Minu riigi autotööstuse tootmisvõimsus kasvab kiiresti ja autotööstuse plastitööstusel on lai arendusruum. Tehnikaplastid asendavad metallmaterjale ja laienevad järk-järgult dekoratiivosadest konstruktsiooniosade ja funktsionaalsete osadeni.
PA on suurepärane insenerplast, millel on väga stabiilsed keemilised omadused ja suurepärane vastupidavus määrdeainetele ja bensiinile. Energiasäästu ja heitkoguste vähendamise sotsiaalses kontekstis suureneb PA-materjalide läbitungimismäär autotööstuses järk-järgult tänu selle eelistele kerguse, kuumakindluse, õlikindluse, leegiaeglustuse ja muude aspektide osas. Praegu kasutatakse PA-materjale autode mootorisüsteemides, elektrisüsteemides ja šassiisüsteemides, nagu on näidatud allolevas tabelis.
Foto tehtud Arkema boksis
PA6 ja PA66 kasutamine moodustab üle 90% erinevate PA materjalide koguhulgast. PA11 ja PA12 on hea paindlikkuse, korrosioonikindluse, õlikindluse ja mõõtmete stabiilsusega ning neid kasutatakse laialdaselt ka kütusetorudes, kütusekorkides, piduritorudes ja muudes osades.
Foto tehtud Arkema boksis
PA6 materjalide tüüpilised rakendused autodes
Akukarpi kasutatakse peamiselt selliste komponentide kaitsmiseks ja toetamiseks nagu toiteaku moodulid, aku temperatuuri kontrollsüsteemid ja akuhaldussüsteemid, et vältida toiteaku süsteemi kahjustamist välismõjude või mehaanilise pinge tõttu. Akukarbil on suur tähtsus akusüsteemi mehaanilise ohutuse seisukohalt, mistõttu on sellel kõrged nõuded mehaanilistele omadustele, nagu löögitugevus ja tõmbetugevus.
Praegu on mõned akukarbid valmistatud PA materjalidest, millest enamik on PA6 materjalid. Leegiaeglustav jõudlus on ka oluline võrdlusnäitaja uute energiasõidukite akukarbi materjalide valimisel. Modifitseerimata PA6 materjalide piirav hapnikuindeks on üldiselt vaid 20–22% ja leegiaeglusti klass võib ulatuda ainult UL94 V-2 tasemeni, mida on raske täita uute energiasõidukite ja vajaduste rangetele leegiaeglustinõuetele. olema leegiaeglustajana modifitseeritud.
PA6 Foto tehtud Sanfangxiangi boksis
Üldiselt hõlmavad PA6 jaoks kasutatavad leegiaeglustid halogeeni, fosforit, lämmastikku ja muud tüüpi. Nende hulgas toodavad halogeensed leegiaeglustid põlemisel söövitavaid gaase ja kantserogeenset suitsu. Nende kasutamist piirati pärast seda, kui Euroopa Liit andis 2003. aasta alguses välja "Direktiiv teatud ohtlike ainete kasutamise piiramise kohta elektri- ja elektroonikaseadmetes".
Viimastel aastatel on paljud teadlased uurinud halogeenivabasid leegiaeglustavaid PA6 materjale ja saavutanud palju tulemusi.
Paljud insenerplastiettevõtted on samuti pühendunud halogeenivabade leegiaeglustavate PA6 materjalide uurimisele ja arendamisele. Näiteks Lanxess Group on turule toonud kolm PA{3}}põhist Tepexi materjali. Tepex-materjalid sisaldavad kõrget kiusisaldust, nii et neil pole mitte ainult väga kõrge jäikuse, tugevuse ja energia neeldumise tase, vaid neil on ka UL94 V{5}} klassi leegiaeglustavad omadused.
LANXESSi kerged komposiitmaterjalid, mis põhinevad polüamiidil 6
Nende hulgas on Tepex dünaliit 102fr-RG600(x)/47% tugevdatud jämedate heidetud klaaskiududega. Need kiud on paigutatud mitmeteljeliselt, mis ei võimalda mitte ainult saavutada head leegiaeglustavat efekti, vaid ka täpselt sobitada komponentide koormusteid. Seda saab rakendada kõrgepingekomponentidele, nagu juhtploki korpused, vaheseinad ja uute energiasõidukite akukarpide kaaned.
