聚碳酸酯材料在輕質(zhì)車身制造中的應(yīng)用

引言

近年來(lái)塑料樹(shù)脂產(chǎn)品以其質(zhì)量輕、易成型以及物理性能良好等優(yōu)勢(shì),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(lǐng)域,以聚碳酸酯為代表的塑料樹(shù)脂產(chǎn)品可以顯著提高車輛的制造質(zhì)量和安全性能,應(yīng)用日漸廣泛。因此,研究分析聚碳酸酯材料在輕質(zhì)車身制造中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)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(qiáng)韌的熱塑性樹(shù)脂,密度約為1.20～1.22g/cm3,無(wú)色透明,透光率達(dá)到85%以上,且無(wú)明顯的熔點(diǎn),因此在常溫狀態(tài)下具有較高的機(jī)械性能。其主要的物理化學(xué)特性如表1所示。

1.2聚碳酸酯材料在輕質(zhì)車身制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）減輕車重:根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,車輛的重量與其燃油經(jīng)濟(jì)性呈反比,車輛整體重量越低,車輛本身的燃油經(jīng)濟(jì)性越高。在車身制造過(guò)程中,應(yīng)用聚碳酸酯材料,理論上相同的零件可以降低車輛重量達(dá)到50%左右。以車輛的車窗玻璃為例,傳統(tǒng)的普通無(wú)機(jī)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(xiàng)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(qiáng)度和抗沖擊性能,當(dāng)車輛發(fā)生安全事故時(shí),可有效減少車輛的變形幅度,起到保護(hù)車內(nèi)乘客的目的。不同材質(zhì)落錘沖擊測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

（3）設(shè)計(jì)自由度以及零件的集成設(shè)計(jì):傳統(tǒng)車輛在制造過(guò)程中,受到材料材質(zhì)以及工藝的影響,很難進(jìn)行大幅度的彎折加工,一定程度上限制了車身的流線設(shè)計(jì),同時(shí)也難以進(jìn)行多個(gè)零件的集成設(shè)計(jì)。聚碳酸酯材料在車身制造中的應(yīng)用,降低了車身設(shè)計(jì)的難度,提升了設(shè)計(jì)自由度。例如,可以將車輛的立柱、車燈、導(dǎo)軌以及玻璃等零件集成設(shè)計(jì)成一個(gè)零件,有助于優(yōu)化車身的流線設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)車身的無(wú)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(yīng)用聚碳酸酯材料可以明顯提高車輛的耐久性,延長(zhǎng)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(qiáng),尤其是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、齒輪運(yùn)行以及輪胎行駛等過(guò)程中產(chǎn)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(dǎo)熱系數(shù)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(diào)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(zhì)車身制造中的具體應(yīng)用

2.1汽車車窗中的應(yīng)用

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,對(duì)汽車性能要求也越來(lái)越高,尤其是對(duì)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(jī)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(yàn),提高車輛的總體性能。

2.2汽車車燈

對(duì)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(dǎo)致車燈零件形狀復(fù)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(jià)格方面也有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前世界主流的汽車車型,如日產(chǎn)、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(yīng)用

通過(guò)將聚碳酸酯與其他樹(shù)脂進(jìn)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(qiáng)度和抗應(yīng)力開(kāi)裂能力,拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用范圍,提升產(chǎn)品的附加值。其主要應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1）PC/PBT合金材料:聚碳酸酯本身具有較為良好的力學(xué)性能,但受到材質(zhì)本身分子剛性和空間位阻較高的影響,導(dǎo)致材料不易融化,給材料加工造成了困難,在大型薄壁產(chǎn)品的加工方面表現(xiàn)不佳。而利用PBT(結(jié)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(diǎn),還具有PBT本身的耐磨性、成型加工性等優(yōu)點(diǎn)。例如在汽車保險(xiǎn)杠加工制造方面,應(yīng)用PC/PBT合金材料提高了保險(xiǎn)杠低溫沖擊性能,確保保險(xiǎn)杠在受到?jīng)_擊時(shí),僅出現(xiàn)韌性斷裂而不會(huì)產(chǎn)生碎片。

(2）PC/PET合金材料:通過(guò)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(shí),也提高了材料本身的耐應(yīng)力開(kāi)裂性能,提高了整體流動(dòng)性。在汽車車身板、側(cè)面護(hù)板、門框等制造中,PC/PET合金材料的應(yīng)用十分廣泛。

(3）PC/ABS合金材料:聚碳酸酯本身具有加工流動(dòng)性差、耐磨性差以及容易應(yīng)力開(kāi)裂等缺點(diǎn)。而通過(guò)PC和ABS的混合,不僅保留了PC材料本身的耐熱性、拉伸強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì),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(yīng)用于車輛內(nèi)飾材料的加工制造,如表3所示。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述,作為一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料,聚碳酸酯材料在透光性、耐沖擊性、隔熱性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在輕質(zhì)車身制造領(lǐng)域,聚碳酸酯及其合金材料的應(yīng)用顯著提高了汽車性能,改善了用戶的駕駛體驗(yàn),推動(dòng)了汽車行業(yè)的快速發(fā)展。