漫谈塑料进气歧管和塑料燃油箱

作者：东风汽车公司 张劲    来源：AI汽车制造业

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 轻量化是汽车工业发展的方向之一。为达到节能降耗、减少排放、提高车速、降低成本的目的，自20世纪90年代以来，采用塑料制成的功能件在汽车中的用量日益增多。塑料易于成型的特点使其被越来越多地用于制造发动机的进气歧管和燃油箱等结构复杂的部件，从而在推动汽车制造技术的进步过程中发挥了重要作用。 塑料进气歧管 1、塑料进气歧管的功能特点 一直以来，国内的发动机进气歧管大都由铝合金制成。而在国外，塑料进气歧管已得到较为广泛的应用，例如在宝马、现代、日产等高档汽车上，均使用了塑料进气歧管。 由于进气歧管的形状复杂，因此过去常采用铝合金铸造而成，但内壁粗糙，使用时对空气的阻力很大，从而造成噪声大，燃料燃烧不充分，废气排放多。因此，近些年来塑料进气歧管受到了人们的重视。与传统的铝合金进气歧管比较，塑料进气歧管的重量降低了50%。同时，塑料进气歧管的气道光滑，空气流动阻力小，改善了发动机的动力性能和排放功能，提高了燃油的利用率，油耗可降低6%～8%。此外，塑料进气歧管的减振和降噪效果更好。 2、塑料进气歧管的技术和市场发展现状 塑料进气歧管诞生于1972年。自20世纪80年代开始，欧洲开始采用熔芯法生产进气歧管，如此制成的进气歧管不仅成本高，而且有一定的废品率，这是因为进气歧管的材料PA66（或PA6）经玻纤增强后，其加工温度达到250℃～260℃，虽然在模内与型芯的接触时间仅几分钟，但部分型芯仍不可避免地被熔化，使歧管的内壁尺寸难以被控制。随着玻纤增强PA66焊接技术的日趋成熟，目前世界上多数汽车制造商开始使用振动摩擦焊接工艺生产进气歧管，即分别注塑成型两或多片歧管零件，然后将它们焊接成为一体。此技术诞生后，极大地推动了进气歧管的塑料化进程。 汽车发动机部件对材料的性能要求较高，要求在-40℃～150℃的反复变化的温度范围内，具有优异的耐热老化、耐燃油、耐各种润滑油、耐化学性、耐落锤冲击性，同时还应具有较好的抗振动性和音频衰减性，因此，尼龙成为首选的材料。然而，由于发动机周边的零件要求在工作时要承受220℃的高温，并且在该温度下仍能保持高模量、高强度，在-40℃下仍有良好的机械性能和无碎裂的韧性，因此玻纤增强尼龙已不是最优秀的材料。目前，国外已有用PPA树脂（聚邻苯二酉先胺）通过模塑成型法生产出的进气歧管，并已应用到了克尔维特、卡麦罗、火鸟等车型的LS1和LS6发动机中。此种类型的进气歧管被设计成三个部分，利用螺栓被固定到发动机上。在高温高湿状态下，PPA的抗拉强度比PA6提高了20%，比PA66更高。此外，PPA的挠曲（弯曲）模量比尼龙高20%，硬度更大，更能抗长时间的拉伸蠕变；PPA的耐汽油、耐油脂和冷却剂的能力也比PA强。最重要的是，在减轻重量方面，一般用铸铝制造的进气歧管的重量达26lb，而用PPA树脂分三片模塑而成的同类型进气歧管仅重11lb，能多产生25%的气流。 目前，欧美国家在塑料进气歧管的研究和开发方面领先于日本。2000年，塑料进气歧管在欧洲进气歧管市场中的份额就已达到60％的比重，而在北美和日本则相对较低，但其增速较快。预计2006年，塑料进气歧管在欧洲市场中的占有率将提高到90％，日本和美国也将达到60％～70％左右。 3、塑料进气歧管带来的市场商机 塑料进气歧管的技术进步不仅有赖于新材料的开发，还取决于加工方式的不断改进。随着焊接技术的进步，带动并促进了相应材料的开发。例如，半结晶型聚合物聚邻苯二酰胺就是十分引人注目的进气歧管新材料，其性能介于通用工程塑料和特种工程塑料之间，但性价比较高。比利时Solvay高性能聚合物公司推出了35％玻纤增强牌号的AmodelA－6135HSL，其在高温和高湿环境下的拉伸强度比PA66高很多，具有更好的刚性和优异的耐拉伸蠕变性，因而可降低进气歧管垫圈处的空气泄漏。这种新型树脂的耐化学性也明显优于尼龙，包括耐冷却剂、燃油、润滑油、油脂和其他汽车中使用的流体。该材料目前已被用于制造被称为LSX的进气歧管，可替代现有的标准尼龙进气歧管，2004年，已有3家公司在其新型轿车上采用了LSX。据称，LSX进气歧管比现有的标准尼龙进气歧管轻25％左右，而且能使通常的360马力的发动机的功率提高20马力。 新开发的激光焊接法比振动焊接法的成型条件温和，制品的焊接质量好，残余应力小，可以焊接异形曲面，生产效率高，而且可以制取结构和形状更复杂的进气歧管，因此许多厂家投入了相当大的精力开发用于进气歧管的激光焊接尼龙牌号。例如，美国杜邦公司就开发出了激光焊接PA66配混料；德国BASF公司的激光焊接PA6牌号UltramidB3GLT的激光透过率高达72％，因而可缩短焊接时间，制备形状复杂的进气歧管。 