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工程塑料在汽车零部件轻量化领域的应用摘要：近年来，在我国本土汽车工业迅猛发展的带动下，塑料、木纤维等低密度的材料在汽车行业的应用越来越广泛。
塑料零部件在汽车上的应用有效减轻车身重量，实现汽车的轻量化，从而节省燃油，是汽车是实现节能环保的有效途径。
文章以发动机所配的进气岐管和车身及部件为例，对当今汽车零部件如何发挥轻质材料、特别是塑料复合材料的作用，及提升其应用水平进行探讨和分析。
前言实现汽车轻量化已成为当今国内外汽车产业界的一个战略目标，而作为轻量化的主要方式之一，借助车身、各大总成和零部件采用轻质材料来减重，已经取得了长足的进步。
但客观地说，这一领域不但尚有诸多技术难题有待攻克，对于一些国内企业来讲，还需解决若干理念上的问题。
其中之一就是在实施轻量化过程中务必同时考虑制造成本等涉及工厂运行的核心问题，若为了取得有限的节能减排的效果而付出了过高的成本代价，甚至影响到产品的安全性，那显然是不可取的。
因此，在确保轻量化零部件基本功能的前提下，按量材选用、量体裁衣的原则，选择相对经济、适用的复合材料才是正确的途径。
1工程塑料在汽车上应用的实际意义塑料零部件在汽车上的应用可以有效减轻车身重量，实现汽车的轻量化，从而节省燃油，是汽车实现节能减排的重要途径之一。
塑料的特性表现在质量轻、不会锈蚀、耐冲击性好、透明度高和耐磨耗性、绝缘性好、导热性低，一般成型性着色性好、加工成本低等等，在汽车设计中采用大量的塑料，可以综合地反映对汽车设计性能的要求，即轻量化、安全、防腐、造型和舒适性等，而且有利于降低成本，节约材料资源。
据研究表明，乘用车整车重量每减少10%，至少可降低油耗8%，甚至10%或更多，并使燃油效率提高5.5%，排放降低5%～6%；若汽车整体重量每台能减少100kg，则每百公里的燃油消耗可降低0.3～0.6L。
对于作为汽车最重要大总成的发动机，减重的意义也很大。
以一台诞生于21世纪10年代初期的新一代小排量汽油发动机与其前一代同类产品的对比为例，前者更多地采用了如铝合金一类的轻质材料，在零部件的模块化和结构优化上也有了很大的突破，其重量轻了22kg，减轻18%，燃油消耗相应下降了8%左右，而且减排效果也很明显，每公里CO2的排放量约减少10g。
工程塑料在汽车轻量化中的应用进展陈宇光（沈阳金杯安道拓汽车部件有限公司，辽宁沈阳１１００００）【摘要】人们大量采用质量轻、韧性好、耐腐蚀、隔音、隔热、成型方便的塑料代替传统的金属材料，这样既能节省燃料，又能提高汽车的综合性能，因而，塑料在汽车工业中已成为必不可少的基本材料之一。
本文分析了车用塑料的性能优势，阐述了塑料在汽车上的应用。
【关键词】工程塑料；轻量化；应用 一、车用塑料的性能优势工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的可作为结构材料的塑料。
工程塑料的主要特性是：密度小；比强度高；化学稳定性好，电绝缘性优良；耐磨，具自润滑性，可减低摩擦系数；耐热性和尺寸稳定性高；抗冲击、抗疲劳性能优良。
工程塑料除了具备这些优异的性能，还可以采用通常的塑料加工方法加工成各种制品，广泛应用于汽车上。
近年来，汽车轻量化已成为汽车材料发展的主要方向，节能与环保成为汽车工业发展的两大课题，而塑料及其复合材料、合金是能加快汽车工业实现此目标的理想材料；采用塑料制造汽车部件的最大好处是减轻了汽车重量，降低了成本和工序，提高了汽车某些性能。
汽车塑料部件代替昂贵有色金属及合金材料部件，不仅减轻车重，降低油耗和碳氢化合物排放，还可提高动力，适应恶劣环境，增加安全性，而且塑料可回收，从而节省了制造过程中的资源消耗，最终使汽车在安全和成本两方面获得更多突破。
