强度和美观--汽车发动机罩新面孔

作者：Robert Leaversuch    来源：PT现代塑料

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 在美国，尼龙正积极占据美制汽车的发动机箱。参照欧洲的经验，因为重量轻、成本低、并越 来越可以与其它部件结合在一起，聚酰胺必将取代金属和热固性塑料。 为了取得成功，尼龙不仅要证明它们能承受高热、冲击、化学腐蚀和翘曲，而且还要美观。 目前，约有1.2亿磅尼龙(约合5000万吨)用于美制汽车发动机箱中，其中大多是玻纤或矿物增强尼龙。发动机箱中使用尼龙最多的是进气管，约占进气管总量的70％。其他使用尼龙较多的是控制燃料、制冷剂和送气的部件。总的来说，发动机箱罩使用尼龙的年增长率为6％。 取代金属和热固塑料是未来尼龙消费量增长的关键，尤其在美国2003年汽车生产量持平甚至下降的情况下更是如此。有关方面的态度比较乐观，认为即使汽车部件中有50％转而采用尼龙，尼龙的需求量在未来十年也将翻番。 尼龙在汽车上的使用主要集中在几个大的处于发动机罩周围、保护甚至美化发动机罩的面板上。包括发动机罩、车门坎板（或者是阀门、凸轮、气缸头罩）、集油槽底板、节气阀罩以及其他用于气流传送、液体制冷的组件上。 集中体现这种趋势的是丰田Sienna小型货车和其他美制汽车发动机罩。这种2磅重的玻纤填充尼龙6遮挡和保护了发动机罩下的零件。 曾经是德制汽车中用得最多的尼龙发动机罩现已扩展到全球，原因之一是发动机箱在陈列室中展现出来的诱人的视觉效果。另外，丰田的预着色罩盖使得丰田成为同行中最先省去上漆和相关成本的企业之一。促使丰田推进发动机罩项目的是DSM工程塑料提供的新型玻璃增强尼龙6。DSM的初衷是开发高流量的材料，但却同时获得了非同寻常地诱人的树脂整理外观。 如上述的例子所显示,消费增长的背后是使用于汽车发动机罩的新一代树脂的出现。最令人瞩目的是具有高强度和刚性的尼龙6和尼龙66级树脂。除此之外，新型尼龙级树脂还融合了激光可焊接、抗乙二醇和耐摩擦等新的功能 占领发动机罩 “长期以来人们广泛接受并视为理所当然的汽车内部美学标准现在也影响了发动机箱”，DSM营销副总裁Rob Crowell说，“ 要求美观的部件不只是发动机罩，还包括控制噪音、振动和刺耳声音等发声部件用垫圈”。 标准尼龙6看起来就像一个粗糙的管子。为了提高刚性和尺寸稳定性，又加入了30％至50％的玻璃增强纤维。黑色的部件产生视觉上和机械上的暇疵，只有通过涂装才能得到掩饰。DSM, 罗地亚、杜邦、拜耳、巴斯夫等树脂供应商用高流量的新型尼龙6级树脂提供了经济的解决方案，从而改善了发动机箱的外观质量并提高了生产率。 为了省去对发动机罩涂装工序，丰田公司采用了DSM 公司的Akulon牌号30％ 玻璃增强超高流量尼龙6。John Sellers,尼龙6的生产经理说，这种化合物的螺线流量比普通尼龙高至少50％，而其机械性能却几乎没有或损失很少（约为5％），高流量使得流转时间缩短25％，因而可以在更低温度下或更低模压下成型。 “但是最大的好处在于提高了美观性”，Crowell说。他同时指出，流变性能的改善消除了汇合和流动痕迹，使表面产生丰富的纹理。DSM公司的超高模量尼龙在无涂装的情况下增加了美观，并将翘曲可能降低了四倍。 DSM公司的材料已经被用于欧洲的雪铁龙和在墨西哥造的大众夹壳虫发动机罩上。在汽车的车顶架、电动工具和家具中也有DSM高模量尼龙6家族的身影。 罗地亚的Technyl Star高流量尼龙6在欧洲充当了美化罩盖的作用，美国则正在开发这一作用。报告称这一聚酰胺具有独特的链状结构，产生的流动性能优于普通尼龙，可降低射出压力30％、流转时间10％、加工温度72°F。Technyl Star还可以用在弯轴盖、门把、前端组件上。 美国汽车制造商正努力利用树脂的高流量特性来设计具有更复杂几何外形的部件。Willow Grove, Ill在Tec Air上采用罗地亚高流量的尼龙6制成一个重5磅、长22英寸的发动机冷却风扇组件，该组件集合了风扇叶轮和其他它送气元件。