，提高了引擎效率。 曲轴箱强制通风阀一般栓接在引擎盖的外部，现 在在内部采用振动焊接技术, 将阀隔离开，改善了汽车的启动性能。Bruss 公司设计了两排三汽缸 V-6 气门套 ， 因此面板比典型的 V-4 气门套小而且螺栓大小 合适 (175 毫米)。据布鲁斯项目管理经理 Michael Cuneo 说，新设计将高温下气门套垫圈 周围发生蠕变的危险降到最低且防止了漏电现象。 成本的降低主要通过一体化设计、模具和材料费用的减少实现。 模内黑色和粒状质地也省 却了电子涂覆和喷涂。 为了响应北美对尼龙气门套产生的新的兴趣，Rhodia 公司开始向北美推出已经在欧洲得到 认可的牌号，该公司在北美有 30 个气门套项目。Rhodia 的汽车引擎专家 Axel Zschau 说： “我们希望目前在美国进行的三个先进项目能够在
年的汽车上出现。” Technyl A218 MZ15 V25 是专门用于气门套的一种黑色尼龙 66，含 15% 矿物质和 25% 玻璃。 据说比单纯用玻璃增强的尼龙的表面外观好，抗翘曲性卓越，噪音低。 Rhodia 公司率先采用声学分析优化引擎材料的选择，公司已经向美国推出了两种用于引擎 盖和定时带盖子的流动性增强的尼龙 66。 长期向欧洲市场供应气门套用玻纤增强尼龙 6 和 66 的 Bayer Polymer 公司已经开始向美国 提供原料。Bayer 发现美国对热塑性塑料气门套的抵制正在逐渐消退，部分因为改良的垫圈 和新技术的出现增强了热塑性塑料的抗噪和抗震特性。 复合材料应用加强 与此同时，热固性塑料供应商正在通过进一步开发 BMC 材料的性能，将该材料在北美气门 套市场的份额扩展到 20%。DaimlerChrysler 公司在该领域的最新创新产品是 2004 Duran go 和 Jeep Grand Cherokee SUV 越野车以及几种小型货车上的 V8 引擎的大型 4.7 L (4 6 英寸长)气门套。取代镁而改用复合材料做的气门套由田纳西州 Paris 市 Dana 公司的密 封件分部模制而成。年制造量愈 50 万个。复合材料是 Premix 公司的含 20%玻纤的乙烯基 酯 TMC(“厚壁模塑料”，一种 BMC 的衍生料)。 Premix 公司称，TMC 与 BMC 的不同之处 在于 TMC 具有长玻纤(1 英寸.)的 3D 立体点矩阵， 可以保持 450F 高温下的良好的机械性能。 Premix 公司汽车业务开发经理 Steve McCormack 说：“在极度热循环条件下，TMC 比传 统 BMC 的机械强度高 30%。” 模制成气门套之后，壁厚由原来的 BMC 气门套典型的 4 毫米变为 2.5 毫米。 TMC 还具有其它的优点，包括静噪性(1 到 2 分贝)。塑料气门套使用压入式垫圈，而不是 产生挥发性物质的粘结式垫圈。TMC 的高刚性省却了尼龙气门套上的加固筋材，具有防渗 漏性。 DaimlerChrysler 公司项目经理 Steve Crawford 说：“TMC 的使用为每个气门套节省了 10 美元的成本，使我们在今年的动力系应用中成功地节省了大笔的费用”。他说与金属材料相 比，材料费减少了 20%，模具制造费减少了 50%，并且省却了模具样品的加工。Madison 集团公司使用它的 Cadpress 软件对模内流动性和纤维取向进行计算机模拟使这种省却成为 可能。Premix 计划用 SMC 取代铝质气门套用在 General Motors 公司的在线 V-4 3.7 LChevrol et 轻型汽车的发动机上，更进一步扩展热固性塑料的应用。 同时， Bulk Molding Compounds 公司(BMCI)报道说公司为高排量美国产汽车推出了三个 BMC 气门套项目。其中之一是将在 2005 车型上使用的注塑气门套。BMCI 公司的管理人 员说改良后的 BMC 缩小了与热塑性塑料气门套之间的价格差，同时仍然保持着良好的耐用 性。 用于加工进气总管的新材料 玻纤增强尼龙主宰着欧洲 AIM 市场（占 65%的市场份额），在美国占 50%的份额。但是其 它热塑性塑料也逐渐得到关注。 例如俄罗斯 Avtovaz 公司生产的小型 Lada 汽车的 1.5L 和 1. 6 L 发动机的总管。Avtovaz 最近用 Dow Automotive 公司的 Questra N WA9735-01 注塑 材料取代了铝质进气总管， Questra N WA9735-01 是 35%玻纤增强的尼龙 66 和间规 P S(SPS) 的混合料。 