塑料在汽车上应用也为汽车外观设计更加人性化、多样化及内饰的手感舒适性、美观性提供便利，降低部件加工、装配与维修费用。
可以看出，汽车部件塑料化是当今 际汽车制造业的一大发展趋势。
二、塑料在汽车上的应用（一）聚酞胺（ＰＡ）聚酞胺（ＰＡ）俗称尼龙，是以聚酸胺为基础的塑料，这种材料力学性能优异，使用温度宽，耐磨性好，摩擦系数低，自润滑性良好，电绝缘性好，耐电弧，易着色，无毒，耐油，耐烃类及醋类等有机溶剂，易加工成型。
可用注射、挤出、浇铸等方法成型。
以塑代钢：工程塑料在汽车主要部件中的应用以塑代钢：工程塑料在汽车主要部件中的应用说到轻质材料，抛开其他外在因素不谈，塑料一定当之无愧地榜上有名。
美国时代杂志曾评论“塑料是21世纪最伟大的一项发明”。
塑料的出现，使得人类的生活变得史无前例的轻便起来，不过日常使用的塑料毕竟太low，总上不了档次。
于是，智慧的人们发明了可以应用到汽车乃至航空航天的工程塑料——既有高分子材料的轻便、绝缘特性，又融合了金属等材料良好的机械强度、耐热性等，具有优良的综合性能，可以替代金属作为工程结构材料，即“以塑代钢”。
“车身重量减少100kg，车辆每行驶100km就可节约大约0.4升燃料，且二氧化碳排放也得以降低。
对部分汽车部件或车身覆盖件而言，采用工程塑料代替钢质材料，不仅可以减重高达50%，而且还有助于改善设计自由度。
” 2015国际橡塑展上，巴斯夫亚太区特性材料部、全球高级副总裁鲍磊伟先生在接受记者采访时这样表示。
顾名思义，工程塑料（engineering-plastics）是指在工程中可做结构材料，或是可用做工业零件或外壳材料的工业用塑料。
这类材料一般相对密度小、比强度高、具备耐高温、耐腐蚀、耐磨性等良好的性能，以塑料制造汽车部件具有重量轻、防锈、可降低摩擦、减少事故造成的破坏、可大批量制造制品、模具成本低、设计灵活性更大等诸多优点。
在轻量化的口号日益火热的当下，工程塑料备受各大车企推崇。
目前，工程塑料用量的多少，已经成为衡量一个国家汽车工业发展水平高低的重要指标。
工程塑料分五大通用工程塑料：聚酰胺/尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）、聚酯（PET）以及特种工程塑料两类。
工业中用的一般为通用工程塑料。
聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮等特种工程塑料综合性能更高，但由于价格昂贵、制造条件不易等因素在普通工业中并不常见，往往多用于电子电气、特种工业等高科技领域、或仍实验室研究阶段。
（用于制备防弹衣的凯夫拉纤维的原料聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）即是一种特种工程塑料。
塑料的分类性能应用汇总以及在汽车上的应用塑料种类多，在汽车上应用广泛，根据零件功能的不同，将汽车零件分为内饰件、外装件和功能件。
根据塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。
一、通用塑料一般指产量大、成型好、价格便宜、广泛使用的塑料。
通用塑料包含五大品种，聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，都是热塑性塑料。
1、PPPP 聚丙烯化学和物理特性 PP是一种半结晶性材料。
它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。