在Chevy Trailblazer和其他通用汽车公司造的汽车上也采用了这种组件。 拜尔公司将一系列由德国母公司开发的EasyFlow玻纤增强尼龙6化合物带到了北美。这些流变性经过改进的尼龙就是为了用于发动机罩和车底板（集油槽）防护板。 拜尔公司同时还开发出一种熔融强度高的尼龙6，它可用于挤出6毫米厚的玻纤增强板材，热成型后可用于发动机罩盖、车底板和隔音板。由于致力于降低工作量，从而降低了成本，使热成型比射出成型更经济实惠。 巴斯夫也生产用于发动机罩的35％玻纤增强尼龙6，并刚刚推出成本更低、重量更轻的低密度、10％玻纤、20％矿物增强尼龙。 Albis塑料公司开发出了有色配混技术。对如发动机、弯轴盖、汽车内部和外部部件及电动工具等可以看见的零部件来说，使用该技术可以使玻纤增强尼龙比金属更具竞争优势。 技术服务专家Simon Boyes说，总的目标是给发动机箱内的部件以模内着色替代典型的“黑色涂装”方式，另一个目的是在部件上标上字母或标志，同时避免原来经常会出现的旋纹。 Albis 公司的改进型尼龙配混料采取了控制色母粒大小和其他专有技术，以减少或消除通常影响黑色或其他不透明颜色尼龙部件表面暇疵。 车门坎板的争夺 美国增强尼龙66配混料制造商和模具制造商们企图的另一个目标是车门坎板。这些大部件（典型尺寸是24x10英寸）必须能够耐高热、保持尺寸稳定以防止渗漏。目前美国车门坎板用料中铝的市场占有率为三分之二，其余则为压模成型的热固塑料和聚酯BMC。尽管BMC公司的市场渗透程度在上升，几大尼龙生产商如杜邦、罗地亚、巴尔、巴斯夫和 Ems-Grivory 均纷纷借玻璃或玻璃／滑石增强尼龙66配混料抢滩，而DSM公司则靠其Stanyl尼龙46来赢得这块市场。 “我们正处在用尼龙66取代美国现有车门坎板的起步阶段”，杜邦全球业务拓展经理David Flitman说。以盛行尼龙罩盖的欧洲的成功为例，他预测这种新用途将会有26％的年增长。如德国的梅塞德斯·奔驰，它采用由Mann & Hummel制造的车门坎板中就含有杜邦公司的35％玻纤增强尼龙66。 罗地亚北美尼龙事务经理Philippe Guinot对尼龙在欧洲车门坎板上使用的的前景表示乐观，但认为北美市场与欧洲有很大差别。欧洲的汽车发动机和罩盖更大、对尺寸稳定性和密封性要求更高。Guinot强调美国的竞争态势是不同的，热固性塑料的生产受成本影响很大。 BMC公司的汽车事务经理Wil Conner 称，在北美累积了十多年的关于热固塑料经验的结果是，BMC的罩盖100％质量过硬。他又说，长期的抗蠕变性和卓越的尺寸稳定性使BMC的罩盖适用于在美国受青睐的大发动机上。 Dana公司在巴黎和田纳西州的Plumley密封件事业部生产热固性塑料和尼龙两种材料的车门坎板。其总经理Dwayne Mattews说，热固塑料具有极好的耐用性和NVH特性，成为美国用得最多的塑料车门坎板材料。但是，他又说，尼龙由于更具有可回收性、重量轻、可设计成各种形状而备受欢迎。Plumley正为积架（Jaguar）开发一种玻纤／矿物增强尼龙66曲轴盖，它将罩盖、密封垫、气油分离器集合成一个成本更低的组件。 在德国，大众和奥迪汽车公司采用了罗地亚的25％玻纤、15％滑石增强尼龙66制成的车门坎板。罗地亚供应的配混料可以用超声焊接的方法将油分离器焊接在面板上。 在美制汽车中，尼龙66车门坎板越来越高的设计自由度并未得到开发。杜邦公司的Flitman以气分离器、空气净化器、密封垫和连接器作为可以与车门坎板集成为一个组件的例子。拉美的福特公司和欧洲的梅塞德斯·奔驰公司已经将油分离器与曲轴盖集成在一起，后者是用杜邦公司的尼龙66制成的。Flitman还说，进气管和车门坎板集成为一个多功能的组件也是有可能的。 在欧洲，罗地亚的Technyl Star尼龙6配混料正在小的车门摇板上进行替代尼龙66的试验。报告称这些材料的机械性能与尼龙66相当，而改善的流变性能使成本降低了10％。罗地亚公司希望其尼龙能和其姐妹公司生产的改进型硅橡胶密封材料联手合作。 瞄准更多目标 尼龙66 替代金属应用的另一个例子是注射成型的发动机和集油槽面板。