聚碳酸酯材料在轻质车身制造中的应用

引言

近年来塑料树脂产品以其质量轻、易成型以及物理性能良好等优势,逐渐成为各行各业制作材料的首选。尤其是在汽车制造领域,以聚碳酸酯为代表的塑料树脂产品可以显著提高车辆的制造质量和安全性能,应用日渐广泛。因此,研究分析聚碳酸酯材料在轻质车身制造中的应用具有重要的现实意义。

1聚碳酸酯材料概述

1.1聚碳酸酯特性

聚碳酸酯属于强韧的热塑性树脂,密度约为1.20～1.22g/cm3,无色透明,透光率达到85%以上,且无明显的熔点,因此在常温状态下具有较高的机械性能。其主要的物理化学特性如表1所示。

1.2聚碳酸酯材料在轻质车身制造中的应用优势

（1）减轻车重:根据有关统计数据表明,车辆的重量与其燃油经济性呈反比,车辆整体重量越低,车辆本身的燃油经济性越高。在车身制造过程中,应用聚碳酸酯材料,理论上相同的零件可以降低车辆重量达到50%左右。以车辆的车窗玻璃为例,传统的普通无机玻璃密度大约为2.5g/cm3,较聚碳酸酯材料高出近1倍,仅车窗玻璃一项就可减重40%以上。

（2）车辆安全性:聚碳酸酯材料本身具有较高的强度和抗冲击性能,当车辆发生安全事故时,可有效减少车辆的变形幅度,起到保护车内乘客的目的。不同材质落锤冲击测试结果如图1所示。

（3）设计自由度以及零件的集成设计:传统车辆在制造过程中,受到材料材质以及工艺的影响,很难进行大幅度的弯折加工,一定程度上限制了车身的流线设计,同时也难以进行多个零件的集成设计。聚碳酸酯材料在车身制造中的应用,降低了车身设计的难度,提升了设计自由度。例如,可以将车辆的立柱、车灯、导轨以及玻璃等零件集成设计成一个零件,有助于优化车身的流线设计,实现车身的无缝连接。

（4）尺寸稳定性:在相同环境下,比较聚碳酸酯材料和传统车辆材料,聚碳酸酯材料的尺寸变化幅度明显要小,具有较高的尺寸稳定性。因此,在汽车车身制造中,应用聚碳酸酯材料可以明显提高车辆的耐久性,延长车辆的使用寿命。

（5）其他方面:采用聚碳酸酯材料制造的车身与传统车身相比,在隔音效果方面更强,尤其是对发动机燃烧、齿轮运行以及轮胎行驶等过程中产生的噪声具有明显的减噪效果。在隔热性能方面,聚碳酸酯材料的导热系数较低,比传统车身材料的隔热效果更明显,显著降低了车辆空调系统的能源消耗,具有节能减排的作用。

2聚碳酸酯材料在轻质车身制造中的具体应用

2.1汽车车窗中的应用

随着汽车行业的发展,对汽车性能要求也越来越高,尤其是对车窗材料的透明度提出了较为苛刻的要求。相比传统的石英玻璃和有机玻璃,聚碳酸酯材料本身性能更加优良,如表2所示,除了具有较高的透光度之外,该种材料还能显著降低车辆的总体重量,提升车辆的隔音效果和隔热效果,改善用户的乘坐体验,提高车辆的总体性能。

2.2汽车车灯

对于现代汽车而言,不仅要求车灯具有较高的透光度,而且要造型美观,导致车灯零件形状复杂多样。如果采用传统材料,很难在工艺上满足车灯高弯曲率的要求,而采用聚碳酸酯材料,不仅降低了汽车车灯制造加工的难度,而且在价格方面也有优势。当前世界主流的汽车车型,如日产、奔驰、福特等均采用了聚碳酸酯材料作为汽车车灯的主要制造材料。

2.3聚碳酸酯改性材料的应用

通过将聚碳酸酯与其他树脂进行混合加工,可以有效改善聚碳酸酯的性能,提高聚碳酸酯材料的冲击强度和抗应力开裂能力,拓宽产品的应用范围,提升产品的附加值。其主要应用体现在以下几个方面:

(1）PC/PBT合金材料:聚碳酸酯本身具有较为良好的力学性能,但受到材质本身分子刚性和空间位阻较高的影响,导致材料不易融化,给材料加工造成了困难,在大型薄壁产品的加工方面表现不佳。而利用PBT(结晶性热塑性塑料）和聚碳酸酯的混合加工,不仅可确保材料本身具有聚碳酸酯材料的耐热、耐冲击等特点,还具有PBT本身的耐磨性、成型加工性等优点。例如在汽车保险杠加工制造方面,应用PC/PBT合金材料提高了保险杠低温冲击性能,确保保险杠在受到冲击时,仅出现韧性断裂而不会产生碎片。

(2）PC/PET合金材料:通过PC和PET两种材料的混合使用,在保留聚碳酸酯材料耐热性的同时,也提高了材料本身的耐应力开裂性能,提高了整体流动性。在汽车车身板、侧面护板、门框等制造中,PC/PET合金材料的应用十分广泛。

(3）PC/ABS合金材料:聚碳酸酯本身具有加工流动性差、耐磨性差以及容易应力开裂等缺点。而通过PC和ABS的混合,不仅保留了PC材料本身的耐热性、拉伸强度等优势,而且显著降低了材料的熔体黏度以及制造成本。因此,该种合金材料常被应用于车辆内饰材料的加工制造,如表3所示。

3结语

综上所述,作为一种综合性能优良的工程塑料,聚碳酸酯材料在透光性、耐冲击性、隔热性等方面具有显著优势。在轻质车身制造领域,聚碳酸酯及其合金材料的应用显著提高了汽车性能,改善了用户的驾驶体验,推动了汽车行业的快速发展。