引言

近年來塑料樹脂產(chǎn)品以其質(zhì)量輕、易成型以及物理性能良好等優(yōu)勢,逐漸成為各行各業(yè)制作材料的首選。尤其是在汽車制造領域,以聚碳酸酯為代表的塑料樹脂產(chǎn)品可以顯著提高車輛的制造質(zhì)量和安全性能,應用日漸廣泛。因此,研究分析聚碳酸酯材料在輕質(zhì)車身制造中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

1聚碳酸酯材料概述

1.1聚碳酸酯特性

聚碳酸酯屬于強韌的熱塑性樹脂,密度約為1.20～1.22g/cm3,無色透明,透光率達到85%以上,且無明顯的熔點,因此在常溫狀態(tài)下具有較高的機械性能。其主要的物理化學特性如表1所示。

1.2聚碳酸酯材料在輕質(zhì)車身制造中的應用優(yōu)勢

（1）減輕車重:根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,車輛的重量與其燃油經(jīng)濟性呈反比,車輛整體重量越低,車輛本身的燃油經(jīng)濟性越高。在車身制造過程中,應用聚碳酸酯材料,理論上相同的零件可以降低車輛重量達到50%左右。以車輛的車窗玻璃為例,傳統(tǒng)的普通無機玻璃密度大約為2.5g/cm3,較聚碳酸酯材料高出近1倍,僅車窗玻璃一項就可減重40%以上。

（2）車輛安全性:聚碳酸酯材料本身具有較高的強度和抗沖擊性能,當車輛發(fā)生安全事故時,可有效減少車輛的變形幅度,起到保護車內(nèi)乘客的目的。不同材質(zhì)落錘沖擊測試結(jié)果如圖1所示。

（3）設計自由度以及零件的集成設計:傳統(tǒng)車輛在制造過程中,受到材料材質(zhì)以及工藝的影響,很難進行大幅度的彎折加工,一定程度上限制了車身的流線設計,同時也難以進行多個零件的集成設計。聚碳酸酯材料在車身制造中的應用,降低了車身設計的難度,提升了設計自由度。例如,可以將車輛的立柱、車燈、導軌以及玻璃等零件集成設計成一個零件,有助于優(yōu)化車身的流線設計,實現(xiàn)車身的無縫連接。

（4）尺寸穩(wěn)定性:在相同環(huán)境下,比較聚碳酸酯材料和傳統(tǒng)車輛材料,聚碳酸酯材料的尺寸變化幅度明顯要小,具有較高的尺寸穩(wěn)定性。因此,在汽車車身制造中,應用聚碳酸酯材料可以明顯提高車輛的耐久性,延長車輛的使用壽命。

（5）其他方面:采用聚碳酸酯材料制造的車身與傳統(tǒng)車身相比,在隔音效果方面更強,尤其是對發(fā)動機燃燒、齒輪運行以及輪胎行駛等過程中產(chǎn)生的噪聲具有明顯的減噪效果。在隔熱性能方面,聚碳酸酯材料的導熱系數(shù)較低,比傳統(tǒng)車身材料的隔熱效果更明顯,顯著降低了車輛空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗,具有節(jié)能減排的作用。

2聚碳酸酯材料在輕質(zhì)車身制造中的具體應用

2.1汽車車窗中的應用

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,對汽車性能要求也越來越高,尤其是對車窗材料的透明度提出了較為苛刻的要求。相比傳統(tǒng)的石英玻璃和有機玻璃,聚碳酸酯材料本身性能更加優(yōu)良,如表2所示,除了具有較高的透光度之外,該種材料還能顯著降低車輛的總體重量,提升車輛的隔音效果和隔熱效果,改善用戶的乘坐體驗,提高車輛的總體性能。

2.2汽車車燈

對于現(xiàn)代汽車而言,不僅要求車燈具有較高的透光度,而且要造型美觀,導致車燈零件形狀復雜多樣。如果采用傳統(tǒng)材料,很難在工藝上滿足車燈高彎曲率的要求,而采用聚碳酸酯材料,不僅降低了汽車車燈制造加工的難度,而且在價格方面也有優(yōu)勢。當前世界主流的汽車車型,如日產(chǎn)、奔馳、福特等均采用了聚碳酸酯材料作為汽車車燈的主要制造材料。

2.3聚碳酸酯改性材料的應用

通過將聚碳酸酯與其他樹脂進行混合加工,可以有效改善聚碳酸酯的性能,提高聚碳酸酯材料的沖擊強度和抗應力開裂能力,拓寬產(chǎn)品的應用范圍,提升產(chǎn)品的附加值。其主要應用體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1）PC/PBT合金材料:聚碳酸酯本身具有較為良好的力學性能,但受到材質(zhì)本身分子剛性和空間位阻較高的影響,導致材料不易融化,給材料加工造成了困難,在大型薄壁產(chǎn)品的加工方面表現(xiàn)不佳。而利用PBT(結(jié)晶性熱塑性塑料）和聚碳酸酯的混合加工,不僅可確保材料本身具有聚碳酸酯材料的耐熱、耐沖擊等特點,還具有PBT本身的耐磨性、成型加工性等優(yōu)點。例如在汽車保險杠加工制造方面,應用PC/PBT合金材料提高了保險杠低溫沖擊性能,確保保險杠在受到?jīng)_擊時,僅出現(xiàn)韌性斷裂而不會產(chǎn)生碎片。

(2）PC/PET合金材料:通過PC和PET兩種材料的混合使用,在保留聚碳酸酯材料耐熱性的同時,也提高了材料本身的耐應力開裂性能,提高了整體流動性。在汽車車身板、側(cè)面護板、門框等制造中,PC/PET合金材料的應用十分廣泛。

(3）PC/ABS合金材料:聚碳酸酯本身具有加工流動性差、耐磨性差以及容易應力開裂等缺點。而通過PC和ABS的混合,不僅保留了PC材料本身的耐熱性、拉伸強度等優(yōu)勢,而且顯著降低了材料的熔體黏度以及制造成本。因此,該種合金材料常被應用于車輛內(nèi)飾材料的加工制造,如表3所示。

3結(jié)語

綜上所述,作為一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料,聚碳酸酯材料在透光性、耐沖擊性、隔熱性等方面具有顯著優(yōu)勢。在輕質(zhì)車身制造領域,聚碳酸酯及其合金材料的應用顯著提高了汽車性能,改善了用戶的駕駛體驗,推動了汽車行業(yè)的快速發(fā)展。