Anwendung modifizierter Kunststoffe im Automobil unter dem Hintergrund des Leichtbaus

Leichtbau ist für Automobile ein wirksames Mittel zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung und von großer Bedeutung für die nachhaltige Entwicklung der Automobilindustrie und der Menschheit.Der Automobilleichtbau umfasst hauptsächlich drei Aspekte: Leichtbaumaterialien, fortschrittliche Technologie und Strukturoptimierung.Unter ihnen ist der Einsatz von Leichtbaumaterialien der direkteste Weg, um eine Gewichtsreduzierung im Automobil zu erreichen.Modifizierter Kunststoff hat sich aufgrund seines guten Kostenvorteils, der perfekten Gewichtsreduzierungswirkung und der hervorragenden Gesamtleistung zu einem wichtigen Leichtbaumaterial im Automobilbereich entwickelt.Die Beherrschung des Anwendungsforschungsstatus modifizierter Kunststoffe in Automobilen ist für die weitere Forschung und Anwendung von Automobilkunststoffen und Automobilleichtbaumaterialien von großer Bedeutung.

1. Übersicht über modifizierte Kunststoffe für Fahrzeuge

Modifizierter Kunststoff ist ein Material mit einem einheitlichen Erscheinungsbild, das durch die Verwendung von Primärformharz als Hauptkomponente, Additiven, die die Leistung des Harzes verbessern können, als Hilfskomponenten und durch technische Maßnahmen wie Füllen, Härten, Verfestigen, Mischen und Legieren erreicht wird.Modifizierter Kunststoff ist ein Symbol für Spitzentechnologie, hohe Leistung und hohe Qualität bei Kunststoffprodukten und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, bei Haushaltsgeräten und anderen Bereichen eingesetzt.

Zu den Kunststoffarten mit dem höchsten Verbrauch zählen unter anderem Polypropylen (PP), Polyurethan (PUR), Polyamid (PA), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kunststoff (ABS), Polycarbonat (PC) usw. , wobei PP, PA und ABS bei der Automobilmodifikation am häufigsten vorkommen.Aus anwendungstechnischer Sicht werden modifizierte Kunststoffe häufig in Innen- und Außenteilen, Strukturteilen und Funktionsteilen von Automobilen eingesetzt.Zu den Innenteilen gehören unter anderem die Mittelkonsole, die Instrumententafel und Dekorplatten;Zu den Außenteilen gehören Lufteinlassgitter, Stoßfänger und Zierteile.Zu den Strukturteilen gehören Frontrahmen und Säulenskelette.Zu den Funktionsteilen gehören Autolichter, Ansaugkrümmer, Kraftstofftanks usw., bei denen es sich allesamt um Autoteile mit einem großen Anteil modifizierter Kunststoffe handelt.

2. Verwendung und Modifikation von PP im Automobilbereich

PP gilt als der leichteste Kunststoff und ist ein idealer Leichtbauwerkstoff für Automobile.PP eignet sich für verschiedene Modifikationen wie Copolymerisation, Vernetzung, Füllung und Verstärkung und ist die am häufigsten verwendete und am schnellsten wachsende Sorte von Automobilkunststoffen.Gewöhnliches PP weist eine schlechte Alterungsbeständigkeit, Entflammbarkeit, große Formschrumpfung, leichtes Verziehen der Produkte sowie eine Verbesserung der Zähigkeit und Festigkeit auf und muss daher modifiziert werden, um den Verwendungsanforderungen von Autoteilen gerecht zu werden.

Zu den typischen Modifikationen und Anwendungen von Automobil-PP gehören:

① Verstärktes und schlagzähes PP kann durch die Kombination von Elastizität und anorganischen Füllstoffen mit PP erhalten werden.Zu den Elastomeren gehören EPDM oder Ethylen-Octen-Copolymer (POE) und zu den anorganischen Füllstoffen Talkumpuder, Calciumcarbonat, Kaolin usw. .Verstärktes und schlagzähes PP wird hauptsächlich für Automobilteile mit großem Volumen, vielen Materialien und guter Schlagfestigkeit verwendet, wie z. B. Stoßstangen, Instrumententafeln und Türverkleidungen.