Dow Automotive 公司的进气管市场开发经理 Jim Cederstrom 说： “尼龙- SPS 混合料在进 气总管、气门套和装饰性发动机盖方面有很大的市场潜力”。 Questra N 混合料以尼龙 6、 66 或 6/66 化合物作为连续相，因此保留了尼龙的可加工性和表面外观。分散相 SPS 吸湿 性小，提高了制品的尺寸稳定性和抗翘曲性。 SPS 在发动机盖内的高温下也能保持良好的 机械性能。 Avtovaz 公司 Questra N 材料的进气总管重量降低了 50%，成本节省了 30%，主要因为部 件的一体化。 进气总管模块的双壳通过振动焊接组合在一起，但是 Dow Automotive 公司 预测其专利粘合剂的使用将节省更多的费用。 生产进气总管的另一种新材料是 Solvay 公司的 Amodel A-6135, 一种含 35%玻纤的聚邻苯 二甲酰胺(PPA)， 用于取代 General Motors 公司的 LS 发动机的高扭矩的增压配套元件的铝 质进气总管。这种进气总管由密西西比州 Ashland 市的 Fuel-Air-Spark Technologies 公司 推出，用在 Corvette、Camaro 和 Pontiac Firebird 的 V8 和 V6 发动机上。 Amodel 提供 165 万 psi 的弯曲模量，比尼龙 66 的耐热性更高，而且在高温下的抗蠕变性 和铝相同。PPA 据说对机油、油脂和长寿命冷却剂也具有卓越的抗性。密歇根州 Rochest er Hills 市的 Composite Performance Technologies 公司制造的三片式组件仅重 11 磅， 而铝质组件重 26 磅。 更加光滑的 PPA 内表面也使进气总管的空气流率提高了 25%，马力 等级提高了 6% 。塑料车窗技术 Christian Hopmann、Sebstian Goebel、Jan Foster1998 年，Smart（精灵）小汽车的问世，使塑料首度成为量产汽车车窗的原料。从此，塑料开 始大举入侵此前一直由玻璃的独占的车窗材质领域。 如今， 塑料在该领域有三类产品有着显著发 展：◆固定式侧窗 ◆透明天窗 ◆后窗组建（如：奔驰 C 级双门运动跑车），以及车身上那些有深色玻璃质感的配件塑料制车窗的动机 虽然塑料代替玻璃用于车窗制造的最初动机是通过减轻车体重量来降低油耗， 但如今， 众多其他 因素超越这一原始动机成为更主要的缘由。 汽车的最佳风阻和效率的改进使得减轻重量对于汽车 的影响不再那么明显。每辆车通过使用塑料而减轻 30 至 40 公斤重量所产生的作用还不如降低 整车重心和优化前后轴负重分配所产生的效果。 这样就提供了探求汽车最佳的动力学表现新的资 源，并对于在改善安全性的同时提高驾驶乐趣这一方面起到了实质性的作用。 另外，塑料相较于玻璃有极大的可塑性，因此有些几何形状用塑料可以成形，但对于玻璃甚至在 可预见的将来都难以完成。 由于塑料本身较低的硬度， 塑料能更好的应用于具有显著结构刚度的 复杂几何形态。尽管塑料硬度低，但在安全性方面优于玻璃。万一发生碰撞，塑料结构能因其更 好的冲击力保持其完整性。若换成玻璃，结果就相反了（玻璃会本能地破碎）。塑料的这一特性 对维持残存外壳的完整起到了作用。窗户具有的低模内残余应力以及低分子取向源自于材料、设计和 工艺技术的最佳组合，图片由 Battenfeld 公司提供 塑料的应用而带来的高度功能性整合也作用于汽车部件生产， 通常这都需要精确计算。 通过塑料 特有的结合技术诸如多组分注塑成型和搭扣配合等， 可以节省生产线上的装配步骤直至最终装配 成形。因此，塑料的应用提供了巨大潜能，尤其在扰流板和灯的整合方面。 充分开拓这一材料的潜力需要材料开发、 设计和生产技术之间最佳相互影响。 这几年来所有的参 与者都为此不遗余力，与此同时塑料车窗已在 ECE R43 认证项下应用于大批量生产，因而能够 满足对于车用玻璃的所有要求。就材质而言，聚碳酸酯已证明能达到特定等级，可以投放市场满 足对安全的特殊要求的应用， 例如当暴露于恶劣气候下的稳定性。 它相对于一般所看到的粘结系 统， 可以显示出更高的纯度和易加工性能。 塑料和比钢相比的低硬度和更高热膨胀性的缺点以被 用于创新设计中。大众公司的 1 升的原型车上仍一如既往地采用了轻量化设计， 照片由大众公司提供 相关的注模和机械工艺 车用窗户的制造对于注模和机械工艺有相当苛刻的要求。 