塑料在汽車上的應(yīng)用

及其成型新技術(shù)

四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院申開智2004.7

汽車中塑料零件可分為三大類，即外飾件、內(nèi)飾件和功能件。1、汽車內(nèi)飾塑料件主要有儀表板、門內(nèi)板、座椅、頂棚、門手柄、門內(nèi)上下飾條、雜物箱、側(cè)窗防霜器、握把、按鈕等。2、汽車外飾件主要有汽車保險(xiǎn)杠、散熱器格柵、擋泥板（輪殼罩）、防撞條（防擦條）、后導(dǎo)流板、各種車燈、輪箍罩、其它零件如門鎖、窗玻璃升降器的支承機(jī)構(gòu)及搖手柄、雨刷器和燈的總成、桿、球碗等。3、汽車用塑料功能件主要有方向盤、燃油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸罩蓋、各種塑料齒輪如正時(shí)齒輪、凸輪、油管、油管接頭等，如表1?，F(xiàn)將重要的，有特色的零件及其成型方法介紹如下：

一、汽車保險(xiǎn)杠，大型薄壁塑件。注塑機(jī)：由于是長條形制件，模具寬、高、制品重三者不匹配，因此用普通大型注塑機(jī)注塑易造成機(jī)器的浪費(fèi)，因此近年來發(fā)展了保險(xiǎn)杠專用注塑機(jī)，模板寬而低，呈長條形，如日本宇部生產(chǎn)的保險(xiǎn)杠專用注塑機(jī)。注塑模具：大型模具，有內(nèi)側(cè)抽芯，有外側(cè)抽芯，澆注系統(tǒng)由于制件大，熔體流程長，因此采用多點(diǎn)進(jìn)澆，熱流道+冷流道以保證壓力傳遞，塑料熔體溫度均勻，流程不致太長如圖但這樣熔接痕較多，熔接痕降低了強(qiáng)度，特別是用玻纖增強(qiáng)塑料時(shí)，因玻纖不可能越過熔接痕，因而形成強(qiáng)度薄弱點(diǎn)，而且表面有熔接痕，為了克服上述問題并解決壓力傳遞問題，改用氣輔注塑成型。下圖所示為氣輔注塑與馬自達(dá)汽車保險(xiǎn)杠，傳統(tǒng)保險(xiǎn)杠由護(hù)條、外杠、內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)杠及油壓減震器組成，改為氣輔注塑件后上述零件合成一體，表面凹陷圓滿解決，用填充PP成型，增設(shè)加強(qiáng)筋后其剛性增加了60%，壁厚僅2.8mm，比多個(gè)零件組合構(gòu)成的前后保險(xiǎn)杠分別減輕了37%及24%的重量。

設(shè)計(jì)時(shí)增加了加強(qiáng)筋，粗大的加強(qiáng)筋在充模時(shí)作熔體通道，型腔接近充滿時(shí)，改作氣體通道，澆口只要一個(gè)，流程長但壓力均勻，內(nèi)應(yīng)力小，翹曲變形小，制品質(zhì)量提高。保險(xiǎn)杠材料國內(nèi)多為改性PP，改性的主要目的是增韌，增韌有兩類，一類是彈性體增韌加入乙丙橡膠（PP+EPDM），另一類是剛性粒子增韌，加納米或微米級(jí)CaCO3或滑石粉，或同時(shí)加入彈性體和CaCO3或滑石粉，這一類保險(xiǎn)杠一般染成黑色或灰黑色。例如PP/POE/滑石粉 PP/EPDM/滑石粉