由于均聚物型的PP温度高于0C以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100C）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。
PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的软化温度为150C。
由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP不存在环境应力开裂问题。
通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
PP的流动率MFR范围在1~40。
低MFR的PP材料抗冲击特性好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。
并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。
加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。
均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。
PP在汽车领域的广泛使用主要存在两个问题：易燃烧（会滴落燃烧物）和低温环境呈脆性。
针对这两个问题，在工业的实际应用中掺加合适的添加剂，做PP改性。
易燃烧会添加阻燃剂；低温环境下呈脆性，主要采用加入其它韧性材料、刚性粒子或弹性体进行各种改性增韧，如橡胶(EPDM)、滑石粉(TD)、玻纤(GF)等。
工程塑料在新能源车轻量化中运用摘要：目前随着新能源汽车的迅速崛起其销量和产量也在直线攀升，但在这背后也面临着一些重要问题，如新能源汽车充电效率和续航等。
而续航又与汽车自重有着不可分割的关系，所以新能源汽车的轻量化运用是极为重要的。
工程塑料作为一种新型材料在汽车生产过程中有着广泛的应用，尤其是在新能源汽车中可以极大的减轻汽车的自重，增加续航里程，减轻汽车能源的消耗。
因此本文以工程塑料在新能源车的轻量化运用进行探究，从而全面的了解工程塑料在其生产制造过程中的多样化应用。
关键词：工程塑料，新能源汽车，轻量化，运用1.前言随着人们对外出品质需求的逐渐提升以及汽车工业的快速发展，汽车领域的销量和日产量规模也在逐步的扩大。
尤其是新能源汽车，更是作为汽车领域的一匹黑马占据着重要的市场份额。
当然汽车行业的发展也带动着汽车相关领域的快速进步，对社会资源分配，能源供给，环境保护，资源可循环再利用等方面带来了显著的影响。
比如汽车的使用会耗费大量的能量资源，汽车尾气的排放会对环境造成一定的污染，因此，节能减排的压力也随之而来。
因此在汽车的生产制造和设计方面首先要考虑新型环保节能材料的使用，如利用汽车轻量化技术增加轻量化结构设计和轻量化生产材料的利用。
从而降低汽车本身重量的同时还能够确保汽车功能完善和安全性驾驶，尤其是汽车的一些性能参数，如减震系数，耐磨损系数，防撞系数以及车身整体的外观结构和内部乘坐的舒适性等。
同时对于汽车的成本也要有一定的考虑和控制，从而打造性价比较高的轻量化的新能源汽车。
而对于轻量化的汽车制造材料的研发和设计也是目前的重点发展方向，其中以环保材料和节能材料为主流导向。
工程塑料作为新能源汽车轻量化生产的重要原材料不仅可以极大的减轻车身自重，降低燃油的耗费，减少汽车有害尾气的排放，同时还可以提升汽车的性能和动气，能够适应极度寒冷的气候。
同时工程塑料制品属于可回收利用的环保材料，降低了钢材等不可再生资源的使用，让汽车在节能和环保等多个方面得到有效的改善和提升。
汽车导热工程塑料
