工程塑料PA46 - 文章

工程塑料PA46

作者：Peter Scbmieg 来源：设计创新

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展厅 1	工程塑料展厅聚乙烯(PE), 聚苯乙稀PS, 聚酰亚胺PI, 聚酰胺PA, PA66塑料(尼龙), ...

传统汽车的金属外衣里正在发生着越来越多的改变。这其中包括工程塑料的应用给汽车带来的众多细节上的变化，比如帝斯曼(DSM)的聚酰胺46（PA46）在涡轮增压器中的应用。

聚酰胺46在涡轮增压器中的应用增压涡轮在保证能量输出不减少的情况下，使发动机的尺寸得以缩小。这可以提高燃料的燃烧效率，降低排气系统中未燃烧的燃料总量。因此，涡轮增压柴油机在欧洲客车市场已经占有相当大的份额，并在全球其他地区不断赢得市场。由于涡轮增压技术产生的高温，以及发动机仓尺寸不断的缩小，摆在部件和系统设计师面前的是对材料的新的要求。与此同时，涡轮增压技术不断进步，新的子系统不断加入，从整个系统中获取最大功能和环境效益的努力一直在继续。

聚酰胺46已经被广泛用于中冷器的封罐，相比于传统使用
铝制封罐的方法能节省高达30％的成本。

涡轮增压中可变涡轮叶片技术的引进，可视为此类发展。此技术计划通过控制流量速率，使发动机在从加速到以最高速度运转的过程中能保持高水平功率。通过使用位于涡轮机转轮前的导向叶片，改变入流角和涡轮机转轮入口速率，调节涡轮输出，从而达到上述目的。通过一个简单的“开/关”制动器可控制叶片的运转，或者更复杂的，可引入一变动控制系统，通过齿轮，直流电机，引擎控制单元(ECU)及传感器来驱动。有可变涡轮叶片的涡轮系统构成见图3。

涡轮系统，尤其是使用VTG技术的涡轮系统，为聚酰胺（PA46）这样的高性能工程塑料提供了令人兴奋的应用机会。聚酰胺拥有卓越的高温耐受性，能够经受住超过200℃ 的环境温度。能够在如此之高的运行温度下保持硬度，抗疲劳，耐摩擦等机械特性，使得它们成为涡轮系统中某些应用的理想材料，例如可用于进气弯管，VTG齿轮，热进气管和中冷器端盖。此外，它们还在加工工艺上具有优势，这源于其出众的流动性和可塑性。

聚酰胺46已经被广泛用于中冷器的封罐，相比于传统使用铝制封罐的方法能节省高达30％的成本。与铝材或者其它的热塑性塑料相比，使用PA46不仅能降低20－30％的重量，而且具有最高的单位重量强度。端盖可经卷边固定于封罐上，不仅可节省生产时间，还避免了在采用铝端盖时必需使用的焊接成本。帝斯曼Stanyl PA46具有杰出的流动特性，其可以在低压情况下，使用单个浇口来注满较长的中冷器的封罐。这意味着可以减少热变形，并且拥有更好的表面，从而可以降低运作中发生渗漏的风险。注塑过程使得无需花大价钱，就可以把支架集成到端盖上，从而固定在车体上。在气体从涡轮压缩机传输到中冷器进气管道的过程中，压缩空气可达到200°C的高温，3巴的压力。传统的涡轮系统使用或为铸造成型，或通过液压成型的铝排气管道，或使用内嵌织物的硅橡胶。用这些材料制成的进气管道不仅昂贵而且无法整合支架或者传感器。

由聚酰胺46 注塑的传感器能在150- 160°C (300°-320°F)的恒温
下持续长达5,000 个小时。即使与具有腐蚀性的ATF油相混合，其可
耐受的峰值温度仍高达170 -180°C (340 to 355°F)。