为了制造光学上高质量的车窗表面， 需 要大块面模具表面抛光并且在制模过程中不能够有沉积物。 由于机能上的原因， 浇口通常采用设 置在长边，并设计成为薄膜浇口。充足的尺寸能确保过程稳定和高质量。与此同时，也有其他解 决方法，比如：阀式浇口、点浇口亦相继应用。在压力注塑中运用收缩边能确保制模始终紧贴模 具， 这样能使成模的表面具有高品质。 精确且均衡的制模温度控制以及对于成模均匀的降温过程 对那些需要尺寸精确的低模内残余应力产品是必须的首要条件。光泽且绝对清洁的模具表面是高质量模具所必需的，图片由 Engel 提供 因为制成品的尺寸要求， 模具和机械间的完全紧密配合至关重要。 这种相互依赖当然是取决于所 采用的特殊注塑制模过程。对于流动长度/壁厚比率较高的大面积部件，目前采用的有不同的注 塑和压缩技术。从一方面来讲，这样大大降低了填满腔体所需的压力；但从另一面来看，熔融物 的抗剪应力降低了，这样将导致分子取向的减弱。基于这一事实，聚碳酸酯以其柔韧性，现在正 作为大片窗户的首选材质。 最小的分子取向是非常重要的， 因为分子取向会使这种材质产生不需 要的光学效果――显著的双折射。 同样地，没有模内残余应力在光学部件中也是需要的，因为这将降低防刮伤涂层的黏附性，这一 点非常必要。 光学研究表明注塑压缩制模相较于传统注塑制模拥有更好的效果。 这也解释了为什 么目前唯有注塑压缩制模工艺需要在压缩过程中运用完全平行的压盘， 并且在大块窗户上不产生 压力波动。同样，所有机械制造者都信赖双转轴技术。这样通过多组分注塑制模能使便宜的产品 具有较高的综合功能。此外，15 至 20 吨的联合制模也相应地易于处理。刚取出模具的成模均衡的温度分布预示着均衡的模 具温度，这对于高品质的成模非常重要。图片由 Engel 提供 注塑压缩制模工艺的准备 目前基本上有 3 种不同的注塑压缩制模工艺正在使用。其中最传统的注塑压缩工艺是被称作长 冲程压缩技术，它适用于夹具中薄壁部件的。在长冲程压缩工艺中，大约 4 毫米厚 1000 毫米长 的注塑压缩模具腔体打开到大约与部件相等厚度。 结果是在彻底填满滴剂的过程中需要压力。 随 后，机械部分的夹具单元封闭那逐渐扩张的腔体，并将模具压缩分布到熔融物上。由于部件尺寸 较大又因为窗户的边缘浇口需要， 在填筑和压缩过程中产生了必须消除的不匀称现象。 通过这里 描述的技术， 可以用平行压盘控制移动压盘的方法来实现对四个尖轨连接杆上的液压缸内的压力 调节。 另一个以低模内残余应力制造窗户的注塑压力制模的变体是膨胀压缩技术，由 Krauss-Maffei K unststofftechnik 股份有限公司提供（慕尼黑/德国）。在一开始注塑是模具是完全关闭的，若低 于最终所需厚度时也可能关闭腔体。 这种方法的优点在于： 解决了造成边缘浇口问题的射流现象。 当腔体填充完全以后， 部件厚度在压力的控制下随腔体变大而增加， 通过引入额外的熔融物予以 一定的压缩。一旦达到所需的压缩时，浇口就关闭，压缩力开始生效，来阻止塑料的收缩，就像 分布于大面积上的保持压力。为了精密控制部件成形，夹具单元的冲程必须仔细监控。Freeglas s 股份有限公司（Schwaikheim/德国）使用这一技术已经生产一系列固定式侧窗和车顶。内应力效果图：注塑压缩制模测试样本几乎无应力（左），这证明了该 过程优于常规注塑制模（右），图片由 Engel 提供 针对与长流程，Battenfeld 股份有限公司（Meinerzhagen/德国）与 Summerer 技术（Rimsting/ 德国）合作开发出 IMP-more 工艺，并于 2003 年 NPE 展上初次对公众展示。基本原理类似流体 交叉部分的定相扩大（phased enlarging of the flow cross-section），这种扩大通过腔体的楔 形开口实现。 倾斜夹具单元的移动压盘和腔体表面至比模具风口前几度。 机械压盘的关闭也延迟到注塑开始后。通过楔形口的变窄，腔体以非常低的压力罐满。正如同 K2004 展览上所展示的 一块约 1 平方米的展示窗，这一工艺过程能使大面积窗户的注塑制模在很低的模具内残余应力 下得以完成。 楔形压缩口封口和边缘浇口的结合会产生模内不均匀的开模力。 它们在模具中结合 的液压柱辅助下得以消除， 使机械部分有明显一致的开模力。 