这些大的部件（一般为30x50英寸）必须能抗翘曲、耐冲击、耐150℃（320F）的高温、耐油、耐盐腐蚀。金属车身底板重、成本低。 因此，将不同部件组合在一起成为尼龙在经济上切实可行的关键。这方面成功的第一个商业化例子是用拜尔公司的35％玻纤增强尼龙66生产的宝马7系列自动传送组件。它将多个部件集合在一起，节省了发动机罩盖下的空间。巴斯夫正在努力将油盘、永久性过滤器和油泵集成为一个用35％玻纤增强尼龙制成的部件的概念转化为现实。 长期拒绝从金属转件化为塑料件的是节气阀盖，这个堡垒最后被巴斯夫公司30％和35％玻纤增强尼龙66攻破。它们被用在由法国的MGI Coutier公司设计的雷诺和标志车上，比同样的金属部件轻50％。 尼龙成功的故事集中反映在进气管上，因为大多数进气管都已经由铝转为用尼龙66。最初的设计都采用无芯成型，近来转为用尼龙6注射加工成双层壳型，同时采用了振动焊接的方式。 但是，由于发动机箱内的空间限制和更敏感的电子元件的加入，振动焊接不再是连接进气管的最理想方式。为此，拜尔公司开发了能够适应激光焊接的尼龙6，这种焊接方法更温和，也可以使设计更紧密。在一个项目中，拜尔将三种玻纤增强的配混料变成能够适应激光焊接。最近开发的着色技术更使黑色部件在激光下变得清晰可见。 除了黑色以外，也出现了其他颜色的进气管。巴斯夫公司按照客户的要求，向生产奥迪进气管的Mann＆ Hummel公司提供30％ 玻纤增强尼龙6配混料。对进气管上半部露出的部位，则推出了模内着色的钛灰色配混料。 作为推动焊接进气管诞生的先驱，杜邦目睹了尼龙66和尼龙6在这方面应用的势头在持续。Flitman说，在今天的美制汽车上，尼龙66制造的进气管占支配地位。看起来尼龙66还将肯定在高度集成的或需要承受超高温环境的部件设计中占据优势，如用在排放的气体要回收的发动机上。杜邦已经开发出可焊接的尼龙66配混料，它适用于焊接成几何形状特别复杂的进气管。 Honeywell Plastics同样也开发了新一族尼龙， 为燃油过滤嘴和后视镜架等带来更漂亮的外观。这些易于加工的尼龙6配混料也适用于气体辅助成型和替代原来用金属或长玻纤增强聚丙烯制成的部件。 同样，Honeywell 近来还开发出了超强尼龙UltraTough BU501， 一种未经填充的尼龙6，用来增强发动机箱内的焊接强度，在零下华氏40度的情况下，保持了卓越的牢度。 德古塞公司启动了新的Trogamid尼龙63T，它将优秀的清晰性和卓越的抗化学腐蚀性揉和在一起，用于制造发动机箱内需要被看见的部件。 普立万公司正在开拓新的领域。通过将尼龙与陶氏独特的syndiotactic PS制成合金，用于发动机箱内的连接管和联接箱。据说这些低密度合金的抗翘曲性能与现有的PBT材料相媲美，而重量和加工周期则有减少。 发动机箱内温度的升高会增加对俗称“高温尼龙”这种半香型聚酰胺的需求。 Solvay Advanced聚合物公司的汽车部经理Bill Gaines说，将更多部件压缩在空间更小的发动机区域限制了气流，导致发动机箱内温度增高。他说，温度更高的环境给Solvay公司的Amodel PPA半香型尼龙系列提供了好机会。这种尼龙可以长时间经受200摄氏度（320华氏度）高温，尺寸稳定性极好。 近年来，由于瑞士的 Ems-Grivory公司在美国市场推出了PPAS，杜邦也改进了其HTN系列产品，高温尼龙的竞争更趋激烈。Ems-Grivory 汽车事务经理David Riffer说，趋势表明，汽车用42伏电源系统可能会要求电气元件耐高温。他还说，这会促进高温尼龙如Grivory HT用在油槽、节气门、发动机座、雾灯、温控器、水泵、传感器等的罩盖上。 尽管不在发动机向内，制动和离合装置用材料也开始由金属和热固塑料转为采用高温尼龙。如，杜邦公司的Zytel HTN材料就取代了密西根州的Delphi Automotive Systems开发的真空刹车调压系统中的PPS和热固塑料部件。(end)

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