聚碳酸酯材料在輕質車身制造中的應用

時間：2022-06-14 22:23:30

關鍵字：輕質車身制造應用優(yōu)勢

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[導讀]近年來塑料樹脂產品以其質量輕、易成型以及物理性能良好等優(yōu)勢,逐漸成為各行各業(yè)制作材料的首選。尤其是在汽車制造領域,以聚碳酸酯為代表的塑料樹脂產品可以顯著提高車輛的制造質量和安全性能,應用日漸廣泛。因此,研究分析聚碳酸酯材料在輕質車身制造中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

引言

近年來塑料樹脂產品以其質量輕、易成型以及物理性能良好等優(yōu)勢,逐漸成為各行各業(yè)制作材料的首選。尤其是在汽車制造領域,以聚碳酸酯為代表的塑料樹脂產品可以顯著提高車輛的制造質量和安全性能,應用日漸廣泛。因此,研究分析聚碳酸酯材料在輕質車身制造中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

1聚碳酸酯材料概述

1.1聚碳酸酯特性

聚碳酸酯屬于強韌的熱塑性樹脂,密度約為1.20～1.22g/cm3,無色透明,透光率達到85%以上,且無明顯的熔點,因此在常溫狀態(tài)下具有較高的機械性能。其主要的物理化學特性如表1所示。

1.2聚碳酸酯材料在輕質車身制造中的應用優(yōu)勢

（1）減輕車重:根據有關統(tǒng)計數據表明,車輛的重量與其燃油經濟性呈反比,車輛整體重量越低,車輛本身的燃油經濟性越高。在車身制造過程中,應用聚碳酸酯材料,理論上相同的零件可以降低車輛重量達到50%左右。以車輛的車窗玻璃為例,傳統(tǒng)的普通無機玻璃密度大約為2.5g/cm3,較聚碳酸酯材料高出近1倍,僅車窗玻璃一項就可減重40%以上。

（2）車輛安全性:聚碳酸酯材料本身具有較高的強度和抗沖擊性能,當車輛發(fā)生安全事故時,可有效減少車輛的變形幅度,起到保護車內乘客的目的。不同材質落錘沖擊測試結果如圖1所示。

（3）設計自由度以及零件的集成設計:傳統(tǒng)車輛在制造過程中,受到材料材質以及工藝的影響,很難進行大幅度的彎折加工,一定程度上限制了車身的流線設計,同時也難以進行多個零件的集成設計。聚碳酸酯材料在車身制造中的應用,降低了車身設計的難度,提升了設計自由度。例如,可以將車輛的立柱、車燈、導軌以及玻璃等零件集成設計成一個零件,有助于優(yōu)化車身的流線設計,實現(xiàn)車身的無縫連接。

（4）尺寸穩(wěn)定性:在相同環(huán)境下,比較聚碳酸酯材料和傳統(tǒng)車輛材料,聚碳酸酯材料的尺寸變化幅度明顯要小,具有較高的尺寸穩(wěn)定性。因此,在汽車車身制造中,應用聚碳酸酯材料可以明顯提高車輛的耐久性,延長車輛的使用壽命。

（5）其他方面:采用聚碳酸酯材料制造的車身與傳統(tǒng)車身相比,在隔音效果方面更強,尤其是對發(fā)動機燃燒、齒輪運行以及輪胎行駛等過程中產生的噪聲具有明顯的減噪效果。在隔熱性能方面,聚碳酸酯材料的導熱系數較低,比傳統(tǒng)車身材料的隔熱效果更明顯,顯著降低了車輛空調系統(tǒng)的能源消耗,具有節(jié)能減排的作用。

2聚碳酸酯材料在輕質車身制造中的具體應用

2.1汽車車窗中的應用

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,對汽車性能要求也越來越高,尤其是對車窗材料的透明度提出了較為苛刻的要求。相比傳統(tǒng)的石英玻璃和有機玻璃,聚碳酸酯材料本身性能更加優(yōu)良,如表2所示,除了具有較高的透光度之外,該種材料還能顯著降低車輛的總體重量,提升車輛的隔音效果和隔熱效果,改善用戶的乘坐體驗,提高車輛的總體性能。

2.2汽車車燈

對于現(xiàn)代汽車而言,不僅要求車燈具有較高的透光度,而且要造型美觀,導致車燈零件形狀復雜多樣。如果采用傳統(tǒng)材料,很難在工藝上滿足車燈高彎曲率的要求,而采用聚碳酸酯材料,不僅降低了汽車車燈制造加工的難度,而且在價格方面也有優(yōu)勢。當前世界主流的汽車車型,如日產、奔馳、福特等均采用了聚碳酸酯材料作為汽車車燈的主要制造材料。

2.3聚碳酸酯改性材料的應用

通過將聚碳酸酯與其他樹脂進行混合加工,可以有效改善聚碳酸酯的性能,提高聚碳酸酯材料的沖擊強度和抗應力開裂能力,拓寬產品的應用范圍,提升產品的附加值。其主要應用體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1）PC/PBT合金材料:聚碳酸酯本身具有較為良好的力學性能,但受到材質本身分子剛性和空間位阻較高的影響,導致材料不易融化,給材料加工造成了困難,在大型薄壁產品的加工方面表現(xiàn)不佳。而利用PBT(結晶性熱塑性塑料）和聚碳酸酯的混合加工,不僅可確保材料本身具有聚碳酸酯材料的耐熱、耐沖擊等特點,還具有PBT本身的耐磨性、成型加工性等優(yōu)點。例如在汽車保險杠加工制造方面,應用PC/PBT合金材料提高了保險杠低溫沖擊性能,確保保險杠在受到沖擊時,僅出現(xiàn)韌性斷裂而不會產生碎片。

(2）PC/PET合金材料:通過PC和PET兩種材料的混合使用,在保留聚碳酸酯材料耐熱性的同時,也提高了材料本身的耐應力開裂性能,提高了整體流動性。在汽車車身板、側面護板、門框等制造中,PC/PET合金材料的應用十分廣泛。

(3）PC/ABS合金材料:聚碳酸酯本身具有加工流動性差、耐磨性差以及容易應力開裂等缺點。而通過PC和ABS的混合,不僅保留了PC材料本身的耐熱性、拉伸強度等優(yōu)勢,而且顯著降低了材料的熔體黏度以及制造成本。因此,該種合金材料常被應用于車輛內飾材料的加工制造,如表3所示。