汽车导热工程塑料是一种新型的高性能塑料，它具有优异的导热性能和良好的机械性能，被广泛应用于汽车制造领域。
汽车导热工程塑料的主要特点是导热系数高，能够快速地将热量传递到周围环境中，从而降低部件的温度，提高其工作效率和寿命。
同时，它还具有良好的机械性能，如耐磨、耐腐蚀、抗冲击等，能够满足汽车部件在各种恶劣环境下的使用要求。
汽车导热工程塑料的应用范围非常广泛，主要包括发动机部件、电器部件、底盘部件等。
例如，在发动机部件中，它可以用于制造汽缸盖、散热器、水泵等，以提高其散热效率；在电器部件中，它可以用于制造电池外壳、电机外壳等，以提高其绝缘性能和导热性能；在底盘部件中，它可以用于制造刹车片、悬挂系统等，以提高其耐磨性能和抗冲击性能。
总之，汽车导热工程塑料是一种高性能的塑料，它具有优异的导热性能和良好的机械性能，被广泛应用于汽车制造领域。
随着汽车工业的不断发展，对汽车部件的要求也越来越高，汽车导热工程塑料的应用前景将会更加广阔。
1 工程塑料在汽车上的应用
汽车工业是发达国家工程塑料应用最为广泛、使用量最大的工业门类，也是中国工程塑料最有发展潜力的领域之一。
每辆汽车塑料的用量是衡量汽车生产技术水平的标志之一。日本、美国和德国等发达国家的每辆轿车平均使用塑料已超过100千克，平均占汽车总重量的8%。目前，中国每辆汽车平均塑料用量为70千克，平均占汽车总重量的6%左右。工程塑料在全部汽车用塑料中只占10%左右的比例。
尼龙是最重要的汽车工业用工程塑料。汽车零部件也是PA6工程塑料最大的消费市场，超过总消费量的三分之一。随着人们对汽车性能要求的不断提高和PA6工程塑料自身的发展，汽车用PA6正呈逐年上升的趋势。汽车上可使用PA6（包括改性产品）制作的部件有空气滤清器、外壳、风扇、车轮罩、导流板、车内装饰、储水器材盖、线卡、各种车内电气接插件等。PA6/ABS具有密度低，流动性好的特点，并有良好的噪声阻尼性和良好的耐热性、耐化学性和机械性能，可用於汽车内饰件；玻纤增强PA/ABS可替代ABS做汽车排风格栅，并有可能成为汽车排空气和除霜器护栅及车门组件，以及用於摩托车档板的制作。
现在PA9T也已在日本汽车工业上应用，如动力换向装置（齿轮结构）、滚动轴承架。PA9T耐燃油性强，适用於做汽车燃油系统部件。此外还可用於制造中间冷却器罐、发动机支架和要求低摩擦系数的滑动部件。
改性PPO主要用於制作一些薄壁的复杂硬质结构件，如仪表盘骨架等。GE公司推出的热固性PPO，具有高强、高韧性和良好的电性能，吸湿小，可用做汽车阀罩、燃油箱导电板、变压器和风力发动机叶片等。而PPO/PS合金加工性良好，可用做流体加工部件、汽车机罩下部件和电子接插件。
PC在汽车上也有广泛应用。PC的高透明性使之成为车灯罩的主要生产材料。硅橡胶/PC也可以用做汽车保险槓。而PC的另外一大用途是以合金的形式充当汽车内饰材料。PC/ABS外观好，容易着色，广泛用於汽车内饰件如仪表板等。
PBT加工性能和绝缘性能较好。PBT玻璃化温度低，加工周期短。PC/PBT、PBT/ABS等主要用於汽车内饰件。此外，由於PBT对汽油、发动机油的耐受性好，PBT也用於汽车发动机系统配件材料的生产。 聚甲醛树脂是高度结晶的聚合物，具有类似金属的硬度、强度和刚性，很宽的温度和湿度条件下都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性、低磨擦系数，因此，聚甲醛主要用於定性要求比较严格的滑动和滚动机械部件上，包括齿轮、凸轮、轴承、槓杆、滑轮、扣链轮和轴衬等，与金属和尼龙相比，聚甲醛具有很低的磨擦系数，是很好的轴承材料。
特种工程塑料在汽车工业中也有应用，如聚醚亚胺（PEI），由於其玻璃化温度可达249℃，可满足汽车反光灯的反光板和软电路板、恒温箱板等产品的要求。