LANXESS toob turule akuklambri, mis on valmistatud Tepexi pidevast kiududega tugevdatud termoplastilisest komposiitmaterjalist
Järk-järgult populariseeritakse ka pika klaaskiuga tugevdatud PA6 kasutamist autode konstruktsiooniosades. Klaaskiud läbib PA6 maatriksit tugevdava karkassina, mis võib tõhusalt suurendada plasttoodete löögikindlust, roomamiskindlust ja mõõtmete stabiilsust. Pika klaaskiuga tugevdatud PA6-l on palju metallidega võrreldavaid eeliseid ja see sobib keerukate automoodulitoodete valmistamiseks.
Võtke näiteks armatuurlaua risttala. Armatuurlaua risttala on otse kerega ühendatud, kannab ja edastab inimese ja masina koostöö seadmete ja dekoratiivdetailide koormust ning moodustab koos teiste turvakomponentidega kokpiti turvasüsteemi, mis mõjutab otseselt auto juhitavust ja ohutust. Armatuurlaua risttala võib laupkokkupõrke ajal puhverdada esikabiini poolt edastatavat löögijõudu ja toetada kõrvalistuja turvapadja plahvatust.
Lisaks peab armatuurlaua risttalast, roolist ja roolisammast koosnev süsteem vastama teatud NVH modaalnõuetele, et vältida resonantsi.
Pika klaaskiuga tugevdatud PA6 armatuurlaua risttala on edukalt välja töötatud ja mõne mudeli puhul laialdaselt kasutatud. Kuigi armatuurlaua risttala jäikus ja tugevus vastavad täielikult kandekomponendina, on pika klaaskiuga tugevdatud PA6 armatuurlaua risttala suurepärane roomamis- ja väsimuskindlus ning suurepärane löögikindlus kõrgel ja madalal temperatuuril. Täisplastist armatuurlaua risttala disain mitte ainult ei paranda tootmise efektiivsust, vaid aitab saavutada ka kergekaalu ja NVH eesmärke.
PA12 materjalide tüüpilised rakendused autodes
Traditsiooniliste sisepõlemismootoriga sõidukite valdkonnas on suured insenerplastiettevõtted, nagu DuPont, Arkema ja Basf, välja töötanud erineva temperatuurikindluse klassiga PA12 materjalid, mida kasutatakse laialdaselt nafta- ja gaasitorustikes, nagu kütusepaakide täitetorud, kütuse kohaletoimetamine. torud, karteri ventilatsioonitorud, mootori sisselasketorud ja vaakumpiduritorud.
Foto tehtud BASF-i boksis
Foto tehtud Evoniku boksis
Kuna PA12 kõrge temperatuuritaluvus pole aga silmapaistev, ei saa seda pikka aega kasutada kõrge töötemperatuuriga torudes. Näiteks sisepõlemismootoriga sõidukite mootori jahutusveetorustikus kasutatakse PA12 torude asemel üldjuhul ikkagi metallist või kummist torusid. Üldiselt on uute energiasõidukite mootorijahutussüsteemi töötemperatuur üldiselt madalam kui 80 kraadi ja aku jahutussüsteemi töötemperatuur on üldiselt madalam kui 60 kraadi. PA12 materjal suudab täielikult vastata uute energiasõidukite jahutussüsteemi temperatuurikindluse nõuetele.
Võrreldes kummitorudega võivad PA12 torud süsteemi kvaliteeti tõhusalt vähendada. PA12 tihedus on 1,02 g/cm3, samas kui traditsioonilistes autotorudes sageli kasutatava EPDM-kummi tihedus on 1,1–1,2 g/cm3. Samas on PA12 torude sein suhteliselt õhuke. Võttes näiteks toru siseläbimõõduga 15–18 mm, on PA12 veetoru ainult 1,25–1,5 mm, samas kui EPDM-kummist torude seina paksus on üldiselt 3,5–4 mm.
Foto tehtud UBE boksi UBE PA12 vooliku juures
Põhjalik arvutus näitab, et PA12 materjali kasutamine võib vähendada torustiku kaalu 65%. Näiteks Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. teatud mudel võtab kasutusele PA12 torujuhtme lahenduse. Võrreldes traditsiooniliste metallist ja kummist torujuhtmetega on torustikusüsteemi mass tegelikult vähenenud 56%.
