Framleiðslugeta bílaiðnaðarins í mínu landi vex hratt og plastiðnaðurinn í bílaverkfræði hefur breitt þróunarrými. Verkfræðiplast kemur í stað málmefna og stækkar smám saman úr skreytingarhlutum yfir í burðarhluta og hagnýta hluta.
PA er frábært verkfræðiplast með mjög stöðuga efnafræðilega eiginleika og framúrskarandi mótstöðu gegn smurefnum og bensíni. Í félagslegu samhengi orkusparnaðar og losunarminnkunar eykst skarpskyggni PA efna í bílaiðnaðinum smám saman vegna kosta þess í léttþyngd, hitaþol, olíuþol, logavarnarefni og öðrum þáttum. Sem stendur eru PA efni notuð í vélarkerfi bifreiða, rafkerfi og undirvagnskerfi, eins og sýnt er í töflunni hér að neðan.
Mynd tekin á Arkema básnum
Notkun PA6 og PA66 er meira en 90% af heildarmagni ýmissa PA efna. PA11 og PA12 hafa góðan sveigjanleika, tæringarþol, olíuþol og víddarstöðugleika og eru einnig mikið notaðar í eldsneytisrör, bensínlok, bremsurör og aðra hluta.
Mynd tekin á Arkema básnum
Dæmigert notkun PA6 efna í bifreiðum
Rafhlöðuboxið er aðallega notað til að vernda og styðja íhluti eins og rafhlöðueiningar, rafhlöðuhitastýringarkerfi og rafhlöðustjórnunarkerfi til að koma í veg fyrir að rafhlöðukerfið skemmist af utanaðkomandi áhrifum eða vélrænni álagi. Rafhlöðuboxið hefur mikla þýðingu fyrir vélrænt öryggi rafhlöðukerfisins, þannig að það hefur miklar kröfur um vélræna eiginleika eins og höggstyrk og togstyrk.
Sem stendur eru sumir rafhlöðukassar úr PA efni, flestir eru PA6 efni. Logavarnarefni er einnig mikilvægur viðmiðunarvísir fyrir val á rafhlöðuboxefnum fyrir ný orkutæki. Takmarkandi súrefnisvísitala óbreyttra PA6 efna er almennt aðeins 20% til 22% og logavarnarefni getur aðeins náð UL94 V-2 stigi, sem er erfitt að uppfylla strangar logavarnarefniskröfur nýrra orkutækja og þörfum að vera logavarnarefni breytt.
PA6 Mynd tekin á Sanfangxiang básnum
Almennt séð eru logavarnarefni sem notuð eru fyrir PA6 halógen, fosfór, köfnunarefni og aðrar tegundir. Meðal þeirra mynda halógen logavarnarefni ætandi lofttegundir og krabbameinsvaldandi reyk við bruna. Notkun þeirra var takmörkuð eftir að Evrópusambandið gaf út „tilskipun um takmörkun á notkun ákveðinna hættulegra efna í raf- og rafeindabúnaði“ snemma árs 2003.
Á undanförnum árum hafa margir vísindamenn stundað rannsóknir á halógenfríum logavarnarefnum PA6 efnum og náð mörgum árangri.
Mörg verkfræðiplastfyrirtæki hafa einnig skuldbundið sig til rannsókna og þróunar á halógenfríum logavarnarefnum PA6 efnum. Til dæmis hefur Lanxess Group sett á markað þrjú PA6-Tepex efni. Tepex efni innihalda mikið trefjainnihald, þannig að þau hafa ekki aðeins mjög mikla stífleika, styrk og orkugleypni, heldur hafa þau einnig UL94 V-0 gráðu logavarnareiginleika.
LANXESS létt samsett efni byggt á pólýamíði 6
Meðal þeirra er Tepex dínalít 102fr-RG600(x)/47% styrkt með grófum glertrefjum. Þessum trefjum er raðað á fjölása hátt, sem getur ekki aðeins náð góðum logavarnaráhrifum, heldur einnig nákvæmlega passa við álagsleiðir íhlutanna. Það er hægt að nota á háspennuíhluti eins og stjórneiningarhús, skilrúm og hlífar á nýjum rafhlöðuboxum fyrir orkutæki.
