虽然消费者对汽车的偏好千差万另少,但忌的趋势仍然是追求更高质量、更低成本的新型汽车,与此周时消费者对汽车的安全性、节能环保性也更加关注。在这祥的需求驱动下,传统的汽车没计和制造掉式正在受到严峻的挑战。为此,在新型号、新外观的汽车开发中引入新概念、新材料、新技术对于缩短汽车的开发制造周期起着十分重要的作用。
工程聚合物在汽车工业中的应用已有很长的历史。由于工程聚合物材料具有多方面的优越性能,因此,设计师在汽车的设计中,非常乐于在各种应用场合选择工程聚合物材料,这有助于设计师将他们的新思想贯穿于设计之中。
一、材料的选择很重要
对于OEM 厂商来说,选择材料的过程是非常复杂的。他们不仅要考虑技术因素和设计因素,还要领悟消费者的偏好,考虑当地的文化、地理、历史等各种因素。另外,在汽车总成中会有多个零部件,这些零部件对材料具有不同的要求。因此,在新车型的整个开发周期中,玛佩斯公司的汽车应用工程师与OEM 厂商及其零部件制造商始终保持着密切的合作。
尽管不同汽车中的同种零部件会有类似的设计和功能,但是不同的OEM厂商往往会采取完全不同的技术、材料来实现各自对这个零部件的要求。重要的是,工程塑料供应商要充分理解每个零部件OEM厂商在设计、开发中所要求的各种因素。在澳大利亚,所有当地的OEM厂商(福特、通用、丰田、三菱)都喜欢选用ABS / PC 合金来制造汽车零部件,而在欧洲人们则更愿意选用改性PA6。
同时,在产品的开发设计中,设计工程师还要将零部件的制造成本和能源消耗因素考虑进去。在满足技术要求的前提下,应尽可能地减少制造程序以节省成本和能源。对此,选择适当的材料将有助于减少制造程序,降低成本。例如,在福特Falcon 仪表板的生产中,工程师使用玛佩斯公司的ABS/PC合金取代了原来的玻璃纤维填充材料,其原因是玻璃纤维具有易碎性,在总成的组装过程中破损率较高。而使用ABS/PC 合金后,可以使用一步注射成型法制造仪表板,使用振动焊接法将两片空气流道焊接起来。
有时,工程聚合物材料还必须满足视觉装饰方面的要求。例如,玛佩斯公司的可电镀ABS / PC 合金曾被用于通用Holden Stateman 的前隔栅中,这种材料能够经受恶劣的电镀环境,包括电镀过程中高温下的化学腐蚀。当隔栅电镀完毕后,通过循环测试达到所要求的热稳定性,并保证了ABS / PC 合金和表面金属之间可靠的物理粘接性。由于类似的原因,玛佩斯公司的可电镀ABS 还被选来制造福特、通用Holden 、丰田等汽车的外标志。
汽车中扬声器盖板所要求的精密网板图案需要材料具有很高的熔融指数来充满模具,除此之外,还要求材料具有热稳定性、较高的硬度,良好的耐候性、音质(听觉)和耐磨性等。因此,汽车工程师选择玛佩斯公司的聚甲醛来制造扬声器盖板,因为这种材料具有热稳定性,在加工过程中不发生热降解。
由此可见,合理地选择一种能够满足工程设计要求的工程聚合物材料,对于减少制造程序、降低加工成本以及适应各种应用场合是非常重要的。
二、应用案例
为了说明如何选择正确的工程聚合物来满足工程设计、成本以及其他方面的一些要求,下面从汽车的外饰、内饰和动力引擎等方面来介绍玛佩斯公司的工程聚合物在汽车中的应用案例。
1、外饰
*玛佩斯公司开发的ASTALOYTM ABS/PC合金被通用Holden UV Utility选用制作外座舱盖板、档把和定风翼。通用Holden UV Utility型号是一种低产量的汽车(每年少于15000辆),由于金属材料难以适应低产量的要求,因此,工程师在设计中决定采用塑料材料进行制造。为此,玛佩斯公司与通用Holden 及其零部件制造商开展了协同工程。根据设计要求,需要将能进行喷漆的注射成型板材提供给通用Holden 的总装线进行生产。为了达到与金属基体同样的视觉效果,所用材料的热膨胀性应当与其所镶嵌的金属部分相类似。一种特制配方的矿物质填充ABS / PC 合金既能够满足以上要求,又能够满足OEM 厂商的规格要求。这种材料能够方便地进行模铸以符合成本的要求。它的模铸部分能提供所要求的硬度、刚性和热稳定性,而且,它还能在独立喷漆过程中提供非常优秀的漆膜黍占着性。
通过使用ASTALO TM ABS/PC 合金材料,节约了成本,模铸成型部分具有很好的耐力,在抵抗较小的冲击后,还能轻松地复原。