用PA46生产的双模焊接成型进气管道比使用铝（节省成本高达50％）或硅橡胶都要便宜。因为聚酰胺的重量比铝轻，所以成品重量也相对较轻。与硅橡胶制成的管道相比较，用PA46制成的管道拥有如下优点：PA46空气管道的交叉部分可适应不同的空间，而硅橡胶管道的交叉部分只能是圆形的。PA46可循环利用，而硅橡胶组件不可再利用。

相比于其他的热塑性塑料，PA46（如 Stanyl）具有杰出的抗疲劳特性，从而使最终产品具有更高的安全系数。现有两个Stanyl PA46成功应用于热空气管道点焊的例子。在帝斯曼工程师的帮助下，可在特定的设计要求下计算成本，并可对不同系统的成本优势进行比较。

弯管将涡轮压缩机和空气管道相连接。使用PA 46制成的管道，能提供铝材弯管不具备的上文所提及的优点。组件不仅可以一次模具成型，还可以被直接焊接到涡轮压缩机面上，由此可见 PA 46具有超强的耐热性。

涡轮增压器入气弯管由聚酰胺46制成，能一次模具成型或者双片焊接成型，直接熔合到涡轮压缩机面上，由此可见 PA 46具有超强的耐热性。

对于PA 46 （尤其是对于其具有的高耐热性，高温下的硬度保持力，以及卓越的耐磨损和低摩擦性能）而言，可变涡轮增压系统的驱动系统是另一个拥有极大应用机会的领域。VTG发动机的端盖包括尾架和碳刷架，可作为齿轮减速装置的基座。使用PA 46，可一次注塑成型具有这三个功能的耐高温集成部件。（因其十分接近涡轮增压机的涡轮面，所以对耐高温性能具有极高要求）。

发动机工作时，端盖碳刷架区域的温度在短期内可高达280-290°C 。这个时期的碳刷架绝对不能变形或者熔化，因为这样会干扰碳刷，使得发动机完全停止。PA 46（如帝斯曼的Stanyl）的热变形温度高达290°C ，与其他热塑性塑料相比，其更易承受这个峰值温度。

在旋转电动驱动（REA）中的齿轮减速装置中，通过齿轮系统将发动机的旋转运动转化为直线运动，从而改变涡轮叶片的位置。齿轮在高频率和高温（高于 150°C）环境下运作。PA46 能够在这样的高温下保持硬度，并显示出卓越的耐磨性，使得制成的齿轮具有最佳的承受力及使用寿命。

发动机的输入和叶片的运动都通过一系列传感器（监控压缩机转速以及叶片位置）在一个闭合线圈内受控于引擎控制单元（ECU）。其对传感器的功能性要求是，其能在230°C的峰值温度下保持尺寸稳定性，能保证使用期间避免油经螺纹发生渗漏；以及对自动变速的耐受性。传感器不得在安装时发生损坏。

由PA46制成的传感器符合所有这些要求，由于其能在峰值温度下保持硬度，并具有抗蠕变和减轻压力的能力。此外 PA46显示出卓越的耐疲劳性，以及在高温下对腐蚀性液体的化学耐受性。其他重要优势还包括重量减轻（通过替换金属），设计更灵活（得益于注射成型工艺）以及零件更牢固。

ECU使用了复杂的微处理器技术，其表面装置通过回流焊接法焊接于PCB上。此方法的峰值温度高达265°C，ECU外壳材料必须能够耐受此温度。PA46凭借其较高的热变形温度（HDT）以及出众的韧性，成为此应用的理想材料，它可以节约成本，还可以使用扣合这样的节省空间的表面组装方法。

在与涡轮增压器相关的装置中，帝斯曼工程塑料以及Stanyl使得降低系统成本成为可能。帝斯曼致力于在此领域做进一步的发展：提高各组件的温度耐受性并减少其对空间的需求。公司拥有一支全球性的、专注于涡轮部件市场的团队，他们活跃于主要的汽车制造区域。并且公司为这项研究成立了专门的基金，此举将为汽车制造商以及系统提供商带来最终利益。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/8/2007)


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