机械连杆在制模过程中从固定压盘 中缩回，产生了良好的通道，使得用机器人技术拆下成模部分成为可能。 熔融质量是成功的要素 熔融准备对于高质量的成模部件至关重要。在熔融过程中，特别要注意别面黑斑。适合的螺丝形 状和恰当的单向阀的选用对此相当重要。 因为聚碳酸酯有黏附机械螺丝并将其破坏的倾向， 对螺 丝的材质选择要加以特别重视。镀铬和硬表面螺丝以及表面涂层螺丝已经被成功地应用。 作为研究项目，Battenfeld 股份有限公司（Meinerzhagen/德国），Metaplas Ionon Ober-flaec henveredlungstechnik 股份有限公司(Bergish-Gladbach)，Ticona 股份有限公司（法兰克福）和 Wahl optoparts 股份有限公司 （Triptis） 材料科学部门， ， 塑料工艺学院 （RWTH 大学和亚琛市） ， 已经投资了进行了不同的表面涂层的研究以应用于制塑部件， 提供光学部件注塑制模所需的稳定 性。 这一项目的宗旨是创造一种适用于任何塑料树脂的最稳定的涂层系统， 同时也具有最佳的综 合特性。对于这一目标，不同的 PVD 涂层系统在光学级树脂加工中的表现各具不同的特征。尤 其对于螺丝表面黏附趋势是予以负面评价的。汽车的全景天窗里，玻璃和塑料元素完美地交互补充，图片由 Bayer 材料科学提供 表面处理的种类 考虑到当暴露于环境（抗紫外线的稳定性）和化学品中（洗车清洁剂、盐等等）稳定性的要求， 和塑料车窗的耐磨性的要求，目前仅能通过附加的表面涂层予以满足。这种涂层，主要有三种， 且它们之间亦能相互联合。保护性涂层可以作为溶液（液体）应用，从气相中沉淀或者作为薄膜 应用。 目前作为溶液的应用是最为普遍采用的技术。 这一技术首先被用于车头灯镜片的大批量生产， 也 可以通过常规方法应用于感光底层（例如变色，浸渍，喷涂）。塑化可以通过热力或者紫外辐射 实现。因为光学涂层严格的质量要求，净室条件是必须的。 起初，硅基聚合物涂层应用于防擦伤表面。最初的溶液含有高比例溶剂能够在室温下迅速蒸发。 然后涂层固化成类玻璃薄膜。 硅基聚合物链上的羟基、 烷氧基团浓缩成三维立体上交联甲基二氧 化硅薄膜。依据典型的热固化系统，涂层在 120 至 130 摄氏度时发生交联，持续 30 至 60 分钟。 市场上还有紫外固化系统，但它们的抗刮擦性和暴露于气候环境下的稳定性（耐气候性）低于热 固化系统。Battenfeld 公司借 IMPmore 工艺引进了一种有楔形压缩口的全新 注塑压缩制模原理。图片由 Battenfeld 公司提供 典型的涂层开始于薄膜底漆，它能保证脆弱的防刮薄膜很好的黏附在柔软的 PC 上。相对稍厚的 抗刮擦涂层作为第二层。 两层底漆和抗刮擦顶部涂层含有紫外线吸收体和紫外线稳定剂， 能保证 该系统暴露于气候条件下的稳定性。膜的厚度介于 5 至 15m。为了减少工艺时间，无底漆防刮 擦涂层在近年来得以发展。因为一个固化过程被除去，节约了相当多的成本。 在工业实践中，GE Bayer 硅树脂股份有限公司(Leverkusen)PHC578, AS4000 以及 AS4700 涂 层系统被广泛认同(例如：Smart 精灵汽车的车头灯镜片和三角边窗，C 级车的后窗)。这些涂层 能够满足汽车工业的要求并且正门了它们本身在实际使用中的长期稳定性， 即便它们抗刮擦和紫 外稳定性低于玻璃产品。连杆从固定压盘上的缩回加大了磨具的通道，产生了能使拆卸机器人进入 的空间。图片由 Battenfeld 公司提供 这种涂层的防刮擦能力可以通过加入纳米微粒（直径小于 40 纳米）的方法予以提高到与玻璃制 品相同的水准。所使用到的纳米微粒为散布于有机化合物中的金属氧化物（如：二氧化硅，氧化 铝）。由于这些微粒非常小，它们不折射光线，所以涂层仍保持透明。纳米微粒在狭窄尺寸分布 范围内的稳定分布的重大困难已经被克服。目前，已经能在经济的条件下得以实现，因此现含有 纳米微粒的防刮擦涂层正被积极推行。例如，Hanse Chemie 德国公司（Geesthacht）混合了含 纳米微粒占质量百分比 50 的涂层系统，并采用紫外固化。此涂层能够防紫外线，并且已用于普 通工艺。将来，还会有许多有趣的发展。 防括擦薄膜不仅能从溶液中沉积出来，也能从气相中得到（PVD ：物理蒸汽沉降；PECVD：化 学辅助气相沉积）。通过这些技术，金属氧化物、硅树脂或者有机硅化合物在一个低压过程中蒸 发，并且从气相中沉积成为防刮擦薄膜。