德国BASF公司开发的由聚醚石风Ultrason E制备的发泡塑料Ultratoct也已开始用於BMW公2
司M3 CSL型运动车的後座靠背，这种新的後座靠背重5.5千克，重量仅为以前钢质结构的一半，汽车碰撞时显示同样的性能，而振动阻尼性则优於传统结构制品。
改性塑料对传统工程塑料的冲击 一方面，工程塑料新品不断，在不断开拓应用领域，并由於生产装置的扩大，成本逐渐降低；另一方面，改性技术使通用热塑性树脂不断具有工程化特点，并抢占部分传统工程塑料的应用市场。
ABS是最重要的“准工程塑料”，中国已成为全球ABS用量最大的国家。除此之外改性PP是最为活跃的产品。不断推出的PP增强和高抗冲新牌号，为其在一些领域替代工程塑料提供了可能。到2003年末，全球PP在汽车方面的消量将由目前的140万吨增至260万吨，增长率将达8-9%，其中亚太地区增长最快，估计年增长率达20%。
玻纤和矿物增强PP已用於汽车零配件，并对PC共混物市场构成较大冲击。改性PP也正在进入传统的PA领域，如泵体和风扇叶。目前全球90%的玻纤增强PP用於轿车上，其目标主要是用於发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险槓、行李架、备胎盘、挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等。全世界生产玻纤增强PP的厂商主要集中在美国、日本、德国等发达国家。
具有硬度和高抗冲牌号的PS，也在工程方面的应用上获得进展。由於开发改进、兼具抗冲性和高光泽的产品改进了流变行为，因而会使PS需求有上升的趋势。
SPS是由金属催化得到的间规聚苯乙烯，是一种结晶形聚合物，具有优良的耐热性、耐化学品性、良好的机械性能以及卓越的耐湿性、电性能和加工性能。其性质与价格可与多种热塑性工程塑料，如PET、PBT、尼龙66、PPS以及某些液晶聚合物相媲美。SPS无定型玻璃转化温度和结晶熔点均高於尼龙66、PET等，尺寸稳定性良好，加工过程中通常不需要预先乾燥，耐化学品腐蚀，具有良好的耐酸、堿、醇和大多数有机溶剂特性，其耐机动车油、防冻液和柴油性能优良，但耐汽油性一般。此外，其电性能也十分优越，主要的应用领域是汽车和电器零件。 中国的汽车塑料工业任重而道远
上汽汽车工程研究院副总工程师 王东川 汽车塑料的用量是衡量一个国家汽车生产技术水平的标志之一。近30多年来，国际上汽车塑料的用量在不断增加。目前，我国对汽车塑料的应用情况还只停留在国外20世纪80年代中期的水平，尽管从加工能力方面来看，国内大多数供应商几乎不存在什么问题，但是在核心技术方面却表现出对引进技术的严重依赖。因此，中国的汽车塑料工业任重而道远！
当前，我国汽车行业正面临着两大发展问题，一是技术发展问题——就是如何适应未来汽车的发展方向和循环经济的要求，选择合适的技术路线，开发新能源汽车，以实现节能、环保、安全、个性化目标；二是自主战略发展问题——就是如何在当前国外品牌产品占据主导地位、国内汽车主要依赖国外技术的现实条件下，培育自主开发能力，逐步实现自主品牌和自主开发战略目标。汽车塑料零部件的开发在这两大发展问题中扮演着一定的角色，也面临着自身的发展3
机遇与挑战。 1、汽车塑料应用的国际趋势 汽车塑料的用量是衡量一个国家汽车生产技术水平的标志之一。近30多年来，国际上汽车塑料的用量在不断增加（如图1所示），平均每辆车上塑料的用量从20世纪70年代初的50～60kg已发展到目前的150kg，而且增长还在继续。在日本、美国和欧洲等发达国家中，每辆轿车平均使用塑料已超过150kg，占汽车总重量的10%，表中数据反映了欧洲汽车对塑料的应用情况。目前，我国每辆轿车塑料用量平均为100kg，占总重量的8%左右，达到国外20世纪80年代中期的水平。
