——高性能聚合物在汽车中的应用
梁军华
长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车技术研究中心 河北 071000
摘要：随着私家车的普及，我国的汽车工业获得了迅速的发展。然而在这个过程中汽车尾气带来的空气污染和石油能源的迅速消耗也成为了困扰我国汽车工业的重要问题。高性能聚合物在汽车中的应用促进了汽车轻量化的进程，以塑代钢成为了降低汽车油耗、节能减排的一个重要措施。
关键词：以塑代钢；汽车轻量化；高性能聚合物
Abstract：The application of high performance polymer in automobile which is improving the process of lightweight of Automobile.The important measure of plastic instead of steel is reducing the fuel and energy conservation and emission reduction.Keywords：Plastic instead of steel；Lightweight of Automobile；High performance polymer
在汽车制造业中，汽车油耗的降低能够达到减排节能的效果。以塑代钢被视为促进汽车轻量化的有效途径。随着高性能聚合物的汽车中的广泛应用，为汽车的以塑代钢创造了新的机遇。新型的高性能聚合物具有良好的性能，能够促进汽车轻量化的发展。
1.以塑代钢促进汽车轻量化的发展历程
以塑代钢是促进汽车轻量化的一个有效途径，正是由于汽车工业发展的过程中带来的污染问题和能耗问题，要求减少每台车的油耗，从而达到节能减排的目的。日系汽车普遍使用了以塑代钢的轻量化设计，在每台车中都有超过200千克的塑料用量，从而有效地降低了汽车的油耗。
然而在以塑代钢的发展进程中，也出现了一些问题。常用的塑料品种主要是五大工程塑料和通用塑料的聚烯烃。然而汽车发动机周围部位具有较高的温度，对零部件的强度要求较大，这两种传统的塑料品种的性能显然无法满足使用的需求。
2.高性能聚合物在汽车中的应用
2.1高性能聚合物的发展
由于新型武器、航天航空等领域的发展，五大工程塑料和传统通用塑料的使用性能无法满足发展的需要。欧美公司开始研究和开发高性能高分子材料。至上世纪八十年代，实现产业化的高性能高分子材料已经超过十个品种，也就是所谓的第三代高分子材料，包括高性能聚合物材料和特种工程塑料[1]。
高性能聚合物等特点主要表现在以下几个方面：①与传统的五大工程塑料和通用塑料相比，在性能方面有了大幅度的提高。高性能聚合物具有良好的热性能，其使用温度能够达到150℃至250℃，因此也被称为耐高温材料。与此同时还具有良好的力学性能，拉伸强度较高。②高性能聚合物的价格远高于五大工程塑料和通用塑料。五大工程塑料每吨的价格约为2万元至3万元，特种工程塑料每吨的价格均价10万元以上。③还没有形成较大的市场规模。
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2.2我国的高性能聚合物的发展和应用
由于高性能聚合物是美苏冷战的产物，长期以来被列为战略物资，我国引进高性能聚合物受到了阻碍，只能转向于独立自主研发。我国的研究所和高校在上世纪七十年代开始了对高性能聚合物的研发，对国外的几个高性能聚合物进行了研究，并取得了突破性的进展。从研究领域上来说，我国的高性能聚合物的研发与国外先进水平的差距已经逐渐缩小。但是，在高性能聚合物的产业化发展上，我国仍然处于落后阶段。
2.3高性能聚合物启动了新一轮的以塑代钢
在汽车轻量化的发展历程中，使用五大工程塑料和通用塑料的以塑代钢曾经取得了良好的节能减排效果，然而受到了这些塑料材料的力学性能和耐热性能的限制，以塑代钢的步伐放缓。高性能聚合物在汽车中的应用推动了以塑代钢的进程，使以塑代钢促进汽车轻量化有了新的发展机遇。
①聚醚醚酮，也被称为PEEK，是英国Victrex公司于1981年开发的一种高性能聚合物，并对其进行了商品化。聚醚醚酮也是当前在汽车应用中使用得最广泛的一种高性能聚合物。
②聚醚砜，也被称为PES。聚醚砜在零下100℃至190℃的温度范围内的应用比较广泛，其具有耐柴油、耐汽油、高温抗蠕变性、良好的尺寸稳定性和刚性。当前主要的聚醚砜制品有止推环、雾灯反射镜、发动机齿轮汽化器线圈骨架、点火器噪音消除器、机动轴轴瓦、轴承保持架等等。
③聚苯硫醚，又被称为PPS。聚苯硫醚是当前应用范围最广、生产规模最大的一种高性能聚合物，其具有比较低廉的造价。
3.以聚醚醚酮为代表的高性能聚合物在汽车中的应用和发展
聚醚醚酮是一种具有优异的综合性能的高性能聚合物，产生于八十年代初。40%以上的聚醚醚酮都应用于汽车生产，具有优异的综合性能。首先，聚醚醚酮具有很高的耐热等级，热变形温度超过310℃，UL温度超过250℃。其次，聚醚醚酮较高的耐化学腐蚀性。第三，聚醚醚酮具有很高的强度和耐磨系数。最后，聚醚醚酮具有良好的阻燃性，而且燃烧时也不会产生有毒气体。
3.1聚醚醚酮在我国的发展
改革开放以来，我国对以聚醚醚酮为代表的高性能聚合物进行了自主研发，并取得了一定的进展。八五计划时我国已经开始了小批量的聚醚醚酮产品的生产。我国也成为了拥有聚醚醚酮独立自主知识产权的国家。然而由于各种原因，这项知识产权最终被德国公司所收购。我国今后的聚醚醚酮开发和发展方向就是推动市场规模的扩大，降低成本。
3.2我国在聚醚醚酮代表的高性能聚合物的研发领域取得的进展
①新的容器路线的开辟。使用了二苯砜这种非极性水不溶性溶剂，从而起到了降低成本、节能减排的物质，减少了中间工序，缩短了精制工序的时间。在生产聚醚醚酮的过程中也无需使用易燃易爆的有机溶剂，降低了生产过程中的危险性。
②新的单体原料路线的开辟。我国在借鉴现有的单体合成路线的基础上，开发出了耐热等级更高的新品种，从而降低了原料成本，有利于进一步降低聚醚醚酮的售价，在汽车轻量化中更加广泛的使用聚醚醚酮，积极开拓聚醚醚酮市场，推动以塑代钢的进程。
4.结语
以塑代钢能够有效的降低汽车的油耗，减少汽车行驶过程中排除的污染物含量，是汽车工业发展的一个重要的领域。然而受到传统的塑料材料的使用性能的影响，以塑代钢促进汽车轻量化的步伐出现了停滞。我们可喜的看到，高性能聚合物的开发以及在汽车工业中的广泛应用，给了以塑代钢一个新的发展契机。
参考文献：
[1] 王建宏，韩艳茹.以设计牵动汽车轻量化技术的发展——访中国汽车工程学会产业研究院运行总监王智文 [J].金属加工（热加工）.2012（05）
论文作者:梁军华
论文发表刊物:《基层建设》2015年14期供稿
论文发表时间:2016/1/11
标签：聚合物论文; 高性能论文; 汽车论文; 聚醚论文; 我国论文; 轻量化论文; 工程塑料论文; 《基层建设》2015年14期供稿论文;