然而在 PECVD 过程中，化学反应取代了气相，制成了 防刮擦薄膜。用这些涂层技术制成的防刮和其他表面保护和纯玻璃相比较，具有竞争力。但是紫 外线能穿透涂层，因此额外的防紫外涂层就十分必要了。到目前为止，还不能通过 PVD 或者 PE CVD 的方法比较经济地制备这种涂层。Exate 股份有限公司（Bergisch-Gladach）通过在塑料上先使用防紫外涂层作为底漆然后使用 PE VCD 抗刮擦涂层的方法解决了这一难题，这种方法称为 Exatec900 上光系统。据制造商那里得 到的信息，这种涂层能保证即使暴露于气候环境中 10 年多仍然稳定。该系统的设备非常昂贵， 因为这项工艺涉及到涂层以及真空技术。 基于此原因， 这项工艺只有在制造塑料车窗的其他决定 性要素都具备后方能得以经济地实现操作，并减低该系统的成本。至此，仅有极少量的原型车装 备了此系统。预测显示塑料制车窗的巨大增长，由 int 统计 薄膜应用的功能性统合 塑料车窗上薄膜的应用预示着制造防刮表面的最终可能。例如使用 PMMA 薄膜，就能显著增加 防刮性能。若是薄膜中还含有紫外吸收剂，那就还可以是薄膜下的塑料受到防紫外辐射的保护。 可惜 PMMA 抗刮薄膜不具备这一性能。因此，有必要在薄膜上再多加一层而外的防刮擦涂层。 功能性整合的可能性已经由 KRD 涂层股份有限公司（Geesthacht）在一原型汽车的后窗上得以 示范。 该防紫外线高清晰度薄膜是由细加热线系统和含紫外吸收剂涂层的薄膜， 已经应用于塑料 车窗。目前，虽然仍旧无法经济地大批量生产这种车窗，但这清楚地显示将来的发展潜能。 对于仍比普通玻璃车窗昂贵的塑料车窗， 若要成为经济上可行的产物， 必须要综合额外的高附加 值。它们不能够仅仅满足于薄膜的最基本要求，诸如防刮、防化学、抗紫外。它们必须提供附加 功能，例如防紫外线高清晰度薄膜，电磁屏蔽功能。目前的挑战在于用最少的三维几何步骤来综 合这众多的性能。 据决定性意义的有效物流链 有效并且慎重考虑的物流链对于这整个过程在经济上， 对于这个多步骤制造工艺， 对于其产品的 质量都具有非常重要的意义。 其中特别包含如下几点： 由于产品特性对全部制造过程中的清洁要 求、从模具中取出成模、后续操作。依据 Krauss-Maffei 的分析，采用注塑制模工艺用聚碳酸酯 制造光学产品的总不良率低于 5%。相对重要的是烘干和原料运输的不良率（33%）以及原料生 产和包装的不良率（62%）。即使不考虑这些在制造汽车窗户过程中的具体数据所显示的价值， 很明显，仍然有众多的不良溯源必须予以消除。无论是谁将面对这一挑战，他都将身处一个有着 巨大潜能的市场和相对较高的增长率。 片状模塑料(SMC)在汽车造中的应用 在汽车造中的应用 片状模塑料董永祺 熊学斌片状模塑料(SMC)近年在汽车业的应用日渐普及，并以此造三类汽车零件。本文首先概述 SMC 在汽车造业的应用，然后介绍减少重量及成本的 SMC 汽车零件的研究发展情况，最后道出该材 料未来面对的挑战。 片状模塑料(Sheet Moulding Compound，简称 SMC)是用上、下塑料薄膜裹覆着聚酯树脂、短 切玻璃纤维、 填料和辅助材料的片材， 是用途广泛的模压合材料品的半成品。 与钢汽车零件相比， 模压成型 SMC 汽车零件具有许多优点，如：生产周期短，便于汽车改型，投资效益较好；重量 较轻，节约燃油，排污较少；设计自由；件的整体性好，零件的数量很少；耐用性和隔热性好等。 SMC 的缺点包括：不可回收，污染环境；虽然性能价格比较好，但一次性投资（如 SMC 机组、 压机和模具）往往高于对应的钢件。 SMC 汽车零件分为三类：一、功能件，如机油盘、隔热板等，要求耐高温和耐油腐蚀；二、车 壳外板，全世界轿车、轻型货车的外板价值 300 亿美元/年，而 SMC 外板所占比率很小（只有美 国例外），但具有 A 级表面精度的 SMC 车壳（特别是发动机罩）发展很快；三、结构件，如散 热器托架、横梁（cross car beam），Taurus 和 Mercury Sable 轿车的前围的下散热器 SMC 托 架只有二件（原钢的有 22 个零件），重量大减，成本降低 14%。 SMC 在汽车造业的应用情况 SMC 汽车构件是 20 世纪 90 年代美国最成功的合材料品之一。在 2000 年 SMC 市场中，美国和 欧洲汽车 SMC 消耗量的占有率分别为 70%和 42%。 