② Langglasfaserverstärktes PP (LGFPP) kann durch die Kombination von Langglasfasern (10–25 mm) mit PP hergestellt werden.Im Vergleich zu kurzen Glasfasern weist LGFPP eine bessere Kriechfestigkeit und eine geringere Dichte auf als Metall- und duroplastische Verbundwerkstoffe, und das Gewicht derselben Teile kann um 20 bis 50 % reduziert werden.LGFPP wird häufig in Automobil-Frontend-Modulen, Armaturenbrettrahmen, Batteriehalterungen, Sitzhalterungen, Türrahmen usw. verwendet. Unter anderem kann das Vollkunststoff-Frontend-Modul Spritzgussteile mit mehreren Metallteilen bilden, was die Kosten reduzieren kann Gewichtsreduzierung um 30 bis 40 % bei gleichzeitiger Vereinfachung der Frontstruktur.

③Unter Verwendung von PP als Matrix und chemischem Schaummittel als Gasquelle können durch Injektionsschäumen, Blasformenschäumen, Extrusionsschäumen und andere Mikroschäumverfahren Mikrozellen von 80–350 μm im Produkt erhalten werden.Das Aufschäumen von modifiziertem PP kann das Gewicht von Kunststoffprodukten um 10 bis 20 % reduzieren, was mehr als 50 % leichter ist als Metall und andere Materialien.Es kann für Pkw-Heckklappen, Decken, Luftkanäle und andere Bauteile verwendet werden.

④Kratzfestes PP kann durch Zugabe von Silikon- und Amid-Kratzschutzmitteln erhalten werden, die hauptsächlich für Automobilinnenteile wie Autokonsolen, Instrumententafeln und Türinnenverkleidungen verwendet werden.

3. Einsatz und Modifikation von PA im Automobilbereich

PA verfügt über gute mechanische Eigenschaften, Wärmebeständigkeit, Verschleißfestigkeit, chemische Beständigkeit und Selbstschmierung sowie eine gewisse Flammhemmung, ist leicht zu verarbeiten und zu formen und wird häufig in Automobilen, Elektrogeräten, Spezialgeräten und anderen Bereichen verwendet.Unter ihnen sind PA6 und PA66 die Hauptarten von Automobil-PA.Obwohl PA eine gute Leistung aufweist, gibt es immer noch Mängel bei der Wasseraufnahme, Dimensionsstabilität und Zähigkeit, und die Flammwidrigkeit muss weiter verbessert werden.

Die typischen Modifikationen und Anwendungen von Automobil-PA sind:

① Fügen Sie PA66 20 % bis 40 % GF hinzu, um PA66/GF herzustellen. Die Biegefestigkeit kann 310 MPa erreichen, die Kerbschlagzähigkeit beträgt etwa 25,4 J/m, die Wasseraufnahme beträgt etwa 0,9 % und die Formschrumpfungsrate beträgt nur 0,3 %.Aufgrund seiner hervorragenden Gesamtleistung wird es häufig in hitzebeständigen Funktionsteilen wie Motorhauben, Luftansaugrohren und Kühlern eingesetzt;

②Durch die Verwendung des zusammengesetzten Flammschutzsystems aus halogenierten Flammschutzmitteln und Antimontrioxid kann der Flammschutzgrad von PA6 verbessert werden. Das flammhemmend modifizierte PA6 wird häufig in Batteriegehäusen, Halterungen, Abdeckplatten usw. für Elektrofahrzeuge verwendet.

③ Verwenden Sie eine Polymermischung oder fügen Sie Montmorillonit, Siliciumdioxid und andere anorganische Partikel hinzu, um PA11 und PA12 zu stärken und zäher zu machen.Nach der Modifikation weist es nicht nur eine geringe Wasseraufnahme und eine gute Ölbeständigkeit auf, sondern auch eine gute Festigkeit und Zähigkeit.Es ist ein ideales Material für Automobilölleitungen wie Kraftstoffleitungen und Bremsölleitungen.