LANXESS kynnir rafhlöðufestingu úr Tepex samfelldu trefjastyrktu hitaþjálu samsettu efni
Notkun langa glertrefja styrkts PA6 í burðarhlutum bíla er einnig smám saman vinsæl. Glertrefjar liggja í gegnum PA6 fylkið sem styrkjandi beinagrind, sem getur í raun aukið höggþol, skriðþol og víddarstöðugleika plastvara. Langt glertrefjastyrkt PA6 hefur marga kosti sambærilega við málma og hentar til að búa til flóknar bifreiðaeiningarvörur.
Tökum þverbita mælaborðsins sem dæmi. Þvergeisli mælaborðsins er beintengdur við yfirbygginguna, þolir og sendir álag af samskiptabúnaði manna og véla og skrauthluta og myndar öryggiskerfi í stjórnklefa með öðrum öryggishlutum, sem hefur bein áhrif á meðhöndlun og öryggi bílsins. Þvergeisli mælaborðsins getur stöðvað höggkraftinn sem framsali sendir frá sér við árekstur að framan og veitt stuðning við sprengingu loftpúða farþega.
Að auki þarf kerfið sem samanstendur af þvergeisla mælaborðsins, stýri og stýrissúlu að uppfylla ákveðnar kröfur NVH til að forðast ómun.
Langur glertrefjastyrktur PA6 mælaborðsþverbiti hefur verið þróaður með góðum árangri og mikið notaður í sumum gerðum. Þrátt fyrir að fullnægja stífleika og styrkleika sem þverbiti mælaborðsins verður að hafa sem burðarhluta, hefur langi glertrefjastyrktur PA6 mælaborðsþverbitinn framúrskarandi skriðþol og þreytuþol auk framúrskarandi höggþols við háan og lágan hita. Hönnun mæliborðsþverbitsins sem er úr algjöru plasti bætir ekki aðeins framleiðslu skilvirkni heldur hjálpar hún einnig til við að ná léttum og NVH markmiðum.
Dæmigerð notkun PA12 efna í bifreiðum
Á sviði hefðbundinna brunahreyfla farartækja hafa stór verkfræðileg plastfyrirtæki eins og DuPont, Arkema og Basf þróað PA12 efni með mismunandi hitaþolsstigum, sem eru mikið notuð í olíu- og gasleiðslur eins og áfyllingarrör fyrir eldsneytistank, eldsneytisgjöf. rör, loftræstingarrör fyrir sveifarhús, inntaksrör fyrir vél og lofttæmandi bremsurör.
Mynd tekin á BASF básnum
Mynd tekin á Evonik básnum
Hins vegar, þar sem háhitaþol PA12 er ekki framúrskarandi er ekki hægt að nota það í langan tíma í rör með hátt vinnuhitastig. Sem dæmi má nefna að í kælivatnsrörum vélar í ökutækjum með brunahreyfli eru yfirleitt enn málm- eða gúmmírör í stað PA12 rör. Almennt séð er rekstrarhiti vélknúinna kælikerfis nýrra orkutækja almennt lægra en 80 gráður og vinnsluhitastig rafhlöðukælikerfisins er almennt lægra en 60 gráður. PA12 efnið getur fullnægt hitaþolskröfum kælikerfis nýrra orkutækja.
Í samanburði við gúmmírör geta PA12 rör í raun dregið úr gæðum kerfisins. Þéttleiki PA12 er 1,02g/cm3, en þéttleiki EPDM gúmmísins sem oft er notaður í hefðbundnum bílarörum er 1,1~1,2g/cm3. Á sama tíma er veggur PA12 rör tiltölulega þunnur. Með því að taka pípuna með innri þvermál 15 ~ 18 mm sem dæmi, er PA12 vatnspípan aðeins 1,25 ~ 1,5 mm, en veggþykkt EPDM gúmmípípna er yfirleitt 3,5 ~ 4 mm.
Mynd tekin á UBE bás UBE PA12 slöngu
Alhliða útreikningur sýnir að notkun PA12 efnis getur dregið úr þyngd leiðslunnar um 65%. Til dæmis, tiltekið líkan af Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. samþykkir PA12 leiðslulausnina. Í samanburði við hefðbundnar málm- og gúmmíleiðslur minnkar massi leiðslukerfisins í raun um 56%.