美国新颍 SMC 汽车构件的实例如下： 2001 Cheverolet 1500 系列 Silverado 4x4 Extended cab 车的后挡板， SMC/SRIM 成型合材料成； 用 2001 Ford Ranger XLT 4x4 车的发动机罩和前脸是 SMC 的（Budd 公司模压）；2001 Pontiac Azotek 车具有 SMC 大灯托架，其重量和零件数目比 原来钢托架大减；2001 Cheverolet Corvette 车的前地板是 SMC 蒙皮/balsa 木芯的夹芯结构， 厚度 15mm，重量 15kg，比原来钢地板更轻，刚度更高，明显地降低了发动机产生的振动和噪 音；2001 Cheverolet Avalanch Ultimate Utility Vehicle 车的中、后门内饰板，由 SMC/SRIM 成 型合材料成，比原来内饰板的耐压痕性和耐腐蚀性更好。 轿车车壳是 SMC 的难关和新成就之一。其表面精度要求严格，必须达到 A 级表面精度，即 LOR IA 波纹指数。为达到此指标轿车通常可采用烤漆技术，换言之 SMC 车壳必须经受烤漆的高温。 1969 年 International Harvester 货车 SMC 发动机罩面世，导致 SMC 像潮水般涌入重型货车市 场；1978 年模压 SMC 开始采用模内涂层（IMC），使技术更上一层楼；1982 年开始采用低糙 度 SMC 配方和真空模压技术，使 A 级表面精度技术日臻成熟；1994 年开始掌握回收 SMC 技术， 但因成本太高和难度太大，而不能推广实施；1998 年 Corvette 牌轿车的内饰板开始采用低密度 SMC（用空心玻璃微珠做填料）模压成型，比重由原来的 1.9 降到 1.4，为轻质 SMC（也即：汽 车节能）另辟蹊径。 轻质、 轻质、高强 SMC 汽车零件的研究与开发减轻汽车重量 “减轻汽车重量”是汽车造业的重要课题。其主要途径包括：借助于有限元计算方法，科学地设计 SMC 零件的结构，提高其效率；选用最佳 SMC 原材料（如低密度填料）和模压工艺，使零件减 薄；减少 SMC 配方填料和纤维的含量；尽可能选用夹芯结构、混杂系统材料。 降低 SMC 密度的方法有：选用空心玻璃微珠做填料，SMC 密度可降到 1.4~1.5g/cm3；借助添 加剂，使 GF 含量和品的物理性能最佳；模压前模压件表面涂敷密封底漆和模内涂层，使品达到 A 级表面精度； 选用表面涂覆了聚酯和乙烯基酯浸润剂的 GF 代替普通 GF， 可使模压品的重量减 轻 65%，弯曲模量大于 30GPa，拉伸强度大于 400MPa。 目前一些乘用车的 SMC 壳体比别的材料壳体较厚（普通 SMC 壳体的厚度为 2.5~3mm）；DSM 公司的目标为 2mm 或更薄；法国雷诺公司第三代 Espace 轿车 SMC 壳体厚 2.1~2.3mm，密度 为 1.6g/cm3；Isuzu 轻型货车的前脸选用低密度（1.4g/cm3）、A 级表面精度的 SMC 模压，重 量比普通 SMC 轻 30%。有的 SMC 壳体上只有一条加强筋，减薄的潜力很小。 30% GF/热固性改性丙烯酸树脂的 SMC（日本 Mitsubishi Rayon Co 研），添加了特种浸润剂 （sizing），提高了树脂与 GF 的浸润性。可沿用现有的 SMC 机组生产。品的收缩率为 7%~8%， 大于聚酯 SMC（收缩率为 3%）；耐老化和光泽保留率极好；褪色率只是聚酯 SMC 的一半。 降低成本 降低成本是提高商品竞争力的关键因素之一。SMC 发动机罩的成本低于铝合金和聚对苯二甲酸 已二醇酯（PET）发动机罩，但高于钢发动机罩，其主要原因是 SMC 车壳表面的瑕疵多，修理 费时费力，喷漆质量差，二次加工费昂贵（是钢车壳的 3.6 倍）。近日出现了真空挤出热塑性混 合料处理 SMC 零件表面瑕疵的新技术。 另外，采用科技含量高的先进技术和科学管理，可以提高 SMC 零件的各项生产指标，例如从 19 86 至 1996 的十年间，北美 SMC 零件的生产周期从 135 秒/件降到 90 秒/件；次品率由 10%降 到 5%；边角料所占比率由 5%降到 2%；正常运转时间（uptime）所占比率由 75%升为 90%。 这样就大幅度降低了 SMC 零件的成本。 SMC 品的基准产量与机遇挑战 从理论上讲，SMC 品客观上存在一个基准产量（crossover point），当某件 SMC 品的实际产量 低于此基准时，它的价格低于同类钢零件；超过此基准时则高于钢零件，该基准随着科技进步和 市场扩大而递增。