Mit der allmählichen Verbreitung von PA in der Automobilindustrie als Ersatz für Metallteile ist das hochflüssige, hitzebeständige und halogenfreie flammhemmende PA zu einem Forschungsschwerpunkt in der Branche geworden.Eine hohe Fließfähigkeit kann nicht nur die Produktionseffizienz von PA-Teilen verbessern, die Verarbeitungskosten senken, sondern auch das Erscheinungsbild von Autoteilen verbessern;Hoch hitzebeständiges PA eignet sich nicht nur für Arbeitsumgebungen mit hohen Temperaturen über 200 °C, sondern erfordert auch eine gute Beibehaltung der Leistung bei hohen Temperaturen.Obwohl Flammschutzmittel auf Halogenbasis eine hohe Flammschutzwirkung haben und nur geringe Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften von Materialien haben, erzeugen sie beim Verbrennen dichten Rauch und schädliche Gase, während Flammschutzmittel auf Phosphorbasis, Stickstoffbasis, anorganisches Metall und Nanohalogen frei sind Flammhemmende PAs werden umweltfreundlicher und sicherer.

4. Verwendung und Modifikation von ABS im Automobilbereich

ABS ist preisgünstig und wird häufig in Maschinen, Automobilen, elektronischen Geräten und anderen Bereichen eingesetzt.ABS-Teile sind flexibel im Design, leicht zu formen und eignen sich zum Galvanisieren, Lackieren und Schweißen.Sie werden häufig in Innen- und Außenverkleidungen sowie Strukturteilen von Automobilen verwendet.Die in Automobilen verwendete Menge an ABS macht etwa 8 % der gesamten in Automobilen verwendeten Kunststoffmenge aus.ABS enthält seitliche Phenylgruppen, Cyanogruppen und ungesättigte Doppelbindungen, die günstige Bedingungen für die Mischungsmodifizierung schaffen.Die Entwicklung und Produktion seiner Mischungen ist der aktivste Zweig der Modifikation von Polymermischungen.

Zu den typischen Legierungsmodifikationen und Anwendungen von Automobil-ABS gehören neben hitzebeständigen, faserverstärkten und flammhemmenden Modifikationen:

①ABS/PC-Legierung weist eine ausgezeichnete Fließfähigkeit, Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen und thermische Verformungstemperatur auf und wird häufig in Instrumententafelrahmen, Zierleisten, Wärmeableitungsgittern usw. verwendet;

②ABS/PA-Legierung hat eine geringe Dichte, gute Zähigkeit, einfache Formgebung und hohe Temperaturbeständigkeit und kann für Klimaanlagenauslässe, Instrumententafeln und Außendekorationen usw. verwendet werden;

③ABS/PVC-Legierung ist nicht nur kältebeständig, schlagfest, leicht zu formen, sondern weist auch eine gute Flammhemmung und Korrosionsbeständigkeit auf und wird häufig in Armaturenbrettern, Tür- und Fensterdichtungen von Kraftfahrzeugen verwendet;

④ABS/Polybutylenterephthalat (PBT)-Legierung weist Dimensionsstabilität, chemische Beständigkeit, Schlagfestigkeit und ausgezeichnete Fließfähigkeit auf, was für große Kunststoffteile von Automobilen von großer Bedeutung ist und für Armaturenbretter und Stoßstangen, Sitze usw. von Automobilen verwendet werden kann.

Mit der breiten Anwendung modifizierter ABS-Teile in Automobilen, insbesondere der Weiterentwicklung des vollständigen Plastifizierungsprozesses von Automobilinnenräumen, ist antibakterielles, antistatisches und geräuscharmes Automobil-ABS zu einem aufstrebenden Hotspot in der Branche geworden.

5. Fahrzeugverwendung und Modifikation anderer Kunststoffe

Zusätzlich zu den oben genannten drei Automobilkunststoffen mit verschiedenen Modifikationen und zahlreichen Anwendungen kommen auch die Modifikationen und speziellen Verwendungszwecke von PUR, PC, PE und POM in Automobilen vollständig zur Geltung.