PP（EPF30R） 85 PP 100 （EPS30R）15 EPDM 25POE15滑石粉 35

PP-g-MAH 10Hst 0.4 滑石粉 15 抗氧劑10100.2DLTP（增塑劑）0.5

上述材料成本低，僅16元/Kg，國產(chǎn)，易回收。為了作彩色保險(xiǎn)杠有以下幾種途徑：①材料染色用彩色PP和彩色熱塑性彈性體②噴漆、噴漆后回收困難，回頭料的伸長率和耐寒性大幅下降。不能再用于制造保險(xiǎn)杠，且噴漆涂裝性能差，應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)可涂PP。國際上高檔轎車多用PC/PBT共混合金材料，成型流動(dòng)性好，且有高剛性、高抗沖擊性（是PP的3倍以上）和耐化學(xué)品、耐油性，車身和保險(xiǎn)桿可同時(shí)一次涂裝，保險(xiǎn)杠與車身顏色一致，鮮艷奪目，但價(jià)格較高，約35元/kg。此外過去還用反應(yīng)成型（RIM）的辦法生產(chǎn)聚氨酯（PUR）保險(xiǎn)杠等。二、儀表板：有硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板。

硬質(zhì)儀表板一般用在輕小型貨車上，如圖，一次注塑成型，產(chǎn)品特點(diǎn)：儀表板外表面多為不規(guī)則曲面，上面有形狀大小各異的異型孔，模具設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮各鑲塊加工工藝，產(chǎn)品尺寸大，沒有蒙皮，表面質(zhì)量要求很高，耐高溫，剛性好，普通注塑要多點(diǎn)進(jìn)澆，這樣制品的外觀差，表面易凹陷，熔接痕多，一般需表面涂裝，常用材料為MPPO、填充PP、ABS等，ABS耐熱性較差，且玻璃倒影等問題無法解決。同樣用氣體輔助注塑一點(diǎn)進(jìn)澆可解決熔接痕問題。轎車的儀表板都是軟質(zhì)儀表板、它由表皮、骨架、緩沖材料三部份構(gòu)成。表皮：中高檔次轎車儀表板表皮用粉末PVC搪塑，普通檔次表皮用PVC/ABS等片材真空吸塑而成，將表皮和緩沖材料復(fù)合在骨架上。骨架：用鐵板（奧迪、紅旗）、硬紙板（捷達(dá)、桑塔納）也有用ABS、AS、玻纖增強(qiáng)PP，緩沖材料：PUR泡沫等。

缺點(diǎn)：不同材料粘結(jié)在一起，難于回收，污染環(huán)境。為便于回收，表皮用TPO，骨架用改性PP、緩沖材料用發(fā)泡PP。隨著轎車上安全氣囊的安裝，已不必用軟質(zhì)儀表板，只要外觀質(zhì)量好，也可采用低成本硬質(zhì)儀表板。還有其它汽車零件，如門把手等可用氣輔注塑成型。

三、門內(nèi)板：由表皮、骨架和緩沖泡沫材料構(gòu)成，類似于儀表板，但材質(zhì)有不同，以奧迪、紅旗為例。表皮為針織絳綸緩沖層為PU泡沫骨架為ABS或其它塑料注塑成型用真空吸塑成型的方法復(fù)合在骨架上成為一體。

最近開發(fā)成功低壓注塑壓縮成型法，表皮材料是TPO內(nèi)襯PP軟泡沫層骨架為PP聚丙烯熔體低壓注入模腔，將襯有發(fā)泡層的表皮和聚丙烯熔體擠壓在一起，成型為要求的形狀，如圖四、座椅：座椅由表皮、緩沖墊和骨架組成，表皮可以是真皮、合成革、人造革、化纖紡織品，緩沖墊目前幾乎毫無例外是軟質(zhì)高彈PU泡沫塑料，一般采用低溫發(fā)泡成型，為保持座椅良好的形狀，必須有軟有硬，密度不同，還要有骨架，骨架除鋼材外還可用GMT（玻璃纖維氈增強(qiáng)塑料），這樣就成為全塑座椅。