美国权威机构 IBIS Associates 的科学论说明，1986 年的基准产量为 7 万件/ 年， 十年后约上升为 15 万件/年。 目前北美半数以上的 SMC 零件生产公司的产量都小于 10 万件 /年，由此可见，SMC 的汽车市场潜力很大。 生产实践和科学研究指出，SMC 不失为较科学、理想的新型汽车壳体材料。在未来开发节能、 环保的新车、快速改型换代、小批量投产方面，它将起着重要作用。随着新车型不断涌现，势必 产生新课题和新风险， 例如如何减少由于采用 SMC 导致汽车造商的投资风险？如何提高 SMC 车 壳的性能和质量，在与钢、铝车壳的竞争中稳操胜券？这些都是摆在面前的艰巨任务。浅谈国外重型汽车塑料制件 中国重汽集团公司 李帮山由片状模塑料(SMC)制作的零部件 片状模塑料(SMC)是一种干法制造不饱和聚酯玻璃钢制品的模塑料。20 世纪 60 年代初，这种塑 料首次在欧洲出现，之后美国和日本相继发展了这种塑料材料的加工工艺。大约在 20 世纪 60 年代末，全球对 SMC 的需求量就已初具规模，此后每年以 20%～25%的速度增长。SMC 的主要 优点是： ● 与金属相比，其电气性能优越，具有耐腐蚀、耐介质的特性，且价格较低，工程设计灵活。 ● 与增强热塑性塑料相比，该材料具有制品不易变形、机械性能和热变形温度较高、耐化学药 品腐蚀等特点。 ● 与手糊和喷射玻璃钢相比，该材料在成型周期、工作环境、制品外观等方面表现尤佳。 目前，SMC 被广泛应用于运输车辆、建筑、电子、电器等行业中。为了促进 SMC 等复合材料在 汽车上的应用，国外成立了“汽车复合材料大联盟(ACA)”。该联盟拥有 25 家包括模具、工具制造 和原料生产在内的供应商，他们能够为汽车工业提供复合材料产品。表 1 即为该联盟在 2000 年 开发的用在重型汽车上的 SMC 零部件。目前，VOLVO F12 驾驶室的面罩及左右侧导风罩均选用 SMC 作为其材料。
塑料膨胀水箱 膨胀水箱是一个要求较高的功能件， 既要适应发动机冷却系统的高温要求， 又要经受外界气候的 考验，因此要求其在-40℃～120℃之间性能稳定，同时还应承受箱体内过压达 100kPa、欠压达 4kPa 的考验。 目前在瑞典 VOLVO 重型卡车、德国 MAN 客车和日本日野卡车上均装配有塑料膨胀水箱。其中， VOLVO 膨胀水箱由于采用了半透明聚丙烯(PP)制造，使得绿色防冻液水位一目了然。其箱体是 由上下两个带法兰的注塑件焊接而成，在箱体内部有一些隔板，从而提高了箱体的整体强度，改 善了其应用功能。这种塑料膨胀水箱被安装于驾驶室下部的固定架上，采用螺钉紧固。 MAN 膨胀水箱采用黑色塑料制造，材料为 20%玻璃纤维增强 PP（VESTOLEN P9503）。该水箱 是通过吹塑成型，中间利用加强筋将膨胀水箱分隔成 8 个水室，从而使水箱的强度得到提高， 也有利于散热。该水箱的平均壁厚为 3～4mm，最小壁厚为 2.5mm。为了节省空间，该膨胀水箱被做成扁平状，其长、宽、厚分别为 94cm、38cm、8cm。 日野膨胀水箱也采用黑色塑料制造， 它由两块带法兰盘的注塑件焊接而成。 水箱的液面观察孔为 上下两个， 分别处于允许的最高水位和最低水位处。 观察孔是利用透明塑料将其与箱体焊接在一 起，孔内装有红色浮珠，利用球的浮起和落下即可判断液面高低。该水箱的安装方式是，先用金 属带捆绑后再将其安装于驾驶室后部的固定架上。 与 VOLVO、MAN 及日野的膨胀水箱相比，国产膨胀水箱存在的主要问题是：制品粗糙，表面不 平整，存在不规则的细线。造成这一问题的主要原因是模具表面粗糙；各接口焊接部位有错位、 不平现象，存在脱焊隐患，其原因主要是焊接方法不当；材料质感及透明度与国外零件相比还明 显不足；壁厚均匀性、加液口及盖的加工精度有待进一步提高。 通常， 采用吹塑工艺生产的膨胀水箱一般都需要进行附件的焊接。 在有关资料中可以查出其焊接 强度要求，例如：当在附件焊接面的垂直方向施加 980N 的力时不应产生开裂；当在焊接面方向 施加 9.8Nm 的扭矩时也不应产生开裂。 挡泥板 挡泥板也被称为翼子板，一般被安装于汽车车轮的上部，其所处的工作环境通常比较恶劣，不仅 经常发生碰撞和振动，而且还经常受阳光、冷热、雨雪、泥沙等自然条件的侵害。正因如此，过 去挡泥板所用的材料一般是聚氨酯，这类材料虽然性能优异，但价格高，且为热固性材料，不能 回收利用。