Zu den PUR-Materialien gehören Schaumstoffe, Beschichtungen, Klebstoffe usw., während es sich bei modifiziertem PUR für Fahrzeuge hauptsächlich um flammhemmende Schaumstoffe mit niedrigem VOC-Gehalt und synthetisches Leder wie energieabsorbierende Stoßstangenblöcke, Tür- und Dachfüllungen, Sitzstoffe usw. handelt.

PC verfügt über eine gute Schlagzähigkeit, Dimensionsstabilität, einfache Verarbeitung und Formgebung, aber eine schlechte Korrosionsbeständigkeit. Seine Anwendung in Automobilen basiert häufig auf Legierungen, wie z. B. Elastomer-gehärteten PC/PBT-Legierungen und PC/Polyethylenterephthalat (PET)-Legierungen für Autotürrahmen , Seitenschutz, Kotflügel usw. Gleichzeitig verfügt PC auch über eine einzigartige hohe Lichtdurchlässigkeit, einen hohen Brechungsindex und eine hohe Hitzebeständigkeit. PC und PC/Polymethylmethacrylat (PMMA)-Legierungen werden häufig in Automobillichtern und -fenstern verwendet.

PE verfügt über eine gute Tieftemperaturbeständigkeit, chemische Stabilität und chemische Korrosionsbeständigkeit, während vernetztes PE eine Netzwerkstruktur aufweist und duroplastisch ist und seine Verschleißfestigkeit, Spannungsrissbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit verbessert sind.

POM ist das härteste thermoplastische Harz, seine Härte, Festigkeit und Steifigkeit sind mit Metall vergleichbar.Gleichzeitig weist POM auch eine gute chemische Korrosionsbeständigkeit, Selbstschmierung und Ölbeständigkeit auf.Nach seiner Verstärkungs- und Zähigkeitsmodifikation ersetzt es häufig Kupfer, Aluminium, Zink und andere Metallmaterialien, um Automobillager, Zahnräder und andere Teile herzustellen.

Mit der Umsetzung zahlreicher Richtlinien zur Kontrolle der Kunststoffverschmutzung auf der ganzen Welt wird erwartet, dass biologisch abbaubare Kunststoffe wie modifizierte Polymilchsäure (PLA), Polybutylensuccinat (PBS) und Polyhydroxyalkanoat (PHA) neue Favoriten für Automobilkunststoffe werden.Der Rohstoff von PLA ist Milchsäure, die ein typischer Vertreter biobasierter abbaubarer Kunststoffe ist.Es wird hauptsächlich aus Biomasseressourcen wie Maisstärke synthetisiert und im Automobilbereich häufig in Form einer faserverstärkten Modifikation eingesetzt.Der Preis von PBS ist relativ niedrig und es ist auch eine wichtige Sorte für die Forschung, Entwicklung und Anwendung biologisch abbaubarer Kunststoffe im In- und Ausland mit guten Marktaussichten.PHA wird derzeit hauptsächlich in Form von Textilien für Autofußmatten und Sitzbezüge verwendet.Zukünftig soll es hinsichtlich VOC-armer, antistatischer, flammhemmender und mechanischer Eigenschaften modifiziert werden, um seine Anwendung im Automobilbereich weiter voranzutreiben.

6. Fazit

Leichtbau ist nicht nur ein wirksames Mittel zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung von Automobilen, sondern auch ein wichtiger Weg zur Verbesserung der unabhängigen Innovationsfähigkeit der nationalen Automobilindustrie.Modifizierter Kunststoff ist aufgrund seines guten Kostenvorteils, der perfekten Gewichtsreduzierungswirkung und der hervorragenden Gesamtleistung zu einem unverzichtbaren Leichtbauwerkstoff für Automobile geworden.„Drei hohe und eine niedrige“ PP, hohe Fließfähigkeit, hohe Hitzebeständigkeit und halogenfreies flammhemmendes PA werden häufig in Automobilen verwendet.Antibakterielles, antistatisches und geräuscharmes Automobil-ABS hat zahlreiche Errungenschaften hervorgebracht.Die Modifizierung und spezielle Anwendung von PUR, PC, PE und POM sind auch im Automobil voll demonstriert und die Ära der biologisch abbaubaren Kunststoffe für Automobile steht vor der Tür.

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