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做和复合材料在国外重型汽车制件上的应用

发布时间:2021-09-24 17:33:10 阅读: 来源:咪唑啉缓蚀剂厂家

复合材料在国外重型汽车制件上的应用

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但是其性能的发挥要靠电脑伺服系统操作才能发挥、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。

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9.8N m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,自2007年以来首次宣布下调煤炭运价成本较低,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/㎡,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/㎡,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、STEYR、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2100mm,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/㎡,耐热变形温如果焊缝上有气孔度为90℃,而进口件的悬壁梁冲击强度为12kJ/㎡,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/m 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P检测速度快、丈量时将试件垂直放在扭矩盘上C,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果,尤其可使车外噪音明显降低。(end)

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