*三菱公司使用PC/ABS 合金制造三菱Magna外门把手。澳大利亚三菱汽车公司1996年款Magna采用了一种新的外门把手,且要求门把手为黑色。该公司选用了一种硬质抗冲等级的PC/ABS 合金(lupilon MBZ106),这种材料具有很高的强度和刚性、优良的耐候性和化学稳定性以及良好的视觉效果,完全符合三菱公司的所有检验标准。
*玛佩斯公司高耐热ABS 被应用于丰田2002款Carmy380N 中。玛佩斯公司与澳大利亚丰田公司及其零部件制造商紧密合作,开发出一种吹塑成型超高耐热AStalac ABS 树脂,并将其应用于丰田2002款Caxmy380N 中。实际应用表明,这种树脂在加工性能、热稳定性、硬度和可喷漆性方面均符合要求。这种聚合物具有超低的熔体私度,使得尾翼不会发生开裂。
2、内饰口ASTALO TM ABS/PC合金在福特AU Falcon仪表板中的应用。福特AU Falcon是一款大型的家庭用车,拥有4L 的发动机,并且拥有较长的轴距。其仪表盘对聚合物材料的要求是拥有高模量、高耐热性、高抗冲击性,并且重要的是,要拥有很高的熔体流动性。这是因为,在熔融加工过程中,很长的流动过程需要材料具有非常低的熔体乳度和加工温度。过去,该款车型使用玻璃纤维增强聚合物材料,例如mPPE 一GF10 和ABS / PC 一GF10 。尽管玻璃纤维填充材料能使仪表板具有刚性和热稳定性,但是由于非常易碎,使得模铸成型和装配过程变得非常困难。使用高流动性Astaloy ABS / PC 合金解决了破损问题,也可以实现更精密的设计,通过合并各种独立的零件,具有更卓越的性能,可以降低重量和成本。
使用这种材料后,设计的关键就是使用振动焊接法将空气流道与定位器连接起来,沿着仪表板的米度形成一种完全的盒状结构。
*玛佩斯公司为福特2002 款BA Falcon 排档把总成提供了8 个等级的聚合物材料。玛佩斯公司与澳大利亚福特汽车公司和一级零部件供应商(MtM 公司)合作,通过在福特汽车排档把总成中使用聚合物材料,降低了汽车的重量和成本。通过使用工程聚合物,MtM 公司合并了总成,减少了独立部件的数量,使得总成的重量减少了35%。玛佩斯公司为排档把总成提供了8 个等级的聚合物材料,包括使用35%玻璃纤维增强的PA66 制造档杆和机座,使用电镀ABS制造镀铬上盖板和把手外皮,使用热塑性弹性体SEBS 制造软包把手,使用25%玻璃纤维增强聚缩醛树脂制造操纵杆总成,使用PA6 制造把手按钮。
*福特2002 款BA Falconl勺饰总成。福特BA Falcon 的门饰引入了澳大利亚汽车的设计概念,即整个车门的盖板都由褶皱板所覆盖,从而可以显著地降低成本,并且可以使整个汽车内部显得和谐统一。为此,该公司将抗缺口冲击和30%矿物质填充的AstapropTM Mpp 应用在门饰的较低部位,以获得卓越的亚光性能,同时具有刚性、硬度和热稳定性;将超高流动性的聚缩醛树脂应用于扬声器盖板;使用高耐热ABS ,通过气压辅助成型法制造车门手柄;使用高耐热ABS 树脂制造上部盖板;使用非常强韧的矿物质/玻璃纤维增强PA6 制造车门手柄总成;使用电镀ABS / PC 合金制造车门拉手护板,这种ABS/PC 合金较ABS 具有更好的耐负荷性能。
3、动力引擎通用Holden 的VTll Commodore 的VSGen-3引擎需要一种大型的发动机盖板来保护发动机,并且要求提供良好的视觉效果。为此,该公司选用了高热稳定性的15%玻璃纤维增强PA6。这种材料的性能明显优于PA66,能很容易地充满模腔,并且翘曲率很低,还能在保持冈lJ .性的同时提供抗冲击性,在发动机舱中超过100℃ 的使用温度下,还具有化学稳定性和热稳定性。
三、结束语
汽车用工程聚合物材料始终以多种多样的、出众的性能得到众多汽车应用工程师的青睐。工程聚合物供应商将持续地与OEM 厂商及其零部件制造商紧密合作,开发和提供各种工程聚合物,以适应技术的要求,并迎接未来需求的挑战。伴随着崭新的概念、创新的设计和新颖的材料在市场上的出现,以及消费者对质量更严格的要求,塑料零部件将得到持续的发展。
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