自20世纪70年代开始，汽车塑料的应用经历了从内饰件向外部饰件不断扩展的发展历程（如图2所示）。随着人们生活水平的提高，当前的汽车已经不再是简单的代步工具，提高内饰的居室化设计、改善乘员的舒适性已成为汽车技术发展的一个重点。近年来，国外普遍采用纳米高分子材料、抗菌高分子材料等新材料技术来改善汽车的乘坐舒适性。未来几年，塑料车身以及塑料挡风玻璃也将成为塑料应用技术发展的热点。
2、汽车新技术发展为汽车塑料应用带来了新的机遇与挑战 汽车塑料应用技术的发展与汽车新技术的发展密切相关。当前，汽车技术正朝着更环保、更安全、更舒适以及个性化方向发展。伴随着轻量化技术、行人保护安全吸能技术的广泛应用，为工程塑料的应用带来了良好机遇。
1)轻量化技术的发展为车身应用带来了机遇 塑料应用是实现轻量化的重要途径之一。以白车身为例，采用纤维增强复合塑料材料制作的车身与钢制车身相比，可实现降重35%的目标；如果采用碳纤增强复合材料，则可达到降重60%以上的效果。目前，国际上由塑料制成的车身已在小批量生产的汽车中或一些高档车型上得到4
了广泛应用。随着低压成型车身覆盖件制造技术研发的进一步深入，塑料车身部件将在未来的轻量化和个性化车型中具有广泛的应用前景。
(2)塑料将在碰撞能量吸收技术中发挥作用 随着安全法规的日益严格，目前轿车除了必须满足前碰撞乘员安全保护法规外，还必须满足行人安全保护要求。因此，今后在轿车的前保险杠系统中必须装载前碰撞能量吸收系统，而塑料材料在能量吸收系统中起着关键的作用，例如，可发性聚丙烯泡沫能量吸收块或依靠前碰撞变形吸收能量原理的聚丙烯能量吸收构件等都是较为成功的碰撞能量吸收解决方案。
(3)塑料应用面临的挑战 尽管汽车塑料应用不断增加，但不可回避的是，汽车塑料应用发展正面临着回收问题的制约和轻金属材料技术发展等方面的挑战。塑料应用虽然具有诸多优点，但相对金属材料而言，一方面，塑料材料成本偏高；另一方面，塑料部件的回收成本偏高，特别是纤维增强热固性复合材料的回收更困难。所有这些因素都成为制约塑料应用发展的障碍。
值得注意的是，近年来高强度钢板、镁合金等新材料应用技术发展迅速，特别是镁合金在轿车仪表板骨架、前端支架、座椅骨架等应用方面已成为塑料材料的竞争对手。因此，塑料材料企业和零部件企业必须加快新技术的开发，通过降低成本、提高材料的回收利用性来迎接挑战，以获得可持续发展。
3、我国汽车塑料零部件加工行业存在的问题 我国的汽车塑料零部件加工行业是随着20世纪80年代轿车合资企业在中国的建立以及国外技术的不断引进而发展起来的，因此国内大多数知名的塑料零部件供应商所走的道路几乎都是“从引进到不断引进“的发展道路。尽管从加工能力方面来看，国内大多数供应商几乎不存在什么问题，但是在核心技术方面却表现出对引进技术的严重依赖。例如，尽管目前国内供应商能够按照国外的技术要求制造各种汽车内饰件以及保险杠系统部件，但由于缺乏保险杠系统的设计开发能力，他们只能加工塑料保险杠外壳，却不能独立开发保险杠防撞能量吸收系统。也就是说，他们还不具有为主机厂(OEM)提供能满足前碰撞、行人保护法规要求的保险杠系统结构设计和材料工艺等多种解决方案。
多年来，汽车塑料零部件行业的总体表现是，一旦主机厂引进了一部国外新车型，零部件供应商也就同步地从国外订购相应的制造装备和工装模具，并完全按照主机厂提供的图纸和技术要求组织生产。其结果是：企业在增加自身成本、丧失自主核心技术的同时还导致了严重的重复引进问题，而且这样的引进也只是停留在“复制制造模式(Copying Manufacture)”的水平上。
