2020年8月10日 行业动态:
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新能源汽车对塑料提出的新要求

发布时间:2020/7/10 12:02:06 来源:未知

随着汽车产业的快速发展,尤其是近些年新能源汽车(包含混合动力、纯电动以及氢能源)的迅猛发展,汽车行业对于汽车零部件的轻量化、集成化、小型化以及电气化的需求也与日俱增。塑料作为汽车领域必不可少的材料,其工艺、性能要求越来越成为大家的关注点。同时对材料供应商的材料研发能力、快速响应能力也提出更高的要求。

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图1 未来汽车行业开发集成趋势

1. 涡轮增压发动机小型化对材料耐高温的要求:

内燃机的最新发展趋势是小型化加进气增压(即涡轮高增压)。这两项技术带来的巨大好处是:燃油的消耗量大幅减少,发动机动力增加,发动机总成重量减轻等等。例如:以往的发动机进气歧管的两片式结构设计(如图3)改成了集成中冷器的进气歧管(如图4)。

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图2 发动机 – 小型化 & 涡轮增压 & 电气化

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图3 传动的发动机进气歧管

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图4 集成中冷器的进气歧管

这种设计对材料的耐高温、高强度方面提出了更高的要求。兰蒂奇研发出的尼龙材料:RADILON A RV350HHR、RADILON NEXTREME RV350HHR分别可以长期耐受190℃和230℃的高温,并且具有优异的强度(如图5)。

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图5 兰蒂奇高性能塑料的高耐温尼龙产品

2. 电气化对材料低析出及电中性的要求:

随着更多的传感器已经被布置在汽车整车的各个位置,电气化集成不断提高,同时这些电气化设备对于材料的要求也比以往都更加苛刻,如低析出(不得堵塞毛细结构的油路)、电中性(不得造成电路的短路)、材料需要符合相关法规要求(不得含有禁用物质)等。

聚酰胺(尼龙)材料以其优异的机械强度和长期耐热性能被广泛使用汽车工业中。其耐热性能又与耐热稳定剂相关。常见的耐热稳定剂有金属盐类(如:碘化铜/卤化铜,金属硬脂酸盐等)和芳香胺类(如:苯胺类物质等)。随着环保意识的增强,其中一些耐热稳定剂因其副作用而被相关法规禁用,例如:最新的欧盟法规对含DPPD类物质进行严格管控。

那么,什么是DPPD物质?

DPPD:学名N,N'-二苯基对苯二胺(N,N’- diphenyl-p-phenylenediamine),密度1.22,熔点约130℃ ,灰色粉末,溶于苯和乙醇 ,不溶于汽油和水; 作为一种抗氧化剂、长期耐热稳定剂一般与其他抗氧化剂混合使用,被广泛应用在橡塑产品中。其中CLP-欧盟物质和混合物的分类、标签和包装法规将DPPD分类为对皮肤敏感物物质;目前根据相关研究表明, N,N'-二苯基对苯二胺在人体内经代谢作用可转化成β-萘胺,β-萘胺可引起膀胱癌等癌症的致癌作用,因而被管控及限制使用。

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根据法规以及市场的迫切需求,兰蒂奇高性能工程塑料很早就针对“不含DPPD + 优异的长期耐热稳定 + 电中性+ 低析出”的要求展开研发,开发出成熟的牌号及其应用。如在原有尾缀为KB牌号的基础上推出的不含DPPD的新KB系列牌号以及不含DPPD且电中性的KN系列牌号。长周期性能测试数据(下表)结果表明不含DPPD、低析出(如图6)的新KB牌号依然保持着长期耐热的优异力学性能:

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图6 汽车零部件电气化对材料低析出及电中性的要求

3. 新能源汽车对材料阻燃性能的要求:

随着新能源汽车(含混合动力,纯电动和氢能源)的快速发展,该领域的零部件及材料的相关标准也在快速的细化,例如,对不同阻燃体系的要求,我们知道阻燃体系涵盖大致五种,即: 卤素阻燃,氮系阻燃,无机物阻燃,磷系阻燃以及氮-磷协同阻燃;其中,从阻燃机理上又分为气相阻燃和腐蚀性”碳化”阻燃, 如红磷,无机物阻燃等。

不同的阻燃体系阻燃效果各异,同时对材料的物性(如密度,刚性,韧性)都有明显的改变(如图7)。那么如何选择阻燃体系,以匹配零部件对材料阻燃效果,机械强度的要求,是一个非常复杂但又必须解决的问题。兰蒂奇高性能工程塑料长期配合大众、通用以及宝马等行业零跑车在新能源汽车领域的开发,积累了非常丰富的经验。

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图7 >PA66-GF25<不同阻燃体系的材料物性对比

4. 新能源汽车对材料热老化稳定性的要求:

另外,值得一提的是在新能源汽车的高压部件,根据法规要求,需要使用高亮橙色料,以标记该相关部件为高压区域。高压区域的部件在连通电流后,往往会持续发热,因此,大部分整车厂对橙色料还提出相关热老化稳定性要求,如:90度+1000小时热老化后,RAL2003的颜色色变不得超出RAL2008, RAL2009等更深的橙色。兰蒂奇高性能工程塑料提供RAL2003橙色可以完美的满足热老化颜色稳定性要求。

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图8 兰蒂奇高性能工程塑料耐热老化规格的高亮橙色料

在未来汽车行业,轻量化减重、电气化、传动效率高效化、涡轮增压发动机的小型化必将作为一个整体,成为绝大多数集成化程度更高的汽车零部件的开发及验证考量的指标。材料厂商也需积极响应市场,提高材料性能,以满足汽车行业的新要求。