Þar að auki, þar sem EPDM gúmmíefnið hefur litla stífni, ef það er notað fyrir lengri leiðslur, þarf að setja fleiri fasta punkta. Þess vegna, í kælikerfi hefðbundinna ökutækja með brunahreyfli, eru lengri leiðslur venjulega gerðar úr málmefnum og EPDM gúmmíefni eru aðeins notuð í umbreytingarhlutanum. Í samsvörunarkerfi málmleiðslna og gúmmíleiðslna er mikill fjöldi umskiptahluta, sem eykur ekki aðeins fjölda hluta til muna heldur eykur hættuna á leka.
PA12 leiðslan hefur mikla stífni og hægt er að framleiða heila vatnspípu í samþættri mótunaraðferð, sem dregur úr fjölda hluta á áhrifaríkan hátt og bætir áreiðanleika kerfisins. Til dæmis, tiltekið líkan af Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. samþykkir PA12 leiðslulausnina. Í samanburði við hefðbundnar málm- og gúmmíleiðslur minnkar hlutum í leiðslukerfinu um 77%. Í samanburði við málmleiðslur og gúmmíleiðslur eru PA12 leiðslur léttari, stífari, taka minna pláss og hafa meiri áreiðanleika, sem hefur mikið kynningargildi í nýjum orkutækjum.
Að auki hafa margir vísindamenn framkvæmt rannsóknir á PA12 leiðslum sem uppfylla þarfir annarra sérstakra atburðarása. Til dæmis hafa japanska Toray Company og Polyplastics-Evonik þróað í sameiningu þriggja laga pressuðu rör. Ytra lagið af PA12 efni og innra lagið af pólýfenýlen súlfíð PPS plastefni efnis þessa pressuðu rörs eru tengd saman með sérstöku lími. Það þolir ekki aðeins háan hita upp á 130 gráður, heldur hefur það einnig góða vatnsrofsþol og hitaþol. Það er hægt að nota í kælikerfi bíla með hærri hitakröfum.
Vegna þess að PA12 hefur góða gegndræpi viðnám gegn bensíni hefur verið staðfest að það sé öruggt og áreiðanlegt eldsneytisleiðsluefni. Með tilkomu og notkun blandaðs eldsneytis með metanóli eða etanóli hafa hins vegar verið gerðar meiri kröfur til gegndræpisþols eldsneytisleiðslu. Metanól eða etanól í blönduðu eldsneyti hefur mikla gegndræpi og leysni, sem getur auðveldlega valdið því að kolvetni seytlar út og uppfyllir þar með ekki viðeigandi umhverfisstaðla.
Zhang Ying hefur framkvæmt rannsóknir og þróunarvinnu á lággegndræpi og úrkomulítið eldsneytisrör fyrir bíla. Með ítarlegri greiningu á eðliseiginleikum ýmissa hráefna þróuðum við efni sem hægt er að nota í eldsneytisleiðslur og þróuðum PA12 samhverfa fimm laga samsett rör sem uppfylla lág gegndræpisstaðla eldsneytislína, auk eldsneytis. línusamsetningarkerfi sem samanstendur af samsettum rörum.
Dæmigerð notkun PA66 efna í bifreiðum
Undir þeirri almennu þróun að „skipta um stál fyrir plast“ í léttþyngd bíla hefur PA66 lagt af mörkum framúrskarandi gildi bæði í hefðbundnum brunahreyflum og nýjum orkutækjum, beint eða óbeint að átta sig á samfélagssýninni um lága kolefnislosun. Í framleiðsluferli hluta er hægt að mynda PA66 fljótt í mótinu með kristöllunarhraða sem er tíu sinnum meiri en PA6, sem bætir framleiðslu skilvirkni til muna.
PA66 Mynd tekin á Sanfangxiang básnum
Í samanburði við PA6 er frammistaða PA66 einnig einstaklega framúrskarandi, með meiri víddarstöðugleika, lægra vatnsupptöku og hærra bræðslumark. PA66 er mikið notað í ýmsum bílakerfum til að bæta hagkvæmni ökutækja og draga úr losun skaðlegra gastegunda á meðan viðhalda eða fara yfir núverandi afköst.