燃油箱 1、塑料燃油箱的优点 汽车燃油箱是车上唯一储存燃油的部件，是重要的功能与安全部件。随着消费者对汽车使用要求的日益提高，如舒适的车内空间、平稳的行驶性、宽大的后货箱等，其结果是，装油箱的地方常常是一块形状复杂的有限空间，这导致了燃油箱的形状变得很复杂。 传统的燃油箱用金属制造，但金属的缺点是难以制造出复杂的形状，既便能制造也需要很多加工工序，从而增加了制造成本。与金属相比，塑料由于具有重量轻、造型随意、耐腐蚀等优点，因此被越来越多地用于燃油箱的制造中。塑料燃油箱的特点是： ● 由于塑料的相对密度仅为金属的1/7左右，所以与同容积的金属燃油箱相比，重量可以降低1/3～1/2左右。 ● 与金属燃油箱不一样，塑料燃油箱采用一次吹塑成型的方法，可以做成形状复杂的异形结构，因此可以在汽车总体布置已经确定的情况下，充分利用剩余空间，尽可能地扩大燃油箱的容积，从而增加燃油的存储量。 ● 金属燃油箱在发生火灾时容易爆炸，而塑料燃油箱由于采用的是高分子量聚乙烯材料，其热传导性很低，仅为金属的1%。同时，高分子量聚乙烯既富有弹性，又具有刚性，在-40℃～60℃的环境下，仍具有优良的抗冲击性能和机械性能。因此当出现撞击或摩擦时不易产生火花。即使汽车不慎着火了，也不会因塑料燃油箱受热膨胀而发生爆炸。 ● 塑料燃油箱不怕盐碱类的侵蚀。尤其在冬天，有些路面撤盐防止结冰，汽车经过时金属燃油箱容易被腐蚀，而塑料燃油箱则无此忧患。 ● 制造工艺简便。塑料燃油箱一般采用高分子聚乙烯做基材，辅以粘接或阻隔材料，吹塑成单层或多层复合结构。与金属燃油箱比较，塑料燃油箱的生产工艺简便、效率高、生产周期短。此外，塑料燃油箱包括附件可一次成型，从而实现了主、附件一体化，成本可降低1/3。 ● 燃油渗漏性小。在40℃的环境中，塑料燃油箱的平均燃油渗漏量最大不超过20g/24h，对于多层复合结构的塑料燃油箱，其平均燃油渗漏量小于2g/24h。由于高分子量聚乙烯稳定性好，塑料燃油箱的使用寿命可达10年之久。 2、塑料燃油箱的技术及市场进展情况 世界上第一只汽车塑料燃油箱由德国的Volkswagen汽车公司、BASF公司和Kautex公司于20世纪60年代联合开发成功并运用于Porsche跑车上。由于欧洲是塑料燃油箱的发源地，因此其市场涵盖了多种类型的塑料燃油箱，包括单层及多层复合结构的塑料燃油箱。在美国和日本，由于其对汽车污染物排放的控制标准严于欧洲，再加之塑料燃油箱的商业化应用迟于欧洲，因此在起步时即采用了多层共挤技术生产的塑料燃油箱。到2001年，全球塑料燃油箱的产量大约是3100万只。 中国汽车塑料燃油箱的技术发展进程基本是欧洲的翻版。在中国，塑料燃油箱的发展起步于江苏扬州塑料二厂。1987年，该厂从德国Krupp Kautex公司和Volkswagen公司引进塑料燃油箱生产设备和技术，开始为上海大众汽车有限公司的Santana轿车和原广州标致汽车有限公司的Peugeot 505轿车提供塑料燃油箱。经过15年的发展，在中国乘用车市场中，塑料燃油箱的市场占有率已达到44%。同时，塑料燃油箱的制造商除了扬州亚普汽车塑料件有限公司（YAPP）以外，还包括长春君子兰-Kautex公司、TI（天津）公司、Yachiyo公司等。 近年来，随着世界各国对环保要求的日益提高，汽车尾气排放标准也日益严格，而提高塑料燃油箱的防渗透性能成为整车尾气排放达标的最直接、最有效和最重要的途径之一。因此，在单层吹塑技术的基础上，先后又发展了改善防渗透性能的三种技术：硫化/氟化技术、SELAR(R)技术和多层共挤技术。从生产过程控制、产品质量的稳定性以及满足新的尾气排放法规要求等方面考虑，多层共挤技术是塑料燃油箱的主流发展方向。为了满足整车零排放标准的要求，塑料燃油箱系统的可能发展趋势还将表现在如下几个方面：COVER技术——包括多层构造盖、多层燃油箱总成、燃油箱顶部表面与燃油箱分型面完全密封等；SIB技术；PEEMBLOK AS6-5/6结构；热成型技术等。 随着汽车燃油经济性新标准的实施，汽车轻量化将成为今后一段时间汽车发展的重点方向之一，因此发展塑料燃油箱完全与汽车的发展方向相吻合。目前，德国桑塔纳轿车已全部采用塑料燃油箱。此外，意大利菲亚特公司早在1994年就在其所有新车上使用了塑料燃油箱。塑料燃油箱在汽车中的应用比例是：美国为25％，欧洲高达75％。在中国，即将投产的新车型也几乎都采用了塑料燃油箱，如：长安福特公司的Mondeo车，广州本田公司的Fit车，北京现代的Avante XD车以及上海大众和一汽大众的PQ35车等。(end)

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