Lisaks, kuna EPDM-kummist materjalil on madal jäikus, tuleb pikemate torustike jaoks kasutada rohkem fikseeritud punkte. Seetõttu on traditsiooniliste sisepõlemismootoriga sõidukite jahutussüsteemis pikemad torustikud üldjuhul valmistatud metallmaterjalidest ning EPDM kummimaterjale kasutatakse vaid üleminekuosas. Metallist torujuhtmete ja kummist torujuhtmete sobitusskeemis on suur hulk üleminekuosi, mis mitte ainult ei suurenda oluliselt osade arvu, vaid suurendab ka lekkeohtu.
Torujuhtmel PA12 on kõrge jäikus ja terviklikku veetoru saab valmistada integreeritud vormimismeetodil, mis vähendab tõhusalt osade arvu ja parandab süsteemi töökindlust. Näiteks Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. teatud mudel võtab kasutusele PA12 torujuhtme lahenduse. Võrreldes traditsiooniliste metallist ja kummist torujuhtmetega on torustikusüsteemi osade arv vähenenud 77%. Võrreldes metallist ja kummist torujuhtmetega on PA12 torujuhtmed kergemad, jäigemad, võtavad vähem ruumi ja neil on suurem töökindlus, mis on uute energiasõidukite puhul väga kasulik.
Lisaks on paljud teadlased teinud uuringuid PA12 torujuhtmete kohta, mis vastavad muude konkreetsete stsenaariumide vajadustele. Näiteks Jaapani Toray Company ja Polyplastics-Evonik on ühiselt välja töötanud kolmekihilise ekstrudeeritud toru. Selle ekstrudeeritud toru PA12 materjali välimine kiht ja polüfenüleensulfiid-PPS vaigu materjali sisemine kiht on ühendatud spetsiaalse liimiga. See ei talu mitte ainult kõrget temperatuuri 130 kraadi, vaid sellel on ka hea hüdrolüüsikindlus ja kuumakindlus. Seda saab kasutada kõrgemate temperatuurinõuetega autode jahutustorustike süsteemides.
Kuna PA12-l on hea läbilaskvuskindlus bensiini suhtes, on see tõestatud ohutu ja usaldusväärse kütusetoru materjalina. Metanooli või etanooliga segakütuste tekke ja kasutamisega on aga seatud kõrgemad nõuded kütusetorustike läbilaskvustakisusele. Metanoolil või etanoolil segakütustes on tugev läbilaskvus ja lahustuvus, mis võib kergesti põhjustada süsivesinike välja imbumist ja seega ei vasta asjakohastele keskkonnastandarditele.
Zhang Ying on läbi viinud madala läbilaskvusega ja vähese sademesisaldusega autokütuse torude uurimis- ja arendustööd. Läbi erinevate toormaterjalide füüsikaliste omaduste süvaanalüüsi töötasime välja materjalid, mida saab kasutada kütusetorustikus ning töötasime välja PA12 sümmeetrilise struktuuriga viiekihilised komposiittorud, mis vastavad kütusetorude madala läbilaskvuse standarditele, aga ka kütuse. komposiittorudest koosnev liini montaažisüsteem.
PA66 materjalide tüüpilised rakendused autodes
Üldise suundumuse kohaselt "teras plastikuga asendamine" autode kergekaalus on PA66 panustanud silmapaistvasse väärtusse nii traditsioonilistes sisepõlemismootoriga sõidukites kui ka uutes energiasõidukites, realiseerides otseselt või kaudselt madala süsinikuheite sotsiaalset visiooni. Osade tootmisprotsessis saab PA66 vormis kiiresti vormida, mille kristalliseerumiskiirus on kümme korda suurem kui PA6, parandades oluliselt tootmise efektiivsust.
PA66 Foto tehtud Sanfangxiangi boksis
Võrreldes PA6-ga on PA66 jõudlus ka ülimalt silmapaistev, kuna sellel on suurem mõõtmete stabiilsus, väiksem veeimavus ja kõrgem sulamistemperatuur. PA66 kasutatakse laialdaselt erinevates autosüsteemides, et parandada sõiduki ökonoomsust ja vähendada kahjulike gaaside heitkoguseid, säilitades või ületades olemasoleva võimsuse.