五、車燈類：燈罩用透明塑料，常見透明塑料有PMMA、PC、PS、AS、MBS等，但用作車燈有如下幾方面要求：

透光性高

非結(jié)晶高聚物，或結(jié)晶粒子非常細(xì)的聚合物

耐擦傷性好即硬度要大，用表面涂硬膜的PC，

耐沖擊性好如PC

耐熱性好

焊接性好焊接用振動(dòng)焊接，超聲波焊接，如圖，熱熔焊接，超聲波焊接用于無壓力要求的零件反光罩用PC、PPS、PBT后兩者不透明，或用熱固性的聚酯模塑料BMC，作前大燈的反光罩。六、全塑油箱（功能件）全塑燃油箱優(yōu)點(diǎn)：降重50%，降低成本30%，形狀設(shè)計(jì)自由度大，耐腐蝕性好，生產(chǎn)效率高，成本低，有很好的前景。目前國內(nèi)已能生產(chǎn)超高分子量聚乙烯油箱如桑塔那，油箱重5.36kg，其滲漏量達(dá)到歐洲汽車燃油箱標(biāo)準(zhǔn)（≤20g/24h），而美國標(biāo)準(zhǔn)為2g/24h遠(yuǎn)高于歐洲標(biāo)準(zhǔn)。要減少滲漏量，歐洲一般是對(duì)內(nèi)層作氟化處理或磺化處理，提高內(nèi)層防滲能力。要達(dá)到美國標(biāo)準(zhǔn)則要生產(chǎn)夾層油箱即箱壁內(nèi)外層用聚乙烯，中間層為尼龍（PA）或乙烯-聚乙烯醇共聚物（EVOH）為了使層與層之間粘結(jié)牢，還要加兩個(gè)中間粘結(jié)層，即五層結(jié)構(gòu)，其管坯就必須作成五層的，圖為五層管坯擠出口模。七、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管：從20世紀(jì)70年代發(fā)動(dòng)機(jī)周邊零件就已實(shí)現(xiàn)塑料化，如冷卻風(fēng)扇，散熱器水箱等。進(jìn)氣岐管把空氣分配到發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸里，要承受發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的高溫，原件由鑄鐵或鑄鋁制成，改用塑料可減輕重量40～60%，此外由于塑料件內(nèi)表面光滑，空氣流動(dòng)阻力小，從而提高了燃油效率，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能，在降低油耗，降低噪聲方面起到一定作用。成型方法：熔芯注射，由于進(jìn)氣岐管形狀復(fù)雜，無法抽芯，采用熔芯注射。首先用壓鑄模制成低熔點(diǎn)錫鉍合金模芯。再將該模芯裝到注射模具內(nèi)進(jìn)行注塑成型。塑料可采用增強(qiáng)尼龍（PA+30%GF）、聚砜（PSU）、聚苯硫醚（PPS）等塑料。然后用沸水、熱油或高頻加熱的辦法迅速將模芯熔出并回收，制品經(jīng)修飾后即完成。本方法還能成型內(nèi)部形狀復(fù)雜的其它制品，能保證制品內(nèi)腔光滑平整，尺寸精度高，下圖為熔芯注塑過程示意圖。美國Belland公司開發(fā)了一種替代金屬的聚合物型芯材料，以25%礦物填料填充的丙烯酸鹽—丙烯酸共聚物作型芯，優(yōu)點(diǎn)是該材料可溶于水，便于去除，且經(jīng)烘干造粒后還能重新利用。模具滑合成型法：為了成型汽車上異形中空制品，日本制鋼所開發(fā)了DSI-2M中空制品成型法。（DieSlideInjection）①將中空制品一分為二，兩部分分別注射成型，②將兩部份陰模（半成品保存在型腔內(nèi)）滑移至對(duì)合位置，③閉模后在兩部分結(jié)合縫處再二次注入樹脂，將兩者熔在一起，最后得到完整的中空制品，優(yōu)點(diǎn)：表面精度好，尺寸精度高，壁厚均勻，設(shè)計(jì)自由度大，與超聲波焊接相比，形狀精度更高，內(nèi)應(yīng)力較低，熔接強(qiáng)度高。如圖八、管材等連接吹塑成型：用于汽車零件立體彎管的成型，該零件抗振、耐汽油，安裝方便，經(jīng)濟(jì)。零件壁厚是三層，無飛邊，內(nèi)層為氣密性耐油性材料，如尼龍11，中間層為軟質(zhì)聚烯烴熱塑性彈性體，兩端厚中間薄，外層為硬質(zhì)聚烯烴熱塑性彈性體，兩頭薄中段厚，如圖也可經(jīng)過渡段