Með því að taka inntaksgreinina sem dæmi, þá notuðu fyrstu inntaksgreinar ökutækja með innri brunahreyfli aðallega PA6 efni. Með notkun samþættra forþjöppu og þéttleika véla hafa kröfur um hitaþol inntaksgreinanna aukist úr 130 gráður í 200 gráður og OEMs hafa smám saman haft tilhneigingu til að velja PA66 með hærra bræðslumarki til að ná frammistöðuuppfærslu.
Önnur dæmigerð notkun PA66 er vélarfestingin eða drifmótorfestingin. Í árdaga voru slíkir burðarhlutar yfirleitt úr stáli eða áli. Vegna þess að PA efni sjálft hefur dempandi og titringsminnkandi áhrif, getur notkun PA66 glertrefjastyrktra vara í vélar- og drifmótorfestingum í raun dregið úr titringi og hávaða hreyfilsins eða drifmótorsins.
Asahi Kasei PA66 mótorfesting Heimild: Asahi Kasei
Þar að auki, þar sem PA66 þolir bökunarhitastig málningar á bilinu 160 til 180 gráður, hjálpar það að samþætta það í yfirbyggingu bílsins í hvítu ekki aðeins til að auka vélræna eiginleika yfirbyggingar ökutækisins, heldur einnig, þegar ökutækið rekst á, PA66 styrkt. Efnið getur í raun tekið á sig árekstraorkuna og hámarkar vernd ökumanns og farþega og rafhlöðunnar. Það getur einnig dregið úr þyngd yfirbyggingar ökutækisins um meira en 30%, sem bætir meðhöndlun ökutækisins og drægni.
Nylon 66 mótor leysiskynjari og hraðaskynjari, tekin á BASF básnum
Hvað varðar rannsóknir á nýjum PA66 efnum, hafa margir vísindamenn einnig þróað PA66 efni sem henta fyrir sérstaka bílahluta. Til dæmis eru hleðslutæki um borð, DC/DC stýringar, PTC hitarar og háspennu tengibox í nýjum orkutækjum allt háspennuíhlutir. Háspennutengingar á milli háspennuíhluta og háspennuvíraneta nota oft halógenfrítt logavarnarefni styrkt PA66, sérstaklega lífrænt fosfór logavarnarefni PA66.
Halógenfrítt logavarnarefni styrkt PA66 hefur góða logavarnareiginleika og vélræna eiginleika, en verð þess sveiflast mikið vegna framboðs á hráefni í andstreymi. Framboð á PA6 hráefni er nægjanlegt og verðið er tiltölulega lágt. Þess vegna hefur halógenfrí logavarnarefni styrkt PA66/PA6 álfelgur orðið efnileg önnur tæknilausn.
Ye Bingbing o.fl. rannsakað breytingar á logavarnareiginleikum, rafeiginleikum, vélrænum eiginleikum og hitaþol eldvarnarstyrktar PA66/PA6 málmblöndunnar þegar hlutföll PA66 og PA6 voru mismunandi. Þeir komust að því að þegar hlutfall PA6 jókst, jókst málmblönduna. Seigleikavísitalan jókst lítillega, en logavarnarefni og vélrænni styrkur minnkaði lítillega. Eftir því sem hlutfall PA6 minnkar minnkar togstyrkurinn en seigjan eykst verulega.
PA66 er einnig notað í nýjum rafhlöðuboxum fyrir orkutæki. Liu Ying o.fl. framkvæmt rannsóknir á vélrænni eiginleikum hakkaðs koltrefjastyrkts PA66 með mismunandi trefjainnihaldi og framkvæmt mat og hermigreiningu á notkun efnisins í léttum rafhlöðuboxum. Rannsóknarniðurstöðurnar sýna að samanborið við rafhlöðuboxið úr málmi er söxuð koltrefjastyrkt PA66 efnisboxið 84% léttara að massa og hámarksálag kassans minnkar um 30% til 50% undir holóttum vegum og kröppum beygjum. . Á sama tíma kom einnig í ljós að koltrefjainnihaldið hefur meiri áhrif á hámarks tilfærslu rafhlöðuboxsins. Aukning á koltrefjainnihaldi getur dregið verulega úr tilfærslu kassans undir holóttum vegum og kröppum beygjum.