Sisselaskekollektori näitel kasutati sisepõlemismootoriga sõidukite varajastes sisselaskekollektorites peamiselt PA6 materjale. Integreeritud ülelaadurite ja mootorite kompaktsuse tõttu on sisselaskekollektorite temperatuurikindluse nõuded tõusnud 130 kraadilt 200 kraadini ning originaalseadmete tootjad on järk-järgult kaldunud valima jõudluse parandamiseks kõrgema sulamistemperatuuriga PA66.
Teine PA66 tüüpiline rakendus on mootoriklamber või ajamimootori kronstein. Algusaegadel valmistati sellised konstruktsiooniosad üldiselt terasest või alumiiniumisulamist. Kuna PA-materjalil endal on summutav ja vibratsiooni vähendav toime, võib PA66 klaaskiuga tugevdatud toodete kasutamine mootori- ja ajamimootori kronsteinides tõhusalt vähendada mootori või ajami mootori vibratsiooni ja müra.
Asahi Kasei PA66 mootoriklamber Allikas: Asahi Kasei
Lisaks, kuna PA66 talub 160–180-kraadist värvi küpsemistemperatuuri, aitab selle integreerimine auto valgesse keresse mitte ainult parandada sõiduki kere mehaanilisi omadusi, vaid ka sõiduki kokkupõrke korral tugevdab PA66. materjal suudab tõhusalt neelata kokkupõrkeenergiat, maksimeerides juhi ja reisijate ning aku kaitset. Samuti võib see vähendada sõiduki kere kaalu rohkem kui 30%, parandades sõiduki juhitavust ja sõiduulatust.
Nailon 66 mootori lahendaja andur ja kiirusandur, tehtud BASF-i boksis
Uute PA66 materjalide uurimisel on paljud teadlased välja töötanud ka PA66 materjalid, mis sobivad konkreetsete autoosade jaoks. Näiteks uute energiasõidukite sisseehitatud laadijad, DC/DC kontrollerid, PTC-soojendid ja kõrgepinge harukarbid on kõik kõrgepingekomponendid. Kõrgepingekomponentide ja kõrgepingejuhtmete vahelised kõrgepingepistikud kasutavad sageli halogeenivaba leegiaeglustajaga tugevdatud PA66, eriti fosfororgaanilist leegiaeglustit PA66.
Halogeenivaba leegiaeglustajaga tugevdatud PA66-l on head leegiaeglustavad omadused ja mehaanilised omadused, kuid selle hind kõigub suuresti tänu ülesvoolu tooraine tarnimisele. PA6 tooraine varu on piisav ja hind suhteliselt madal. Seetõttu on halogeenivabast leegiaeglustavast tugevdatud PA66/PA6 sulamist saanud paljulubav alternatiivne tehnoloogiline lahendus.
Ye Bingbing et al. uuris leegiaeglustava tugevdatud PA66/PA6 sulami leegiaeglustavate omaduste, elektriliste omaduste, mehaaniliste omaduste ja kuumakindluse muutusi, kui PA66 ja PA6 proportsioonid olid erinevad. Nad leidsid, et PA6 osakaalu suurenedes suurenes sulami sitkusindeks veidi, kuid leegiaeglustaja jõudlus ja mehaaniline tugevus vähenesid veidi. Kui PA6 osakaal väheneb, väheneb tõmbetugevus, kuid tugevus suureneb oluliselt.
PA66 kasutatakse ka uute energiasõidukite akukastides. Liu Ying et al. viidi läbi erineva kiusisaldusega tükeldatud süsinikkiuga tugevdatud PA66 mehaaniliste omaduste uurimistööd ning teostati jõudluse hindamine ja materjali kasutamise simulatsioonanalüüs kergekaalulistes akukarpides. Uuringutulemused näitavad, et metallist akukarbiga võrreldes on tükeldatud süsinikkiuga tugevdatud PA66 materjalist kast massilt 84% kergem ning konarlike teede ja järskude pöörete korral väheneb karbi maksimaalne pinge 30-50%. . Samal ajal leiti ka, et süsinikkiu sisaldusel on suurem mõju akukarbi maksimaalsele nihkele. Süsinikkiusisalduse suurenemine võib oluliselt vähendada kasti nihkumist auklike teede ja järskude pöörete korral.