目前，VOLVO 采用 PP-T20＋EPDM 材料来生产挡泥板，并在挡泥板的内表面安装了 防石击垫， 这样既可保护挡泥板， 又可降低石击噪音。 类似的应用在日本三菱载重车上也可见到。PP-T20＋EPDM 材料主要由共聚物聚丙烯+约 20%滑石粉+三元乙丙橡胶制成。三元乙丙橡胶的 添加提高了制品的韧性和耐大气老化的能力。该材料弹性好，耐老化，成本较低，可以回收，利 于环保。该材料制成的简支梁缺口冲击强度(23℃)≥8kJ/m2，杨氏模量≥1700MPa，可在 100℃ 条件下长期耐老化。 风扇护罩 风扇护罩位于发动机冷却风扇周围，起风向导流和保护作用。VOLVO 风扇护罩采用 PP 生产，该 材料制成的简支梁缺口冲击强度(23℃)≥4kJ/m2，杨氏模量≥2000MPa，可长期在较高温度下使 用。 空气滤清器外壳 一般情况下，空气滤清器的外壳是采用金属板焊接加工而成，成型工序多，需要磷化、涂漆等防 腐处理，还存在焊缝漏灰的隐患。为解决这些问题，VOLVO 空气滤清器的外壳采用黑色 PP 塑料 吹塑成型，其加工工艺简单，不需喷漆，制品不仅重量较轻，而且永不锈蚀。采用 PP 吹塑成型 的空气滤清器外壳采用预埋金属件进行安装， 预埋金属件与吹塑壳体通过热焊接连成一体， 焊接 部位结构独特，既有面的焊接，又有铆接。滤芯被置于中间，采用钢网固定。滤芯放好后，利用 螺栓将塑料盖固定到塑料壳体上，盖和壳体之间有橡胶圈进行密封。遮阳罩 目前，国产重型汽车基本都采用室内遮阳板或遮阳帘，其缺点是面积小、遮阳效果不佳，容易造 成驾驶员眼睛疲劳。而国外生产的重型汽车，尤其是长途运输车和集装箱运输车，如 VOLVO、S TEYR、SCANIA、MAN 等均采用了外装遮阳罩。此件被安装于驾驶室前风挡玻璃上方，长约 21 00mm，高约 300mm，采用有机玻璃（PMMA）塑料板热压成型，颜色有墨绿、咖啡、烟色等。 其优点是既遮阳，又透光，能彻底滤掉有害紫外线，而且前方视野清晰。加装了外遮阳罩后，驾 驶室内光线柔和，且由于导流作用，使行车风阻减小。 目前国产的遮阳罩在安装和使用时经常发生碎裂和变形现象， 究其原因， 主要是材料的耐冲击性 和耐热性较差， 这从对国产件和进口件的检测数据上也可以得到证实。 通常国产件的悬壁梁冲击 强度为 10kJ/m2，耐热变形温度为 90℃，而进口件的悬壁梁冲击强度为 12kJ/m2，耐热变形温 度为 110℃，因此希望有关厂家积极研制出耐冲击性能好的材料。 前脸格栅及仪表板 塑料合金是具有塑料特性的高分子多组份体系，它包括共聚物（嵌段共聚物如 ABS、接枝共聚物 如 PPO 与 PS 接枝共聚物）和共混物（物理共混物、化学共混物等）。一般情况下，单一聚合物 的性能有限，而塑料合金则可改善其不足，因此应用更加广泛。例如，单一的 PS 冲击性能差， 易开裂，而添加了丙烯烃和丁二烯的 PS，即 ABS 的冲击性能被显著提高。另外，PPO 的加工性 能较差，与 PS 接枝共聚后，克服了此缺陷。 对于安装在驾驶室前部的汽车前脸格栅而言，通常要求其既美观，又具有耐热、耐冲击的性能。 为此，VOLVO 采用了 PC＋PBT GF20 材料，利用注塑工艺生产此类零件。该材料的密度为 1.2g /m3 左右，拉伸强度可达 57MPa（与 SMC 相当），伸长率达 80%以上，弯曲强度达 65MPa 以 上，在 1.8MPa 载荷下其热变形温度可达 135℃ 对于仪表板而言，通常要求其能耐 110℃的高温，这是单一 ABS 材料难以达到的，因此，MAN 采用了 ABS＋PC 材料来生产仪表板。通过在 ABS 中添加耐热和抗冲击性能优异的 PC，既可满 足 110℃的高温要求，又使其抗冲击性能得以加强。另外，MAN 采用 PPO＋PA 材料生产的左右 导风罩的壁厚为 3mm，其使用温度为-40℃～135℃。 隔热吸音零件 过去在某些重型汽车上安装的隔热吸音零件一般都较小， 通常是被安装于机仓局部， 所用材料为 覆盖了铝箔的玻璃棉板、聚氨酯泡沫板等。从原理上讲，这些材料虽然可对驾驶室内部起到隔音 和隔热作用，但却不能降低车外噪音。为了使车外噪音也同时得到降低，就需要在整体发动机上 安装隔音吸音件。目前，在 VOLVO 车的发动机上部安装了隔热降噪零件，该零件由织物纤维和 聚酯层等（棉纤维、聚酯纤、阻燃剂、固化剂）组成，表面覆盖针刺毡，经高温热压成型，其面 积可覆盖整个发动机，具有较好的隔热降噪效