Concept solid-state rafhlöðupakkinn, tekinn á BASF básnum
Sem stendur eru flestar rúlluðu ræmur yfir 30 cm sem notaðar eru í bifreiðar úr PA66. PA66 hefur lélega hörku við lágt hitastig og þarf að herða og breyta fyrir kuldaþol.
Lu Daguang o.fl. notaði tvískrúfa blöndunaraðferð til að velja mismunandi gerðir af hertiefnum og PA66 hráefni með mismunandi seigju til að útbúa kuldaþolin hert PA66 efni sem henta fyrir bílavalsar ræmur.
PA66 hefur góða hitaþol, tæringarþol og hörku og getur komið í stað langkeðju PA sem valið efni fyrir PA vatnsrör fyrir bíla. Hins vegar, vegna nærveru mjög skautaðra amíðhópa í PA66 sameindakeðjunni, er PA66 viðkvæmt fyrir aflögun og vatnsrof þegar það er í snertingu við kælivökva.
Til að bregðast við þessu vandamáli, Zhang Songfeng o.fl. fyrst blandaði og breytti PA66 efninu með því að bæta við herðandi efnum og vatnsrofsþolnum efnum til að bæta vatnsrofsþol þess og seigleika, og notaði síðan hefðbundna slönguútpressunarferli til að prófa breytt efni fyrir slöngupressun og þróað kælivatnsrör fyrir bíla með PA66 sem meginhluti. Með prófun er sprungastyrkur blönduðu breyttu PA66 slöngunnar meiri en 2,6MPa og efniskostnaður hennar er lækkaður um 40%, sem leysir vandamálið við flókið framleiðsluferli og hátt verð á langkeðju PA slöngu.
Í stuttu máli er hægt að nota magn plasts sem notað er í farartæki sem einn af vísbendingunum til að mæla hversu mikla hönnun og framleiðslu bifreiða er að vissu marki. Sem stendur er magn plasts sem notað er á hverja einingu ökutækja með brunahreyfli í þróuðum löndum um 150 kg, þar af er PA um 20%. Núverandi magn af PA sem notað er á hverja einingu innlendra ökutækja með brunahreyfli er um 8 kg, sem er gert ráð fyrir að nái 15 kg árið 2025 og búist er við að það aukist í 30 kg árið 2030. Varðandi magn PA sem notað er í nýjum orkutækjum, vísar til Tesla Gerð 3 og aðrar gerðir, það er áætlað að magn PA sem notað er á hverja einingu nýrra orkutækja árið 2030 geti orðið 50 kg.
Samkvæmt tölfræði frá sameiginlegu upplýsingaráðstefnu Kína um farþegabílamarkaðinn mun innlend sala ökutækja með brunahreyflum árið 2022 vera 14,868 milljónir ökutækja, 2,302 milljón ökutækja lækkun á milli ára og bruni vélknúin farartæki tapa markaðshlutdeild með ógnarhraða. Innlendir og erlendir bílaframleiðendur tilkynna almennt að þeir muni hætta að þróa ökutæki með brunahreyfli í kringum 2030, en eftir það munu ökutæki með brunahreyfli hverfa smám saman af sögusviði.
Á sama tíma hefur nýi orkubílamarkaðurinn hafið hraðri þróun. Á ráðstefnunni um hundrað manna rafbíla í Kína spáði Ouyang Minggao, fræðimaður kínversku vísindaakademíunnar, að landssala nýrra orkutækja muni ná 7 til 9 milljónum árið 2025 og 17 til 19 milljónir árið 2030. Huaan Securities Rannsóknarstofnun áætlar að notkun PA-efna í bíla muni ná 1,44 milljónum tonna árið 2030.
Í stuttu máli hafa framfarir í vélatækni, umbreyting bifreiða í nýja orku og þróun léttra bifreiða á áhrifaríkan hátt stuðlað að bættri orkusparnaði og losunarskerðingu og félagslegri hagkvæmni í rekstri, á sama tíma og það fært til gríðarstórra stigvaxandi markaða fyrir beitingu verkfræðiplastefni eins og PA. Í fyrirsjáanlegri framtíð mun eftirspurn bílaiðnaðarins eftir PA efni halda áfram að aukast og PA efnisiðnaðurinn er kominn inn í hraða þróun.