BASF-i boksis tehtud kontseptsiooni pooljuhtaku
Praegu on suurem osa autodes kasutatavatest üle 30 cm pikkustest valtsitud ribadest valmistatud PA66-st. PA66 on madalate temperatuuride tingimustes halva vastupidavusega ning külmakindluse tagamiseks tuleb seda karastada ja muuta.
Lu Daguang et al. kasutas kahe kruviga segamismeetodit erinevat tüüpi karastusainete ja erineva viskoossusega PA66 tooraine valimiseks, et valmistada külmakindlaid karastatud PA66 materjale, mis sobivad autode valtsitud ribadeks.
PA66-l on hea kuumakindlus, korrosioonikindlus ja sitkus ning see võib asendada pika ahelaga PA-d kui autode PA-veetorude valitud materjali. Tugevalt polaarsete amiidrühmade olemasolu tõttu PA66 molekulaarahelas on PA66 aga jahutusvedelikuga kokkupuutel kalduvus deformatsioonile ja hüdrolüüsile.
Vastuseks sellele probleemile, Zhang Songfeng et al. esmalt segas ja modifitseeris PA66 materjali, lisades karastusaineid ja hüdrolüüsikindlaid aineid, et parandada selle hüdrolüüsikindlust ja sitkust, ning seejärel kasutas tavapäraseid voolikuekstrusiooniprotsesse, et testida modifitseeritud materjale vooliku ekstrusiooniks, ning arendas edukalt välja autode jahutusveetorud PA66-ga. põhikorpus. Katsetamise tulemusena on segatud modifitseeritud PA66 vooliku purunemistugevus suurem kui 2,6 MPa ja selle materjalikulu väheneb 40%, lahendades keeruka tootmisprotsessi ja pika ahelaga PA vooliku kõrge hinna probleemi.
Kokkuvõtvalt võib öelda, et sõidukites kasutatava plasti kogust saab kasutada ühe näitajana, millega saab teatud määral mõõta autode projekteerimise ja valmistamise taset. Praegu on arenenud riikides sisepõlemismootoriga sõidukite ühiku kohta kasutatud plasti kogus umbes 150 kg, millest PA moodustab umbes 20%. Praegu on kodumaiste sisepõlemismootoriga sõidukite ühiku kohta kasutatud PA kogus umbes 8 kg, mis eeldatavasti jõuab 2025. aastal 15 kg-ni ja 2030. aastal peaks see suurenema 30 kg-ni. Uutes energiasõidukites kasutatava PA koguse osas, viidates Teslale Mudeli 3 ja teiste mudelite puhul võib hinnanguliselt 2030. aastal uute energiasõidukite ühiku kohta kasutatud PA kogus ulatuda 50 kg-ni.
Hiina sõiduautode turu teabe ühiskonverentsi statistika kohaselt on sisepõlemismootoriga sõidukite müük riigis 2022. aastal 14.{2}} miljonit sõidukit, mis on 2,302 miljoni sõiduki võrra vähem kui aasta varem, ja sisepõlemismootoriga sõidukite müük. mootoriga sõidukid kaotavad turuosa murettekitava kiirusega. Kodu- ja välismaised autotootjad teatavad üldiselt, et lõpetavad sisepõlemismootoriga sõidukite arendamise umbes 2030. aasta paiku, misjärel sisepõlemismootoriga sõidukid taanduvad järk-järgult ajaloo etapilt.
Samal ajal on uute energiasõidukite turg toonud sisse kiire arengu. Hiina Teaduste Akadeemia akadeemik Ouyang Minggao ennustas Hiina elektrisõidukite saja inimese konverentsil, et 2025. aastal jõuab riiklike uute energiasõidukite müük 7–9 miljonini ja 2030. aastal 17–19 miljonini. Huaan Securities Uurimisinstituudi hinnangul ulatub autotööstuse PA materjalide kasutamine 2030. aastal 1,44 miljoni tonnini.
Lühidalt öeldes on mootoritehnoloogia areng, autode ümberkujundamine uuele energiale ja kergautode arendamine tõhusalt edendanud energiasäästu ja heitkoguste vähendamise tasemete ning sotsiaalse toimimise tõhususe parandamist, pakkudes samal ajal tohutuid turge uutele energiaallikatele. tehnilised plastid nagu PA. Nähtavas tulevikus kasvab autotööstuse nõudlus PA-materjalide järele jätkuvalt ning PA-materjalitööstus on jõudnud kiire arengu perioodi.
